Кавитирующий сердечник
Владельцы патента RU 2316718:
Половнев Андрей Альбертович (RU)
Хазиахметов Владимир Шаймухаметович (UA)
Изобретение относится к боеприпасам метательного и огнестрельного оружия. Кавитирующий сердечник содержит головную часть, сопряженную с секущей носовой поверхностью по кавитирующей кромке, центральную и кормовую часть с глиссирующей поверхностью. Наибольший диаметр окружности, описывающей поперечное сечение сердечника, определяет калибр сердечника. При этом в плоскости осевого продольного сечения сердечника огибающий контур поперечных сечений от кавитирующей кромки до калибра сердечника ограничен зависимостью: Dx=d×[1+(Lx/d)×(2×sinϕ/π)1/N]N, где DX - текущий диаметр огибающего контура сердечника, мм; d - диаметр кавитирующей кромки, мм; LX - текущее расстояние от кавитирующей кромки до калибра сердечника, мм; ϕ=60°...270° - угол раствора касательных к секущей носовой поверхности в точках ее сопряжения с кавитирующей кромкой, измеренный со стороны головной части; N=(2π/ϕ)0,4...(2π/ϕ)0,2 - коэффициент объема сердечника, при этом калибр сердечника равен текущему диаметру DX огибающего контура. При использовании сердечника повышается эффективная дальность поражения подводных целей при воздушной стрельбе в воду и стрельбе в подводном положении с применением стандартных арбалетов, гарпунных ружей, спортивно-охотничьего и стрелкового оружия. 12 з.п. ф-лы, 7 ил.
Изобретение относится к боеприпасам метательного и огнестрельного оружия и может быть использовано в конструкциях стрел-гарпунов к арбалетам и гарпунным ружьям, а также в конструкциях пуль стрелкового и спортивно-охотничьего оружия, применяемых для стрельбы под водой и из воздуха в воду, а также в воздухе и из воды в воздух. Возможность стрельбы в воде определяется для каждой системы оружия отдельно.
Массовое увлечение подводным спортом предполагает создание кавитирующих сердечников для спортивной стрельбы по подводным мишеням и подводной охоты с применением арбалетов, гарпунных ружей и огнестрельного оружия.
Необходимость создания кавитирующих сердечников обусловлена тем, что гарпуны к арбалетам и гарпунным ружьям в воде тормозятся вязким гидродинамическим сопротивлением жидкости и быстро останавливаются, а известные пули, предназначенные для стрельбы в воздухе, при попадании в воду теряют устойчивость и останавливаются на дистанции 0,5-0,7 м.
Известны 4,5-мм и 5,66-мм боеприпасы с калиберной пулей, выполненной в виде кавитирующего сердечника длиной более 21 калибра. Сердечник устойчиво движется в воде за счет образования естественной каверны, но не стабилизируется при полете в воздухе (см. Иванов В.И. ЦНИИТОЧМАШ - разработчик патронов. - Изд. ВПК: Военный парад, янв. - фев. 2001, с.38...39, Чикин A.M. Морские дьяволы - М.: Вече, 2003, с.272...275, Ардашев А.Н., Федосеев С.Л. Оружие специальное, необычное, экзотическое. - М.: Военная техника, 2001, с.172...177).
Для успешного поражения целей в водной и воздушной среде кавитирующие сердечники должны сохранять устойчивость при полете в воздухе и движении в воде, а также обладать возможностью перехода раздела сред (воздух - вода и вода - воздух).
Устойчивый полет кавитирующего сердечника в воздухе обеспечивает его кормовая часть, которая при аэродинамической стабилизации может иметь форму многолопастного оперения, а при стабилизации вращением может иметь конусно-цилиндрическую форму для придания сердечнику большей гироскопической устойчивости.
Из литературы известно, что высокоскоростное движение кавитирующего сердечника в воде сопровождается образованием естественной каверны, расширяющейся за кавитирующей кромкой его секущей носовой поверхности. Контур каверны близок к эллипсоиду вращения, концевые участки которого соответствует асимптотическому закону расширения струй и постоянны на большей части подводной траектории (см. Гуревич М.И. Теория струй идеальной жидкости. - М.: Изд. Физико-математической литературы, 1961, с.160...168, 410...460), Якимов Ю.Л. Об интеграле энергии при движении с малыми числами кавитации и предельных формах каверны. - Изв. АН СССР, Механика жидкости и газа, №3, 1983., с.67...70).
Также известно, что наибольший диаметр каверны DK зависит от числа кавитации σ, диаметра кавитирующей кромки d и коэффициента ее кавитационного сопротивления сX:
DK=d×(сX/σ)0,5,
а число кавитации σ зависит от гидравлического давления Р и плотности воды ρ, а также давления водяного пара в каверне (Р0 ˜ 0,02 кг/см2) и скорости сердечника V:
σ=2×(Р-Р0)/ρ×V2
Длина каверны LK зависит от ее наибольшего диаметра DK:
LK=DK×σ-0,5×(lnσ-1+lnlnσ-1)0,5
Начальные размеры каверны многократно превышают размеры сердечника. Например, длина кавитирующих сердечников боеприпасов спортивно-охотничьего оружия составляет 25...60 мм, а при скорости сердечника 800 м/с длина каверны на глубине до 2-х метров превышает 13 метров, при скорости сердечника 500 м/с длина каверны на глубине до 2-х метров превышает 5 метров. При этом длина концевых участков каверны (начальный и конечный участок) составляет 10% от общей длины каверны, а их контур постоянен и соответствует асимптотическому закону расширения струй. Устойчивость сердечника в каверне обеспечивает его кормовая часть за счет одностороннего периодического замывания и глиссирования вдоль контура каверны своей глиссирующей поверхностью, поэтому наибольший диаметр окружности, описывающий поперечное сечение кормовой части, определяет калибр кавитирующего сердечника.
Рассеивание на подводной траектории зависит от геометрии головной части сердечника, на которую воздействуют частицы воды, срывающиеся с кавитирующей кромки, а также от глубины и площади инерционного замывания глиссирующей поверхности кормовой части сердечника, определяющей величину одностороннего сопротивления глиссирования.
При замывании в каверне средней или головной части сердечник теряет устойчивость, переворачивается и тормозится боковой поверхностью.
При движении в каверне сердечник затрачивает энергию на преодоление кавитационного сопротивления F:
F=cX×π×d2×ρ×V2/8
Скорость сердечника V на подводной дистанции S зависит от его массы m, начальной скорости V0 и кавитационного сопротивления F:
V=V0×e-S×F/m
С падением скорости сердечника V возрастает число кавитации σ и уменьшаются размеры каверны LK и DK, причем с увеличением глубины уменьшение размеров и смыкание каверны на кормовой части сердечника происходит раньше, при большей скорости V и на меньшей дистанции S.
При смыкании каверны на поверхности сердечника к кавитационному сопротивлению F добавляется вязкое сопротивление жидкости, которое существенно увеличивает общее гидродинамическое сопротивление.
Согласно законам гидродинамики дальность поражения целей в воде можно повысить за счет увеличения массы сердечника m, уменьшения диаметра кавитирующей кромки d и коэффициента ее кавитационного сопротивления cX. Для этого контур кавитирующего сердечника должен быть согласован с наименьшим отступлением от контура начального участка каверны, объем которого постоянен на большей части подводной траектории.
Известен кавитирующий сердечник, предназначенный для стрельбы из специального оружия (см. описание к патенту РФ №2112205, МКИ6 F42B 30/02, опубл. 27.05.98). Головная часть сердечника с плоской секущей носовой поверхностью имеет вид усеченного конуса, центральная и кормовая часть цилиндрические и соответствуют калибру оружия. Для стабилизации в воздухе головная часть сердечника изготовлена из вольфрамового сплава, а центральная и кормовая часть с кормовым оперением - из алюминия. Контур сердечника соответствует геометрии известных кавитирующих сердечников к 4,5-мм и 5,66-мм боеприпасам (см. Иванов В.Н. ЦНИИТОЧМАШ - разработчик патронов. - Изд. ВПК: Военный парад, янв. - фев. 2001., с.38...39, Чикин A.M. Морские дьяволы - М.: Вече, 2003., с.272...275, Ардашев А.Н., Федосеев С.Л. Оружие специальное, необычное, экзотическое - М.: Военная техника, 2001, с.172...177), поэтому под водой сердечник стабилизируется в образующейся каверне.
Недостатком данного кавитирующего сердечника длиной более 21 калибра является его геометрия, для согласования которой с контуром каверны требуется завышение диаметра кавитирующей кромки, при этом создается каверна завышенного объема, а увеличенный зазор между глиссирующей поверхностью и контуром каверны способствует большим угловым колебаниям и глубокому инерционному замыванию узких лопастей кормового оперения. Указанные недостатки приводят к повышению рассеивания на подводной траектории и снижению дальности поражения подводных целей.
Известен кавитирующий сердечник, предназначенный для стрельбы из огнестрельного оружия с использованием отделяемого поддона. В сердечнике коническая головная часть с цилиндрическим участком сопряжена по кавитирующей кромке с плоской секущей носовой поверхностью. Центральная цилиндрическая часть имеет кольцевые проточки для крепления в отделяемом поддоне, а кормовая часть выполнена в виде многолопастного треугольного оперения с острой кромкой на глиссирующей поверхности (см. описание к патенту США №5955698, МКИ6 F42B 15/20, опубл. 21.09.99).
Недостатком известной конструкции является то, что контур кавитирующего сердечника существенно занижен относительно контура каверны, что снижает массу и прочность сердечника. Острая кромка глиссирующей поверхности лопастей оперения из-за своей малой площади подвержена глубокому замыванию, что приводит к повышенному сопротивлению глиссирования. При этом в основании головной части существенно уменьшен зазор между сердечником и контуром каверны, поэтому частицы воды, срывающиеся с кавитирующей кромки, дополнительно воздействуют на головную часть. Указанные недостатки приводят к увеличению рассеивание на подводной траектории и снижению дальности поражения подводных целей.
Наиболее близким аналогом (прототипом) к заявленному изобретению является кавитирующий сердечник, предназначенный для стрельбы из огнестрельного оружия с использованием отделяемого поддона. Кавитирующий сердечник содержит головную часть, сопряженную с секущей носовой поверхностью по кавитирующей кромке, центральную и кормовую часть с глиссирующей поверхностью, причем наибольший диаметр окружности, описывающий поперечное сечение кормовой части, определяет калибр кавитирующего сердечника. В плоскости осевого продольного сечения сердечника угол раствора касательных к секущей носовой поверхности в точках ее сопряжения с головной частью равен 60-180°, а огибающий контур поперечных сечений сердечника ограничен контуром трех сопряженных усеченных конусов, вписанных в контур образующейся каверны. Стабилизация кавитирующего сердечника в воздухе может обеспечиваться вращением или кормовым оперением (см. описание к патенту РФ №2268455, МКИ7 F42B 10/38, опубл. 20.01.06).
Недостатком известной конструкции является то, что контур трех сопряженных усеченных конусов не может соответствовать точному приближению к контуру каверны, поэтому геометрия кавитирующего сердечника не оптимальна, а масса кавитирующего сердечника всегда занижена, следовательно, занижена и дальность поражения подводных целей. Кроме того, конструкция кавитирующего сердечника не может применяться без отделяемого поддона, при стрельбе из арбалетов, гарпунных ружей и огнестрельного оружия.
Задачей данного изобретения является повышение эффективной дальности поражения подводных целей при воздушной и подводной стрельбе с применением огнестрельного и метательного оружия.
Технический результат - создание кавитирующего сердечника, контур которого приближен к контуру начального участка каверны.
Указанный технический результат достигается тем, что в кавитирующем сердечнике, содержащем головную часть, сопряженную с секущей носовой поверхностью по кавитирующей кромке, центральную и кормовую часть с глиссирующей поверхностью, причем наибольший диаметр окружности, описывающий поперечное сечение сердечника, определяет калибр сердечника, согласно изобретению в плоскости осевого продольного сечения сердечника огибающий контур поперечных сечений от кавитирующей кромки до калибра сердечника ограничен зависимостью:
Dx=d×[1+(Lx/d)×(2×sinϕ/π)1/N]N, где
Dx - текущий диаметр огибающего контура R кавитирующего сердечника, мм;
d - диаметр кавитирующей кромки, мм;
Lx - текущее расстояние от кавитирующей кромки до калибра сердечника, мм;
ϕ=60°...270° - угол раствора касательных к секущей носовой поверхности в точках ее сопряжения с кавитирующей кромкой, измеренный со стороны головной части;
N=(2π/ϕ)0,4...(2π/ϕ)0,2 - коэффициент объема сердечника,
при этом калибр сердечника равен текущему диаметру Dx огибающего контура.
При этом носовая поверхность кавитирующего сердечника может быть выполнена в виде поверхности второго порядка, например в виде шарового сегмента или параболоида вращения или в виде конусного отверстия.
В головной части сердечника может быть выполнена узкая кольцевая проточка, наименьший диаметр которой равен 1,1-1,7 диаметра кавитирующей кромки.
В плоскости осевого продольного сечения сердечника угол наклона глиссирующей поверхности в сторону головной части, измеренный относительно продольной оси сердечника, может быть равен 1°-2,5°.
Кроме того, в плоскости осевого продольного сечения сердечника угол наклона глиссирующей поверхности в сторону донного торца сердечника, измеренный относительно продольной оси сердечника, может быть равен 1°-2,5°.
Кроме того, кормовая часть с глиссирующей поверхностью может быть выполнена в виде многолопастного оперения.
Кроме того, кормовая часть с глиссирующей поверхностью может быть выполнена в виде многолопастного оперения, снабженного цилиндрическим донным участком.
Кроме того, кормовая часть с глиссирующей поверхностью может быть выполнена из материала меньшей плотности, чем головная и центральная часть, иметь вид многолопастного оперения и устанавливаться с возможностью вращения вокруг продольной оси кавитирующего сердечника.
Кроме того, кавитирующий сердечник может быть выполнен из легкодеформируемого материала.
Кроме того, кавитирующий сердечник может быть выполнен из легкодеформируемого материала с внутренним наполнением из высокоплотного материала.
Кроме того, центральная и кормовая части кавитирующего сердечника могут быть выполнены из материала меньшей плотности и прочности, чем головная часть сердечника, а головная часть может быть снабжена высокопрочным элементом, выполненным в виде стержня или облицовки.
Указанная совокупность признаков изобретения позволяет в габаритах стандартных боеприпасов к огнестрельному и метательному оружию создать кавитирующие сердечники, обладающие повышенной эффективной дальностью поражения подводных целей при подводной и воздушной стрельбе за счет оптимального согласования с контуром каверны, снижения кавитационного сопротивления и рассеивания на подводной траектории.
Габариты кавитирующего сердечника позволяют при длине сердечника до шести калибров стабилизировать его в воздухе вращением, а при длине сердечника более шести калибров стабилизировать его в воздухе кормовым оперением.
Авторами данного изобретения определено, что в диапазоне практического применения кавитирующих сердечников при числах кавитации σ=0,002...0,1 коэффициент кавитационного сопротивления сX не зависит от формы центральной части носовой поверхности, которая может быть скруглена или снабжена конусным отверстием, а зависит от угла раствора касательных ϕ в точках сопряжения с кавитирующей кромкой и определяется зависимостью:
cX=sinϕ/π,
при этом отличается на 2-7% от коэффициента cX конусных поверхностей, приведенных в книге Гуревич М.И. Теория струй идеальной жидкости. - М.: Изд. Физико-математической литературы, 1961, с.443). Для снижения удельной нагрузки на носовую поверхность кавитирующего сердечника угол ϕ должен отличаться от 180°, что позволяет использовать кавитирующие сердечники не только из вольфрамового сплава или стали, но и из легкодеформируемых материалов, например сплавов цветных металлов. Однако при угле ϕ более 270° снижается прочность кавитирующей кромки, а при угле ϕ менее 60° образование каверны становится ненадежно.
Для устойчивого кавитационного движения кавитирующий сердечник должен быть согласован с каверной так, чтобы при касании глиссирующей поверхностью контура каверны сохранялся необходимый зазор в его головной и центральной частях, плавно уменьшающийся к его донной части.
Для выполнения этих требований калибр кавитирующего сердечника D должен быть равен текущему диаметру DX огибающего контура R. Диаметр остальных поперечных сечений сердечника от кавитирующей кромки до его калибра D, расположенного на расстоянии L, не должен превышать огибающий контур R. Превышение контура R приводит к замыванию выступающей за контур R поверхности кавитирующего сердечника и потере его устойчивости при движении в каверне. Занижение контура R приводит к снижению массы кавитирующего сердечника, но может быть компенсировано за счет увеличения его длины, например, в конструкции сердечника с кормовым оперением. В оптимальном варианте контур кавитирующего сердечника должен совпадать с контуром R, а конструктивные элементы кавитирующего сердечника, например, кольцевые проточки, резьбы или продольные пазы должны быть ограничены контуром R.
Контур кавитирующего сердечника R, как и контур каверны, зависит от диаметра кавитирующей кромки d и коэффициента кавитационного сопротивления cX, выраженного через угол ϕ. При этом с контуром каверны может быть согласован сердечник различного коэффициента объема N, который должен быть в диапазоне от (2π/ϕ)0,4 до (2π/ϕ)0,2. Причем при занижении указанного коэффициента объема N снижается прочность кавитирующего сердечника, а при завышении указанного коэффициента объема N текущий диаметр кавитирующего сердечника DX превышает текущий диаметр каверны.
Площадь глиссирующей поверхности определяется с учетом инерционных параметров сердечника. Заниженная площадь глиссирования повышает глубину инерционного замывания, а завышенная площадь глиссирования повышает торможение глиссирования, что в обоих случаях увеличивает рассеивание сердечников на подводной траектории.
Размеры кавитирующего сердечника по изобретению ограничиваются размерами боеприпаса, например, длина гарпунов к пружинным или пневматическим гарпунным ружьям может составлять более 1,2 метра.
Приведенные выше зависимости, по которым можно рассчитать контур кавитирующего сердечника длинной от трех до ста шестидесяти калибров, были получены расчетным путем, а затем подтверждены практически стрельбой из гарпунных ружей, арбалетов и огнестрельного оружия.
Изобретение поясняется более подробно на конкретных примерах его осуществления, ни в коей мере не ограничивающих объем притязаний, а предназначенных лишь для лучшего понимания его сущности специалистом. При описании примеров конкретной реализации изобретения даны ссылки на прилагаемые чертежи, на которых изображено:
- на фиг.1, 2, 3 и 4 - первый, второй, третий и четвертый пример выполнения кавитирующего сердечника по изобретению, расположенного в каверне;
- на фиг.5, 6 и 7 - первый, второй и третий пример выполнения кавитирующего сердечника по изобретению, расположенного в боеприпасе.
На фиг.1 представлен расположенный в каверне кавитирующий сердечник к боеприпасу калибра 308 (0,308 дюйма = 7,62 мм), предназначенный для стрельбы с отделяемым поддоном из нарезного оружия.
Кавитирующий сердечник G состоит из головной части 1, сопряженной по кавитирующей кромке 2 диаметром d с секущей носовой поверхностью 3, центральной части 4 и кормовой части 5 с цилиндрической глиссирующей поверхностью 6. Калибр сердечника D меньше внутреннего диаметра канала ствола, измеренного по полям нарезов. Для предотвращения деформации конической носовой поверхности 3 ее вершина скруглена. Для крепления в отделяемом поддоне в центральной части 4 выполнена проточка 7.
Текущий диаметр DX огибающего контура кавитирующего сердечника на текущей длине LX от кавитирующей кромки 2 до калибра D на длине L (кроме проточки 7) совпадает с огибающим контуром R, что соответствует зависимости:
Dx=d×[1+(Lx/d)×(2×sinϕ/π)1/N]N, где d=1,75 мм, ϕ=90°, N=0,50.
Контур кавитирующего сердечника R и контур каверны W согласованы так, что в каверне угол ω поворота сердечника составляет менее 1,8°, при этом между контуром W и контуром сердечника R обеспечивается зазор δ менее 0,5 мм, плавно уменьшающийся к глиссирующей поверхности 6.
Кавитирующий сердечник может изготавливаться из стали или легкодеформируемого материала, например из сплава цветных металлов (бронзы, латуни), а для увеличения массы может быть заполнен свинцом или другим сплавом повышенной плотности, может полностью изготавливаться из тяжелого вольфрамового сплава. В воздухе сердечник стабилизируется вращением, а его длина равна 5,1 D.
На фиг.2 представлен расположенный в каверне кавитирующий сердечник к боеприпасу калибра 308, предназначенный для стрельбы без отделяемого поддона из нарезного оружия.
Кавитирующий сердечник G состоит из головной части 1, сопряженной по кавитирующей кромке 2 диаметром d с секущей носовой поверхностью 3, выполненной в виде конусного отверстия, центральной части 4 и кормовой части 5 с цилиндрической глиссирующей поверхностью 6, равной калибру кавитирующего сердечника D и поверхности 8 кормовой части 5. Для крепления кавитирующего сердечника в гильзе в центральной части 4 выполнена проточка 7′.
Кавитирующий сердечник выполнен из оболочки 9, изготовленной из легкодеформируемого сплава цветного металла, и заполнен свинцом 10. Диаметр d1 поверхности 8 соответствует внутреннему диаметру канала ствола, измеренного по полям нарезов. Калибр кавитирующего сердечника D соответствует наружному диаметру стандартной пули калибра 308 и больше диаметра d1, поэтому в канале ствола на глиссирующей поверхности 6 образуются следы нарезов 11.
Текущий диаметр DX огибающего контура кавитирующего сердечника на текущей длине LX от кавитирующей кромки 2 до калибра D на длине L (кроме проточки 7′) совпадает с огибающим контуром R, что соответствует зависимости:
Dx=d×[1+(Lx/d)×(2×sinϕ/π)1/N]N, где d=1,6 мм, ϕ=240°, N=0,35.
Контур кавитирующего сердечника R и контур каверны W согласованы так, что в каверне угол ω поворота сердечника составляет менее 1,6°, при этом между контуром W и сердечником обеспечивается зазор δ менее 0,45 мм, уменьшающийся к глиссирующей поверхности 6. В каверне кавитирующий сердечник глиссирует профильной поверхностью 6 со следами нарезов 11, а поверхность 8 не касается контура каверны W. В воздухе кавитирующий сердечник стабилизируется вращением, а его длина равна 4,8 D.
На фиг.3 представлен расположенный в каверне кавитирующий сердечник к боеприпасу калибра 410 (0,410 дюйма = 10,3 мм), предназначенный для стрельбы с отделяемым поддоном из гладкоствольного оружия.
Кавитирующий сердечник G состоит из головной части 1, сопряженной по кавитирующей кромке 2 диаметром d с секущей носовой поверхностью 3, центральной части 4 и кормовой части 5 с глиссирующей поверхностью 6. Кормовая часть 5 выполнена в виде многолопастного оперения 13. Для крепления в отделяемом поддоне в центральной части 4 выполнены кольцевые проточки 12. Наибольший диаметр окружности, описывающий поперечное сечение кормовой части 5, равен калибру кавитирующего сердечника D и меньше внутреннего диаметра канала ствола.
Текущий диаметр DX огибающего контура кавитирующего сердечника на текущей длине LX от кавитирующей кромки 2 до калибра D на длине L (кроме центральной части 4 и передней кромки многолопастного оперения 13 кормовой части 5) совпадает с огибающим контуром R, что соответствует зависимости:
Dx=d×[1+(Lx/d)×(2×sinϕ/π)1/N]N, где d=1,7 мм, ϕ=120°, N=0,44.
Контур сердечника R и контур каверны W согласованы так, что в каверне угол ω поворота сердечника составляет менее 1,4°, при этом между контуром W и головной частью 1 обеспечивается зазор 5 менее 0,45 мм, который возрастает в центральной части 4 и уменьшается к глиссирующей поверхности 6.
Глиссирующая кромка многолопастного оперения совпадает с контуром R, поэтому наклонена к оси кавитирующего сердечника, что позволяет с учетом угла γ контура каверны W и угла ω поворота кавитирующего сердечника обеспечить точное совпадение глиссирующей поверхности 6 и контура каверны W, при этом уменьшить глубину замывания лопастей оперения 13 и снизить рассеивание в воде.
Глиссирующая поверхность 6 может быть вписана в расчетный контур R. Например, в данном примере угол наклона β глиссирующей поверхности 6 в сторону головной части 1, измеренный относительно продольной оси сердечника, может составлять 1,9°, что позволяет обеспечить примерно точное совпадение глиссирующей поверхности 6 и контура каверны W, уменьшить глубину замывания лопастей оперения 13 и снизить рассеивание в воде.
Кавитирующий сердечник может изготавливаться из сплава цветных металлов или стали, а для увеличения массы его головная и центральная часть могут заполняться свинцом или изготавливаться из тяжелого вольфрамового сплава. Кроме того, головная часть может быть снабжена высокопрочным элементом, выполненным в виде стержня или облицовки, что позволяет использовать кавитирующий сердечник повторно, например, при стрельбе в акватире (см. описание патента РФ на полезную модель №49970, МКИ7 F41J 1/18, от 20.01.06). Длина кавитирующего сердечника ограничена длиной боеприпаса 410 Magnum и равна 6,1 D. При полете в воздухе кавитирующий сердечник стабилизируется оперением 13.
При использовании нарезного оружия целесообразно изготавливать оперение сердечника из материала меньшей плотности, чем его головная и центральная части, и устанавливать с возможностью вращения вокруг продольной оси кавитирующего сердечника. При этом предотвращается вращение оперения совместно с вращающимся сердечником, повышается аэродинамическая устойчивость в воздухе и снижается рассеивание в воде.
На фиг.4 представлен расположенный в каверне кавитирующий сердечник к 5,66-мм боеприпасу гладкоствольного оружия (см. Иванов В.И. ЦНИИТОЧМАШ - разработчик патронов. - Изд. ВПК: Военный парад, янв. - фев. 2001, с.38...39, Чикин A.M. Морские дьяволы. - М.: Вече, 2003, с.111...275, Ардашев А.Н., Федосеев С.Л. Оружие специальное, необычное, экзотическое - М.: Военная техника, 2001, с.172...177).
Кавитирующий сердечник G состоит из головной части 1, сопряженной по кавитирующей кромке 2 диаметром d с секущей носовой поверхностью 3, центральной части 4 и кормовой части 5 с конической глиссирующей поверхностью 6. Диаметр основания головной части равен калибру кавитирующего сердечника D, а также равен диаметру центральной и кормовой части и соответствует калибру оружия. В кормовой части 5 выполнено многолопастное оперение 13, снабженное цилиндрическим донным участком 14, который в данной конструкции предназначен для крепления кавитирующего сердечника в гильзе. Длина кавитирующего сердечника равна длине штатного сердечника к 5,66-мм боеприпасу и составляет 21,4 D.
Текущий диаметр DX огибающего контура головной части 1 кавитирующего сердечника на текущей длине LX от кавитирующей кромки 2 до калибра D на длине L совпадает с огибающим контуром R, что соответствует зависимости:
Dx=d×[1+(Lx/d)×(2×sinϕ/π)1/N]N, где d=1,3 мм, ϕ=180°, N=0,27.
Контур сердечника R и контур каверны W согласованы так, что в каверне угол ω поворота сердечника составляет менее 2,6°, при этом между контуром W и головной частью 1 обеспечивается зазор δ менее 0,55 мм, который возрастает в центральной части 4 и уменьшается к глиссирующей поверхности 6. Угол наклона ε глиссирующей поверхности 6 в сторону донного торца сердечника, измеренный относительно продольной оси сердечника, составляет 1,5° и определен по углу γ контура каверны W в зоне глиссирования сердечника и по углу ω поворота сердечника в каверне. При этом обеспечивается совпадение глиссирующей поверхности 6 и контура каверны W, что позволяет уменьшить глубину замывания глиссирующей поверхности 6 и снизить рассеивание сердечника в воде.
При полете в воздухе кавитирующий сердечник стабилизируется многолопастным оперением 13. При этом для повышения устойчивости центр масс кавитирующего сердечника смещен к головной части 1 за счет использования наконечника 15, изготовленного из тяжелого вольфрамового сплава и более легкого стального корпуса 16. Кроме того, кормовая поверхность 17 многолопастного оперения 13 и цилиндрический донный участок 14 увеличивают аэродинамическое сопротивление и повышают устойчивость кавитирующего сердечника при полете в воздухе.
Конструкции кавитирующих сердечников к гарпунным ружьям и арбалетам соответствуют кавитирующему сердечнику, изображенному на фиг.4, но отличаются длиной и материалом сердечника. Для возможности многоразового использования головная часть 1 может быть снабжена высокопрочным элементом, выполненным в виде стержня или облицовки, кроме того, наконечник 15 может изготавливаться из упрочненного вольфрамового сплава или стали. Для повышения устойчивости при полете в воздухе и движении в воде корпус 16, включающий центральную и кормовую часть, может изготавливаться из материала меньшей плотности и прочности, например из пластика или алюминиевого сплава.
Стандартные стрелы к арбалетам и гарпуны к гарпунным ружьям имеют небольшую начальную скорость, но относительно завышенную массу. В этом случае увеличение подводной дистанции прицельной стрельбы возможно за счет повышения начальной скорости кавитирующего сердечника путем снижения его массы. Смещение центра масс кавитирующего сердечника к головной части обеспечивает его устойчивое подводное движение после схлопывания каверны и круговом замывании корпуса 16 до тех пор, пока наконечник 15 будет находиться в каверне.
На фиг.5 изображен фрагмент боеприпаса 308 Winchester к нарезному спортивно-охотничьему оружию, содержащий кавитирующий сердечник G, отделяемый поддон J и стандартную гильзу U с капсюлем и пороховым зарядом.
Кавитирующий сердечник G от кавитирующей кромки 2 до калибра D соответствует сердечнику, изображенному на фиг.1, кроме геометрии головной части 1 на длине 18. Контур сердечника на длине 18 меньше контура R за счет выполнения цилиндрической поверхности 19 головной части и проточки головной части 20 диаметром d2, равным 1,1-1,7 диаметра кавитирующей кромки d, при этом диаметр d3 кромки 21 равен текущему диаметру DX.
Отделяемый поддон J жестко закреплен по проточке 7 на кавитирующем сердечнике G и запрессован в гильзу U, которая обжата в проточку 22. Наружный диаметр d4 отделяемого поддона J соответствует наружному диаметру стандартной пули калибра 308, поэтому при движении в канале ствола поддон J обжимается в нарезах и приобретает совместно с сердечником G угловую скорость вращения. После вылета из ствола поддон J под действием центробежных сил разделяется на сектора по продольным пазам 23 и отделяется от кавитирующего сердечника G.
Поверхность 19 предназначена для контроля диаметра d кавитирующей кромки 2. Проточка 20 головной части 1 позволяет стрелять в воду под малым углом от плоскости воды, при этом повышается поражающее действие кавитирующего сердечника. Например, при подходе кавитирующего сердечника под малым углом к поверхности воды и замывании поверхности 24 на длине 18 проточка 20 своей кромкой 24 создает временную кавитационную полость под сердечником и предотвращает замывание его остальной поверхности. После погружения сердечника в воду каверна образуется кавитирующей кромкой 2 диаметром d.
Изготовленный из легкодеформируемого материала кавитирующий сердечник при проникании в незащищенную цель деформируется с изгибом по диаметру d2 проточки 20, после чего переворачивается, увеличивая при этом площадь поражения. Причем при диаметре d2 меньше 1,1d сердечник может деформироваться по проточке 20 уже при подводном движении и потерять устойчивость в каверне.
Изготовленный из прочного материала сердечник при соударении под малым углом с твердой преградой скалывается по диаметру d2 проточки 20, после чего с преградой взаимодействует кромка 21 диаметром d3, который в 2-3 раза превышает диаметр d кавитирующей кромки 2, что достаточно для предотвращения рикошета при пробитии преграды. Причем при диаметре d2 больше 1,7d сердечник может не сколоться по проточке 20.
На фиг.6 изображен фрагмент боеприпаса 308 Winchester к нарезному спортивно-охотничьему оружию, содержащий кавитирующий сердечник G и стандартную гильзу U с капсюлем и пороховым зарядом.
Кавитирующий сердечник G соответствует кавитирующему сердечнику, изображенному на фиг.2, но при необходимости может изготавливаться полностью из легкодеформируемого материала, например, латуни или бронзы и содержать проточку 20 и/или поверхность 19, изображенную на фиг.5. Если сердечник G состоит из оболочки 9 и заполнен свинцом 10, то при попадании в цель он деформируются, увеличивая при этом площадь поражения.
Сердечник G запрессован глиссирующей поверхностью диаметром D в гильзу U, которая обжата в проточку 7′. При выстреле диаметр D принимает профиль нарезов канала ствола, а поверхность 8 диаметром d1 скользит по полям нарезов. В каверне сердечник глиссирует профильной поверхностью со следами нарезов, а поверхность 8 не касается контура каверны.
На фиг.7 изображен боеприпас 410 Magnum к гладкоствольному спортивно-охотничьему оружию, содержащий кавитирующий сердечник G, отделяемый поддон J′ и стандартную пластиковую гильзу U′ с капсюлем и пороховым зарядом.
Кавитирующий сердечник G соответствует кавитирующему сердечнику, изображенному на фиг.3, а огибающий контур его поперечных сечений ограничен контуром R. При необходимости головная часть 1 кавитирующего сердечника может содержать проточку 20 и поверхность 19, изображенную на фиг.5.
Кавитирующий сердечник закреплен по кольцевым проточкам 26 в двухсекторном разъемном пластиковом поддоне J′, в котором диаметр d5 наружной поверхности 27 соответствует калибру канала ствола, а диаметр d6 наружной поверхности 28 превышает калибр канала ствола. В боеприпасе кавитирующий сердечник G установлен до упора торцевой поверхности 29 в дно гильзы U′. Для лучшего воспламенения порохового заряда задняя кромка многолопастного оперения 30 выполнена наклонной. Для герметизации порохового заряда передняя стенка 31 поддона герметизируется по линии разъема 32 и по контуру вальцовки 33 пластиковой гильзы U′.
При выстреле поверхность 27 диаметром d5 скользит по каналу ствола, а поверхность 28 диаметром d6 обеспечивает обтюрацию порохового газа. Пороховой газ частично проникает в полость 34 и способствует раскрытию поддона J′ и отделению его от сердечника G после вылета из канала ствола.
Экспериментально определено, что при стрельбе в воду под углом более 7° от горизонта, а при волнении поверхности воды - под углом более 3° от горизонта кавитирующий сердечник без рикошета переходит в воду и сохраняет свою траекторию.
При подводной стрельбе выталкивание воды из ствола обеспечивается пороховым газом, а начальная скорость сердечника не зависит от глубины погружения и примерно на 15% ниже, чем при стрельбе в воздухе. При подводной стрельбе отделение поддона от сердечника происходит в газовом пузыре на расстоянии 0,3-0,5 м от дульного среза ствола.
Кавитирующие сердечники по изобретению могут применяться для подводной и воздушной стрельбы из гарпунных ружей, арбалетов, спортивно-охотничьего и стрелкового оружия. Причем целесообразность стрельбы в воде определяется для каждой модели оружия отдельно. При этом оружие может быть использовано для подводной охоты и защиты от нападения хищников в воде, а также для спортивно-тренировочной стрельбы в акватирах (см. описание патента РФ на полезную модель №49970, МКИ7 F41J 1/18, опубл. 20.01.06)
При необходимости кавитирующие сердечники могут использоваться в других типах боеприпасах для подводной и воздушной стрельбы из различных образцов огнестрельного и реактивного оружия.
При прочих равных параметрах масса кавитирующих сердечников по изобретению на 10-15% превосходит массу кавитирующих сердечников, приведенных в описании к патенту РФ №2268455, МКИ7 F42B 10/38, опубл. 20.01.06, а при проведении их сравнительных испытаний стрельбой из воздуха в воду и под водой получено не только повышение проникающей способности кавитирующих сердечников по изобретению, но и снижение характеристик рассеивания на подводной траектории.
1. Кавитирующий сердечник, содержащий головную часть, сопряженную с секущей носовой поверхностью по кавитирующей кромке, центральную и кормовую части с глиссирующей поверхностью, причем наибольший диаметр окружности, описывающий поперечное сечение сердечника, определяет калибр сердечника, отличающийся тем, что в плоскости осевого продольного сечения сердечника огибающий контур поперечных сечений от кавитирующей кромки до калибра сердечника ограничен зависимостью
Dx=d·[1+(Lx/d)·(2·sinϕ/π)1/N]N,
где Dx - текущий диаметр огибающего контура сердечника, мм;
d - диаметр кавитирующей кромки, мм;
Lx - текущее расстояние от кавитирующей кромки до калибра сердечника, мм;
ϕ=60-270° - угол раствора касательных к секущей носовой поверхности в точках ее сопряжения с кавитирующей кромкой, измеренный со стороны головной части;
N=(2π/ϕ)0,4-(2π/ϕ)0,2 - коэффициент объема сердечника,
при этом калибр сердечника равен текущему диаметру Dx огибающего контура.
2. Кавитирующий сердечник по п.1, отличающийся тем, что носовая поверхность сердечника выполнена в виде поверхности второго порядка.
3. Кавитирующий сердечник по п.2, отличающийся тем, что поверхность второго порядка выполнена в виде поверхности конусного отверстия.
4. Кавитирующий сердечник по п.1, отличающийся тем, что в головной части сердечника выполнена узкая кольцевая проточка, наименьший диаметр которой равен 1,1-1,7 диаметра кавитирующей кромки.
5. Кавитирующий сердечник по п.1, отличающийся тем, что в плоскости осевого продольного сечения сердечника угол наклона глиссирующей поверхности в сторону головной части, измеренный относительно продольной оси сердечника, равен 1-2,5°.
6. Кавитирующий сердечник по п.1, отличающийся тем, что в плоскости осевого продольного сечения сердечника угол наклона глиссирующей поверхности в сторону донного торца сердечника, измеренный относительно продольной оси сердечника, равен 1-2,5°.
7. Кавитирующий сердечник по п.1, отличающийся тем, что кормовая часть с глиссирующей поверхностью выполнена в виде многолопастного оперения.
8. Кавитирующий сердечник по п.7, отличающийся тем, что кормовая часть снабжена цилиндрическим донным участком.
9. Кавитирующий сердечник по п.1, отличающийся тем, что кормовая часть с глиссирующей поверхностью выполнена из материала меньшей плотности, чем головная и центральная части, имеет вид многолопастного оперения и устанавливается с возможностью вращения вокруг продольной оси кавитирующего сердечника.
10. Кавитирующий сердечник по п.1, отличающийся тем, что сердечник выполнен из легкодеформируемого материала.
11. Кавитирующий сердечник по п.10, отличающийся тем, что сердечник выполнен из легкодеформируемого материала с внутренним наполнением из высокоплотного материала.
12. Кавитирующий сердечник по п.1, отличающийся тем, что центральная и кормовая части сердечника выполнены из материала меньшей плотности и прочности, чем головная часть сердечника.
13. Кавитирующий сердечник по п.1, отличающийся тем, что головная часть снабжена высокопрочным элементом, выполненным в виде стержня или облицовки.
