Артиллерийское орудие с выкатом "тьмака"
Владельцы патента RU 2363908:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э.Баумана" (RU)
Изобретение относится к артиллерийскому орудию с выкатом. Орудие содержит ствол с казенником и затвором, люльку, верхний станок, нижний станок, лафет, стопор ствола в положении отката, устройство, обеспечивающее производство выстрела в конце наката, и откатно-накатное устройство, включающее три части - тормоз отката, накатник и ускоритель наката. Ускоритель наката содержит установленный на люльке рабочий цилиндр с перемещающимся в нем поршнем, соединенный штоком со стволом, и установленную на рабочем цилиндре камеру сгорания с пороховым зарядом и средством воспламенения, снабженную затвором со спусковым механизмом, при этом внутренние объемы рабочего цилиндра и камеры сгорания соединены. Снижается масса орудия. 10 з.п. ф-лы, 10 ил., 2 табл.
Изобретение относится к артиллерийской технике, а более конкретно к орудиям с выкатом.
Одной из острейших проблем развития артиллерийской техники является снижение массы орудий. Это связано с необходимостью быстрой переброски техники на большие расстояния, в том числе и воздушным транспортом. Вновь разрабатываемые буксируемые орудия имеют массу, в 2,5 раза меньшую, чем штатные орудия с той же дальностью стрельбы (см. таблицу)
| Орудие | Масса, кг | Макс. дальность стрельбы, км |
| Штатная 155 мм гаубица M198 США | 7160 | 18,1 |
| Штатная 155 мм гаубица FH-70 ФРГ | 9300 | 24,7 |
| Новая 155 мм гаубица ХМ777 США | 3745 | 24,7 |
Снижение массы достигается за счет применения новых конструктивных схем, использования новейших материалов, применения современных компьютерных технологий проектирования.
Применение артиллерии в региональных конфликтах, где проблема транспортировки, в том числе вертолетной, и парашютного десантирования, является еще более острой, требует дальнейшего снижения массы орудия.
Согласно патенту №2213315 РФ «Артиллерийский комплекс ближнего действия «Тверь» рекомендуемая масса Мор легких (пехотных) орудий должна подчиняться соотношению
Мор=300d3±10%,
где Мор, кг, d - калибр, дм. Таким образом, масса 152 мм орудия должна составлять 1050 кг.
Одним из перспективных направлений снижения массы орудия является использование схемы орудия с выкатом (см., например, А.Н. Латухин «Современная артиллерия». Воен. издат. МО СССР, 1970, стр.162).
Орудие с выкатом содержит все компоненты, присущие классическому орудию (ствол с казенником и затвором, противооткатные устройства, люльку, верхний станок, нижний станок, лафет, дополнительные устройства), но, кроме этого, содержит стопор ствола в положении отката, т.е. в крайнем заднем положении. При этом в накатнике аккумулируется энергия сжатия газа. После заряжания орудия стопор снимается и ствол под действием сжатого в накатнике газа устремляется вперед. В конце разгона ствола срабатывает устройство производства выстрела. Импульс отдачи сначала расходуется на погашение импульса движения ствола, а затем частично погашается тормозом отката. Остающаяся часть импульса расходуется на сжатие газа в накатнике. Такая система обеспечивает уменьшение импульса на лафет, и, следовательно, возможность уменьшения массы орудия.
Основным недостатком обычной схемы орудия с выкатом является относительно малая величина энергии, запасаемой в накатнике, и, как следствие, небольшая величина количества движения ствола.
Настоящее изобретение направлено на устранение указанного недостатка. Техническое решение состоит в том, что в состав орудия включается ускоритель наката, содержащий автономный пороховой заряд. Разгон ствола совершается, таким образом, в результате совместного действия давления газов, аккумулированного в накатнике, и продуктов сгорания порохового заряда ускорителя.
Фиг.1 - орудие перед выстрелом; фиг.2 - орудие в конце выката; фиг.3 - варианты расположения ускорителя, наката; фиг.4 - конструкция ускорителя и схема его действия; фиг.5 - схема орудия с верхней подачей выстрела; фиг.6 - телескопический выстрел; фиг.7 - телескопический выстрел с переменным зарядом; фиг.8, 9, 10 - действие роторного затвора.
Орудие (фиг.1) содержит ствол 1, казенник 2 с затвором, противооткатное устройство 3 (тормоз отката, накатник, ускоритель), люльку 4, верхний станок 5, нижний станок 6, лафет 7.
На фиг.2 показано положение при накате ствола.
На фиг.3 показаны варианты расположения ускорителя наката относительно люльки 4 (цапфы люльки расположены в цапфенных гнездах верхнего станка). На фиг.3а все три агрегата (тормоз отката 9, накатник 10 и ускоритель наката 11) расположены в одном горизонтальном ряду над стволом. Другие возможные варианты расположения агрегатов представлены на фиг.3б, в, г.
Вариант исполнения ускорителя наката показан на фиг.4. Конструкция включает в себя рабочий цилиндр 12 с присоединенным к нему корпусом камеры сгорания 13. Цилиндр и камера сгорания соединены отверстием 14. В цилиндре перемещается поршень 15 с присоединенным к нему штоком 16. Цилиндр жестко соединен с люлькой, а шток - со стволом. Шток входит в цилиндр через уплотнитель 17. В передней части цилиндра имеется отверстие 18 для выпуска пороховых газов.
Камера сгорания снабжена клиновым затвором 19 со средством воспламенения 20 и спусковым механизмом 21. Спусковой механизм соединен с механизмом стопора ствола 22 (показан пунктиром) через блок управления 23. Блок выполнен с возможностью изменения как порядка срабатывания обоих механизмов, так и интервала времени между их срабатыванием. В камере сгорания размещен пороховой заряд 24.
Действие орудия осуществляется следующим образом. Положение для заряжания показано на фиг.1. Ствол и другие подвижные части находятся в заднем положении. Одновременно с заряжанием орудия производится заряжание пороховым зарядом камеры сгорания 13. Затем выключается стопор накатника и одновременно (или с небольшой разницей во времени) производится воспламенение порохового заряда ускорителя.
Дальнейший процесс происходит в соответствии с вышеописанным и отличается лишь тем, что разгон ствола вперед происходит не только под действием газа, сжатого в накатнике, но и под действием пороховых газов ускорителя наката. Это обеспечивает значительное повышение скорости ствола к концу наката, больший расход импульса отдачи на торможение ствола и, как следствие, снижение импульса на лафет, что в конечном счете обеспечивает возможность уменьшения массы гаубицы и является основным техническим результатом.
При движении поршня воздух, находящийся в цилиндре 12, вытесняется наружу через отверстие 18. После перекрытия отверстия поршнем остающийся в цилиндре воздух сжимается, что приводит к мягкому торможению поршня. При дальнейшем движении поршня отверстие соединяется с запоршневым объемом и происходит истечение пороховых газов в атмосферу.
Масса порохового заряда - ускорителя составляет 0,20…0,40 массы порохового заряда выстрела.
При стрельбе на уменьшенных зарядах ускоритель наката не используется.
Поскольку заряжание ускорителя является дополнительной операцией, выполнение которой снижает скорострельность, рассмотрен вариант конструкции с автоматическим перезаряжанием ускорителя.
На фиг.1 орудие показано в положении отката, т.е. в положении заряжания. По условиям заряжания должно выполняться неравенство
H - высота линии огня; Θmax - максимальный угол возвышения орудия; L - расстояние между цапфами и задней поверхностью казенника, 1 - длина наиболее длинной части выстрела; d - диаметр выстрела.
Как уже указывалось выше, применение схемы с выкатом особенно перспективно для легких пехотных (штурмовых) орудий полкового, батальонного и даже ротного звена и горных орудий (см. литературу). Дополнительное уменьшение массы орудия достигается за счет снижения массы снаряда до Сq=6…8 кг/дм3 (Cq=Q/d3, Q - масса снаряда, кг; d - калибр, дм), а также использования в конструкции титановых и алюминиевых сплавов.
Ниже приводятся расчетные характеристики 122-мм полковой гаубицы с выкатом «Тьмака», разработанные МГТУ им. Н.Э.Баумана:
| Масса гаубицы, кг | 550 |
| Длина ствола, клб | 12 |
| Масса ОФ снаряда, кг (Cq=7 кг/дм3) | 12 |
| Начальная скорость снаряда, м/с | 250 |
| Максимальная дальность стрельбы, м | 6000 |
| Угол горизонтальной наводки | ±45° |
| Угол вертикальной наводки | -5°, +70° |
| Максимальное давление в канале ствола, МПа | 100 |
| Масса заряда ВВ, кг | 3,6 |
| Коэффициент наполнения | 0,3 |
| Дульная энергия, МДж | 0,375 |
| Скорострельность, выстр./мин | 5…6 |
Заряжание гаубицы раздельно-гильзовое, лафет двухстанинный раздвижной, стрельба на полном заряде ведется с подпятника, на уменьшенных зарядах - с колес.
Для сравнения укажем, что штатное/отечественное 120-мм орудие 2Б16 «НОНА-К» имеет массу 1200 кг, т.е. в 2,2 раза большую.
Схема с выкатом может применяться в комбинации с другими способами поглощения отдачи. Из баланса импульсов при выстреле
Mopvop=Qv0,
где Мор, Q - соответственно массы орудия и снаряда, кг, vop, v0 - соответственно скорости орудия и снаряда, м/с, получаем
где Cq=Q/d3, кг/дм3, d - калибр, дм.
Максимально допустимая величина скорости отката vop, равная импульсу отдачи, отнесенному к массе орудия, является конструктивной характеристикой орудия, зависящей от применяемых методов поглощения отдачи (схема с выкатом, применение дульного тормоза, стрельба с подпятника). В таблице приводятся значения vop для различных комбинаций этих методов.
| Без выката | С выкатом | |||
| Без подпятника | С подпятником | Без подпятника | С подпятником | |
| Без дульного тормоза | 2,5 | 3,0 | 5,0 | 6,0 |
| С дульным тормозом | 3,0 | 4,0 | 6,0 | 8,0 |
В частном случае при Cq=8 кг/дм3, v0=250 м/с, vop=6,67 м/с получаем приведенную выше формулу
Mop=300d3,
Мор, кг; d, дм.
При выборе и оценке метода поглощения импульса выстрела необходимо учитывать как физико-механические, так и военные аспекты. Применение дульного тормоза сильно демаскирует орудие при стрельбе и создает травматическое акустическое воздействие на расчет. Использование подпятника увеличивает время подготовки орудия к стрельбе.
Применение орудийно-минометной схемы приводит к уменьшению угла горизонтальной наводки.
Весьма перспективно применение орудий с выкатом в качестве танковых орудий, орудий легкобронированной техники и в самоходной артиллерии. Оно позволяет значительно увеличить калибр орудия.
Реализация возможности заряжания орудия в состоянии отката с выполнением условия (*) приводит к определенным усложнениям (к необходимости повышения линии огня, к необходимости уменьшения угла заряжания или уменьшения длины L, к необходимости выкапывания ровика для прохода патрона и т.п.).
Процесс заряжания в состоянии отката может быть облегчен следующими мерами:
1) уменьшением угла возвышения при заряжании орудия, в том числе с помощью автоматического устройства;
2) использованием телескопического патрона (фиг.6, 7). Телескопический патрон содержит гильзу 25 с капсюльной втулкой 26. В гильзе расположен трубчатый заряд 27, во внутренней полости которого расположен снаряд 28. Телескопические патроны хорошо известны (пат.4604954, 5048423, 5557059 США), но использование их в системах с выкатом является принципиально новым. Отдельной проблемой является возможность изменения при заряжании массы порохового заряда, обязательное для полевой артиллерии. Предусмотрено извлечение частей заряда 29 через съемную крышку 30;
3) использованием телескопического патрона 31 одновременно с поперечной схемой заряжания (с использованием роторного затвора 32). При этом предусмотрены следующие варианты:
- ось роторного затвора расположена перпендикулярно к вертикальной плоскости, проходящей через ствол (фиг.8а - заряжание телескопическим патроном 31, фиг.8б - поворот затвора, запирание ствола и выстрел, фиг.8в - извлечение гильзы). Извлечение гильзы осуществляется преимущественно вверх, т.е. против направления досылания, что обусловлено отсутствием свободного пространства между казенником и поверхностью земли;
- ось роторного затвора расположена в вертикальной плоскости, проходящей через ствол (фиг.9). Подача телескопического выстрела в затвор и извлечение его из затвора происходит в одном направлении.
Для танковых пушек с выкатом, несмотря на небольшие углы возвышения, проблема заряжания остается острой. Это связано с тем, что в положении отката орудие занимает практически всю свободную длину башни. Техническое решение проблемы может заключаться в применении бокового или верхнего заряжания (фиг.5), либо в перенесении автомата заряжания, расположенного в отечественных танках на полу корпуса, в погон башни.
Литература
1. «Нужны ли штурмовые орудия?» Военный парад, 2002, №2.
2. «Региональные войны: нужны штурмовые орудия». Техника и вооружение, 2001, №2.
3. «Пехотная артиллерия: яркое прошлое и неизвестное будущее». Техника и вооружение, 2002, №4.
4. «Уроки истории: германское легкое пехотное орудие IG-18», 2002, №8.
5. «Оружие для региональных конфликтов». Независ. воен. обозрение, 2003, №12.
6. «Тверь» - орудие для роты». Независ. воен. обозрение, 2003, №32.
7. «Штурмовое орудие для локальных конфликтов». Независ. воен. обозрение. 2004, №35.
8. «Оптимизация калибра артиллерийского комплекса ближнего действия «Тверь». Оборонная техника, 2002, №11.
9. Боеприпасы к штурмовому орудию». Энциклопедия «Оружие и технологии», т.12.
1. Артиллерийское орудие с выкатом, содержащее ствол с казенником и затвором, люльку, верхний станок, нижний станок, лафет, стопор ствола в положении отката, устройство, обеспечивающее производство выстрела в конце наката, и откатно-накатное устройство, включающее три части - тормоз отката, накатник и ускоритель наката, отличающееся тем, что ускоритель наката содержит установленный на люльке рабочий цилиндр с перемещающимся в нем поршнем, соединенный штоком со стволом, и установленную на рабочем цилиндре камеру сгорания с пороховым зарядом и средством воспламенения, снабженную затвором со спусковым механизмом, при этом внутренние объемы рабочего цилиндра и камеры сгорания соединены.
2. Орудие по п.1, отличающееся тем, что спусковой механизм ускорителя наката и механизм стопора ствола выполнены с приводом от общего блока управления, выполненного с возможностью изменения порядка срабатывания упомянутых механизмов и интервала времени между их срабатываниями.
3. Орудие по любому из пп.1 или 2, отличающееся тем, что в передней части рабочего цилиндра ускорителя наката на его боковой поверхности выполнено отверстие.
4. Орудие по п.1, отличающееся тем, что масса порохового заряда ускорителя наката составляет 0,20…0,40 массы порохового заряда выстрела.
5. Орудие по п.1, отличающееся тем, что все три части откатно-накатного устройства расположены горизонтальными рядами по одну сторону от ствола выше или ниже его.
6. Орудие по п.1, отличающееся тем, что две части из трех расположены с одной стороны ствола, а третья часть - с другой стороны.
7. Орудие по п.1, отличающееся тем, что оно выполнено с возможностью автоматического перезаряжания ускорителя наката при стрельбе.
8. Орудие по п.1, отличающееся тем, что оно установлено на подвижной платформе.
9. Орудие по п.1, отличающееся тем, что оно содержит автоматическое устройство уменьшения угла возвышения в период заряжания орудия.
10. Орудие по п.1, отличающееся тем, что в нем использован телескопический патрон.
11. Орудие по п.1, отличающееся тем, что оно содержит роторный затвор с поперечной схемой заряжания, при этом ось роторного затвора расположена перпендикулярно вертикальной плоскости, проходящей через ствол, либо расположена в упомянутой плоскости перпендикулярно оси ствола.
