Сферический флегматизированный порох для автоматных и винтовочных патронов

Изобретение относится к области порохов для стрелкового оружия. Предложен сферический флегматизированный порох для автоматных и винтовочных патронов, состоящий из пороховых зерен сфероидальной формы с флегматизационным поверхностным слоем, содержащий нитроцеллюлозу и нитроглицерин, этилацетат, централит №1, дифениламин, воду, в качестве флегматизатора - дибутилфталат, и/или диоктилфталат, и/или диэтилгексилфталат, и/или триэтиленгликольдиметилакрилат, и/или олигоэфиракрилат. Толщина слоя флегматизатора в пороховом зерне имеет величину в мкм: S=55-0,0312Д, где S - толщина слоя, Д - диаметр порохового зерна, при этом концентрация флегматизатора в флегматизационном поверхностном слое составляет 8-20 мас.%, теплота горения пороха соответствует формуле: Q=685+0,344 Д. Изобретение направлено на создание пороха, обеспечивающего повышение скорости полета пуль без увеличения максимального давления пороховых газов. 4 табл.

 

Изобретение относится к области порохового материаловедения и может быть использовано в производстве порохов для патронов стрелкового оружия.

В настоящее время в России и ведущих зарубежных странах активно ведутся работы по совершенствованию и разработке новых порохов для патронов стрелкового оружия (ПСО). Одним из приоритетных направлений в данной области является повышение баллистической эффективности ПСО за счет разработки новых метательных зарядов и высокоэнергетических прогрессивно горящих порохов.

Большим спросом у отечественных производителей и различных зарубежных фирм пользуются пороха к автоматным и винтовочным патронам, таким как 5,45 мм ×39, 7,62 мм ·54, 5,56 мм «Ремингтон 223» и 7,62 мм «Винчестер 308».

Известно, что для этих патронов применяется большое число марок одноосновных пироксилиновых порохов и двухосновных сферических порохов (1-2).

Недостатком одноосновных пироксилиновых порохов являются их невысокие энергетические показатели, связанные с предельными возможностями нитроцеллюлозы.

Поэтому для получения более высоких энергетических параметров выстрела используют двухосновные сферические пороха.

Известен двухосновный сферический порох для винтовочных и автоматных патронов, выпускаемых фирмой «Olin» (США) и описанный в книге «Accurate Smokeless Powder», 1994 г., 346 с. (2).

Этот порох марки 2520, который применяется в патронах «Винчестер 308» и автоматных патронах «Ремингтон 223».

Данный порох содержит в своем составе следующие компоненты, мас.%:

Нитроцеллюлоза	остаток
Нитроглицерин	8,0-11,0
Динитротолуол	1,0
Сульфат натрия	<0,1
Нитрат калия	<0,5
Карбонат кальция	<1,0
Этилцентралит	<7,0
Влага и остаточные растворители	0,75-1,50
Графит	<0,4

Основные физико-химические и баллистические характеристики состава приведены в табл.2,3,4.

Наиболее близким по составу и техническим характеристикам к заявляемому является двухосновный сферический порох марки ССНф 30/3, 69, выпускаемый отечественной промышленностью по ОСТ В-84-2432-89 (3).

Данный порох выбран в качестве прототипа.

Порох флегматизированный, содержащий нитроглицерин, предназначен для патронов стрелкового оружия, со средним размером горящего свода - 0,3 мм, с удельной теплотой горения 880±25 (ккал/кг), со средним диаметром зерна 0,60±15.

Зерна пороха имеют сфероидную форму с флегматизационным поверхностным слоем.

Порох по прототипу имеет следующий состав:

Нитроцеллюлоза	79,0±4,0
Нитроглицерин	12,0±1,5
Централит №1	5,0±1,0
Динитротолуол	1,8±0,5
Дифениламин	0,8±0,3
Этилацетат	0,5±0,4
Связанный графит	0,1-0,3
Влага	0,6±0,3
Свободный графит	0,03

Основные физико-химические и баллистические характеристики данного пороха - прототипа приведены в табл.1,2.

Основными недостатками аналога и прототипа является то, что они (пороха) не обеспечивают комплекс требований, предъявляемых к патронам нового поколения. Во-первых, характеристики по скорости пуль и по максимальному давлению пороховых газов не выполняются или выполняются на пределе.

Помимо этого, вследствие неоптимального выбора флегматизатора, его распределения в пороховом зерне и неоптимальных термодинамических параметров порохов, наблюдаются неудовлетворительные показатели по стабильности баллистических характеристик и недогорание порохов при отрицательных температурах. Кроме того, ни в аналоге, ни в прототипе толщина флегматизационного слоя и содержание флегматизатора в слое не определено.

Задачей изобретения является разработка нового сферического пороха, обеспечивающего повышение скорости пуль без увеличения максимального давления пороховых газов.

Для решения этой задачи сферический флегматизированный порох для автоматных и винтовочных патронов, состоящий из пороховых зерен сфероидальной формы с флегматизационным поверхностным слоем, содержащий энергетическую основу - нитроцеллюлозу и нитроглицерин, этилацетат, флегматизатор - централит №1, стабилизатор химической стойкости - дифениламин и воду, в качестве флегматизатора дополнительно содержит дибутилфталат, и/или диоктилфталат, и/или диэтилгексилфталат, и/или триэтиленгликольдиметакрилат, и/или олигоэфиракрилат, при этом, толщина флегматизационного поверхностного слоя имеет величину в мкм: S=55-0,0312Д, где Д - диаметр порохового зерна, а концентрация флегматизатора в флегматизационном поверхностном слое составляет 8-20 мас.%, теплота горения пороха в ккал./кг соответствует формуле: Q=685+0,344 Д, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Этилацетат	0,3-0,7
Централит №1	2,0-4,0
Дибутилфталат и/или
Диоктилфталат, и/или
Диэтилгексилфталат, и/или
Триэтиленгликольдиметакрилат, и/или
Олигоэфиракрилат	2,0-4,0
Дифениламин	0,3-0,7
Вода	0,2-0,6
Нитроцеллюлоза	остальное

В качестве основного направления для решения этой задачи был использован принцип обеспечения прогрессивного горения пороха и приближения кривой распределения давления по каналу ствола к платообразной, что позволило увеличить коэффициент полезного действия работы, совершаемой пороховыми газами. Управление процессом газообразования и эффективным использованием энергии, выделяемой при горении порохов, осуществлялось методом флегматизации. Суть метода состоит в вводе в поверхностные слои пороховых зерен веществ, которые изменяют их термодинамические характеристики. Это позволяет повысить удельную энергию заряда из сферического пороха и скорость пули при неизменном, штатном уровне давления пороховых газов.

Этот эффект был известен (4), однако достигнутые баллистические эффекты при помощи флегматизации были незначительны. Теоретические и экспериментальные исследования авторов показали, что управление баллистическим процессом за счет создания устойчивых градиентных зон порох - флегматизатор имеет большие перспективы для повышения эффективности выстрела.

Суть изобретения состоит в том, что для пороха к автоматным и винтовочным патронам найден оптимально допустимый размер диаметра к толщине горящего свода порохового зерна. При этом отношение калибра патрона к толщине горящего свода должно быть в пределах 19...21. Оптимальная толщина слоя флегматизатора в пороховом зерне должна определяться зависимостью: S=55-0,0312 Д, где Д - диаметр порохового зерна в мкм. Оптимальная концентрация флегматизатора в слое должна быть в пределах 8-20 мас.%. При этом теплота горения пороха увеличивается с увеличением диаметра зерна в соответствии с найденной экспериментально зависимостью:

Q=685+0,344 Д.

Для обеспечения данных условий экспериментальным путем был найден ряд флегматизаторов и их сочетания. Пригодными для флегматизации порохов являются: дибутилфталат, диоктилфталат, диэтилгексилфталат, централит №1, триэтиленгликольдиметакрилат, олигоэфиракрилат.

При соответствующем вводе этих флегматизаторов или их пар могут быть обеспечены оптимальные условия состояния флегматизирующего слоя и энергетические параметры пороха.

В составе пороха использованы следующие компоненты:

нитроцеллюлоза (ГОСТ В84-2373-87), нитроглицерин (ГОСТ В84-2386-88), выполняющие роль энергетической основы и обеспечивающие механическую прочность пороховых элементов.

Дифениламин (ГОСТ 194-80) в составе пороха применяется в качестве стабилизатора химической стойкости. Уменьшение его менее 0,3 мас.% резко снижает химическую стойкость пороха, а увеличение более 0,7 мас.% приводит к снижению энергетических характеристик пороха.

Этилацетат (ГОСТ 8981-78) и вода в составе пороха выполняют роль технологических добавок.

Применение в составе дибутилфталата (ТУ 6-05-5119-82), централита №1 (ТУ 6-14-205-87), диоктилфталата (ГОСТ 8728-88), диэтилгексилфталата (ГОСТ 8728-88), триэтиленгликольдиметакрилата (ТГМ-3) (ТУ 6-16-2010-82), олигоэфиракрилата (ТУ 113-00-05761643-27-92), выполняющих роль флегматизаторов, обеспечивают необходимую прогрессивность горения пороховых элементов. Уменьшение флегматизаторов менее 2,0 мас.% приводит к увеличению давления пороховых газов в канале ствола оружия, а увеличение их более 4,0 мас.% увеличивает массу порохового заряда и уменьшает скорость полета пули.

Основными отличительными признаками предложенного сферического пороха являются новые значения глубины флегматизирующего слоя, концентрация флегматизатора в слое, зависимость теплоты горения пороха от диаметра порохового зерна.

В табл.1 приведены основные физико-химические и баллистические характеристики нового пороха в сравнении с прототипом по примерам конкретного выполнения. Испытания были проведены в патроне 308 WIN с пулей массой 10,9 г. Содержание компонентов в пределах, заявленных в формуле изобретения, отражено в примерах 2, 3, 4. Запредельные значения количеств состава приведены в примерах 1 и 5.

В табл.2 приведены основные физико-химические и баллистические характеристики заявляемого пороха в сравнении с аналогом - порохом марки 2520 и прототипом - порохом ССНф 30/3,69.

В табл.3 приведены сравнительные параметры флегматизационного слоя, теплоты сгорания и баллистических характеристик заявленного пороха и аналога в автоматных патронах «Ремингтон 223».

В табл.4 приведены сравнительные параметры флегматизационного слоя, теплоты сгорания и баллистических характеристик нового пороха и аналога в винтовочных патронах «Винчестер 308».

Из таблицы видно существенное отличие нового пороха от прототипа по физико-химическим характеристикам. За счет оптимизации процесса горения обеспечивается повышение скорости пуль, уменьшение максимального давления пороховых газов и улучшение стабильности в группе выстрелов.

Следует отметить, что сферические флегматизированные пороха, параметры которых будут отличаться на 5...10% от предложенного, резко ухудшат качество патронов.

Библиографические данные

1. В.М.Сабельников, В.М.Кирилов. «Патроны стрелкового оружия», Москва, 1979 г., стр.264.

2. «Accurate Smokeless Powder», 1994 г., стр.346.

3. Отраслевой стандарт (ОСТ В84-2432-89) «Пороха лаковые». Общие технические условия.

4. А.Г.Горст. «Пороха и взрывчатые вещества», Оборонгиз, 1949, стр.223.

Таблица 1
Компоненты состава	Варианты порохов	Прототип
пороха, мас.%	Обр.1	Обр.2	Обр.3	Обр.4	Обр.5
Нитроглицерин	9	12	14	15	18	12
Этилацетат	0,5	0,3	0,4	0,7	0,4	0,5
Централит№1	0	4	3	2	5	5
Дибутилфталат и/или	4,3	2			1,5
Диоктилфталат, и/или		2
Диэтилгексилфталат, и/или	2
Олигоэфиракрилат, и/или			4
Триэтиленгликольдиметакрилат	-	-	-	4	-	-
Динитротолуол	-	-	-	-	-	2
Дифениламин	0,8	0,7	0,7	0,7	0,2	0,8
Вода	0,4	0,5	0,5	0,5	0,5	0,7
Нитроцеллюлоза	82,0	78,5	77,4	77,1	72,4	79

Продолжение таблицы 1
Баллистические
характеристики
Масса заряда, г	3,0	2,85	2,82	2,82	2,52	2,65
скорость пули, V25cp, м/с	772	823	819	821	802	785
Разброс скорости пули,	36	12	15	18	29	28
ΔV25, м/с
Максимальное давление
пороховых газов,
Рm ср, кгс/см2	3471	2934	2886	2902	3494	3248
Разброс максимального
давления пороховых
газов, ΔРm, кгс/см2	248	125	142	138	237	304

Таблица 3
Масса пороха	Наименование патрона	Флегматизирующий слой, мкм	Концентрация флегматизатора в слое, %	Теплота сгорания, ккал/кг	Масса заряда, г	V cp/ΔV, м/с	Рм ср., кгс/см2
Аналог	223Rem	180	11	870	1,56	915/27	3522
Заявленный порох	223Rem	35	18	908	1,54	927/12	2904

Таблица 4
Масса пороха	Наименование патрона	Флегматизирующий слой, мкм	Концентрация флегматизатора в слое	Теплота сгорания, ккал/кг	Масса заряда, г	V25cp/ ΔV25, м/с	Рм. ср. кгс/см2
Аналог	308Vin	180	11	870	2,80	832/24	3500
Заявленный порох	308Vin	30	20	915	2,85	334/11	2874

Сферический флегматизированный порох для автоматных и винтовочных патронов, состоящий из пороховых зерен сфероидальной формы с флегматизационным поверхностным слоем, содержащий энергетическую основу - нитроцеллюлозу и нитроглицерин, этилацетат, флегматизатор - централит №1, стабилизатор химической стойкости - дифениламин и воду, отличающийся тем, что он дополнительно содержит в качестве флегматизатора дибутилфталат, и/или диоктилфталат, и/или диэтилгексилфталат, и/или триэтиленгликольдиметакрилат, и/или олигоэфиракрилат, при этом толщина флегматизационного поверхностного слоя имеет величину в мкм: S=55-0,0312Д, где Д - диаметр порохового зерна, мкм, а концентрация флегматизатора в флегматизационном поверхностном слое составляет 8-20 мас.%, теплота горения пороха в ккал/кг соответствует формуле: Q=685+0,344 Д при следующем соотношении компонентов, мас.%:

этилацетат	0,3-0,7
централит №1	2,0-4,0
дибутилфталат и/или
диоктилфталат, и/или
диэтилгексилфталат, и/или
триэтиленгликольдиметакрилат, и/или
олигоэфиракрилат	2,0-4,0
дифениламин	0,3-0,7
вода	0,2-0,6
нитроглицерин	12,0-15,0
нитроцеллюлоза	остальное.