CC BY
94
Повышение баллистических характеристик стрелкового оружия за счет применения модернизированной схемы Герлаха
А.В. Кулагин
Удмуртский государственный университет, Ижевск, Удмуртия
Аннотация: в статье предложен метод совершенствования баллистических характеристик стрелкового оружия путем применения комбинированного канала ствола. Этот подход подтвержден решением основной задачи внутренней баллистики и некоторыми смоделированными опытными данными.
Ключевые слова: дульная энергия, прочность, давление, скорость, импульс, баллистика.
Традиционные пути увеличения дульной энергии, которая является одним из основных элементов повышения эффективности стрелкового оружия (самозарядное оружие, пулеметы), да и в целом артиллерийского оружия (пушки, гаубицы) в настоящее время можно считать исчерпанными. В дальнейшем будем вести речь применительно к стрелковому оружию. Здесь можно предложить три метода повышения эффективности:
1. За счет применения нового баллистического решения ствол с комбинированным каналом - надкалиберная пуля (рис. 1), что позволит использовать естественный резерв прочности казенной части стволов стрелкового оружия и создать оружие с более высоким уровнем начальных скоростей [1-4];
2.За счет различных методов упрочнения, что конструктивно и технологически часто противоречит друг другу [5,6];
3. За счет повышения прочностных характеристик материалов, что тоже приводит к рассогласованию с пластичностью и габаритно-массовыми характеристиками в условиях повышенных температур[5-7].
Предлагаемый баллистический способ хорошо вписывается в существующие образцы стрелкового оружия и является модернизацией известной схемы Герлаха, примененной во время второй мировой войны. Однако вследствие двойного уширения и больших поперечных размеров ствола и оружия, а также вследствие технологических трудностей изготовления цилиндро-конических стволов эта схема не была реализована в серийном производстве. За объект исследования примем снайперскую винтовку Драгунова (СВД).
Рис.1 - Ствол с комбинированным каналом Модернизированная схема отличается применением цилиндрической гильзы вместо бутылочной, а также тем, что коническая часть в ней выступает не как основная часть ствола, а как переходная от разгонной цилиндрической части, длиной к основной, направляющей нарезной части ко длинной 1н (рис.1). Назовем условно такую конструкцию стволом с комбинированным каналом.
Для определения значений баллистических характеристик решаем основную задачу внутренней баллистики (ОЗВБ) со следующими исходными данными [1-3,8-10]:
диаметр цилиндрической части ствола 10 мм; диаметр нарезной части ствола 7,62мм; масса топлива 0,0039 кг; плотность заряжания 900 кг/м ; масса пули 0,0096 кг; путь пули 588 мм; путь по цилиндрической части ствола 60 мм; путь по конической части ствола 30 мм; путь по нарезной части ствола 498 мм; длина зарядной каморы 32 мм; показатель изоэнтропы 0,235; коволюм 0,00095 м /кг; давление форсирования 15 МПа; коэффициент формы зерна 1; сила топлива 1,03 МДж/кг; начальное значение импульса 0,123 МПас максимальное давление 360 МПа.
Результат р сводим в таблицу 1, в которой /-время движения пули,¥-коэффициент формы зерен топлива, У-скорость движения пули /-путь, проходимый пулей р-давление газов в канале, ЯТ-мощность топлива на килограмм его массы.
Таблица № 1
Энерго-баллистические параметры по схеме Герлаха
с ¥ У,м/с /,мм р, МПа ЯТ,Дж/кг
0,00004 0,05162 24,85 0,4 110,59 1,0288
0,00008 0,09339 68,77 2,2 188,18 1,0189
0,00012 0,15985 138,65 6,3 279,83 0,9976
0,00016 0,24979 233,22 13,7 346,70 0,9639
0,00020 0,35134 340,00 25,1 360,47 0,9220
0,00024 0,45029 444,04 408 322,48 0,8786
0,00028 0,53854 536,22 60,5 288,74 0,8383
0,00032 0,61424 612,50 83,5 245,78 0,8044
0,00036 0,67872 677,46 109,3 210,11 0,7839
0,00040 0,73406 733,21 137,6 181,06 0,7659
0,00044 0,78197 781,48 167,9 157,51 0,8031
0,00048 0,82385 823,67 200 138,40 0,7503
0,00052 0,86082 860,92 233,7 122,76 0,7365
0,00056 0,89375 894,10 268,8 109,84 0,7243
0,00060 0,92334 923,91 305,2 99,05 0,7134
0,00064 0,95011 950,88 342,7 89,95 0,7036
0,00068 0,97450 975,46 381,2 82,20 0,6946
0,00072 0,99685 997,98 420,7 75,54 0,6865
0,00076 1,00000 1018,72 461,1 69,77 0,6790
0,00080 1,00000 1037,93 502,2 64,73 0,6840
0,00084 1,00000 1055,79 544,1 60,31 0,6905
0,00088 1,0000 1072,96 586,6 56,39 0,6962
588 56,28 0,6964
На вылете из канала ствола, что соответствует последней строке таблицы 1 имеем окончательное значение импульса энергии выстрела 410 МПа'с и импульса отдачи 14,9658 кгм/с. Смоделируем схему Герлаха по полученным параметрам и сведем результаты по опытам в таблицу 2.
Таблица № 2
Существующие и опытные конструкторско-баллистические характеристики
Параметр вариант ю , кг А , кг/дм3 1гл, мм 1кон , мм Р т-> МПа У , м/с Уд , м/с У , %
СВД 0,00315 0,84 - - 304 800 - -
Оп 1 0,0039 0,9 15 30 304 930 130 16,2
Оп 2 0,0039 0,9 30 30 304 963 163 20,4
Оп 3 0,0039 0,9 45 30 304 950 150 18,8
Оп 4 0,0039 0,9 15 30 353 960 160 20,0
Оп 5 0,0039 0,9 30 30 353 994 154 24,2
Оп 6 0,0039 0,9 60 30 353 986 186 23,2
Из данных таблицы следует, что применение ствола с комбинированным каналом позволяет значительно увеличить уровень Уд начальных скоростей пуль (до 25%), а, следовательно и дульных энергий при весе топлива ю и плотности заряжания А, что достигается за счет:
33
увеличения объема каморы от 3,85 см до 4,3 см .
увеличения импульса движущей силы на участке /гл+/кш повышения максимального давления р т, которое дает в рассматриваемой схеме больший эффект, чем в обычных цилиндрических стволах.
Результаты заставляют по-новому взглянуть на производительность цилиндро-конических стволов, увеличение которой определяется оптимальной длиной гладкого участка, которая находится в пределах 15-45 мм и вписывается в существующие размеры посадочной в ствольную коробку части штатных стволов. Длина конической части ствола в первом приближении принята 30 мм и подлежит экспериментальной проверке. Эскизная проработка оружия с экспериментальным стволом показала его высокую степень преемственности: в нем полностью заимствуется более 50% деталей, в том числе затвор ствольная коробка, детали автоматики, а при производстве сохраняется 80-90% существующего техпроцесса. Новые детали - ствол, магазин, подаватель и др. Гильза патрона для нового изделия представляет собой разновидность винтовочной гильзы и состоит из одного цилиндрического участка, совпадающего по размерам с цилиндрической частью (первым конусом) винтовочной гильзы.
Литература
1.Жук А.Б. Стрелковое оружие. Револьверы, пистолеты, винтовки, пистолеты-пулеметы, автоматы. - М.: «Воениздат»,1992. 735 с.
2. Серебряков М.Е. Внутренняя баллистика ствольных систем и пороховых ракет.-М.: «Оборонгиз», 1962. 703 с.
3. Корнер Дж. Внутренняя баллистика орудий. Пер. с англ. под ред. проф. И.В. Граве.-М: Издательство иностранной литературы, 1953.-462 с.
4.Ширяев Д.Забытая история пули Гарольда Герлаха/Армия мира. Вооружение, 2011. URL: dogswar.ru/armii-mira/vooryjenie/3863-zabytaia-istoriia-py.html.
5.Орлов Б.В., Ларман Э.К., Маликов В.Г. Устройство и проектирование стволов артиллерийских орудий.-М.: «Машиностроение». 1976, 430 с.
6.Кулагин А.В., Дородов П.В. О запасе прочности и оценке надежности узлов металлоконструкций//Инженерный вестник Дона, 2012, № 2 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2012/810.
7. Кулагин А.В. Газодинамический подход к оценке потерь на теплоотдачу в простом газопроводе.//Инженерный вестник Дона, 2013, №2URL:ivdon.ru/uploads/article/pdf/IVD_82_Kulagin.pdf_1736.pdf.
8.Ассовский И.Г. Физика горения и внутренняя баллистика - М.: Наука. 2005. - 357 с.
9. Gutman V.R. Solid propellant burning rate theory, ARS, 1960, 30. No.9, pp. 908-910.
10. Stone M.W. Slotted Tube Grain Design, ARS-II,1961, pp.223-228.
References
1. Juk A.B. Strelkovoe orujie. Revolvery, pistolety, vintovki, pistolety-pulemety, avtomaty [Small-arms. Revolvers, pistols, rifles, machine pistols-guns, automats.]-M: «Voenisdat», 1992. 735 p.
2. Serebryakov M.E. Vnutrennjaja ballistika stvolnyh system i porohovyh raket [Internal ballistics of the barrel systems and gunpowder rockets]. M: «Oborongis»», 1962. 703 p.
3. Korner J. Vnutrennjaja ballistika orudiy [Internal ballistics of instruments]. Per.
s angl. pod red. prof. I.V. Grave. M.: Izdatelstvo inostrannoi literatury, 1953. 462 p.
4. Shyryaev D. Armya mira. Voorujenie, 2011. URL:dogswar.ru/armii-mira/vooryjenie/3863-zabytaia-istoriia-py.html.
5. Orlov B.V., Larman E.K., Malikov V.G. Ustroystvo i proektirovanie stvolov artilleriyskyh orudiy [Device and planning of barrels of artillery instruments]-M.:«Mashinostroenie». 1976, 430 p.
6. Kulagin A.V., Dorodov P.V. Inzhenerny vestnik Dona, 2012, № 2
URL:ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2012/810. pp.420-423
7. Kulagin A.V. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2013,
№2URL:ivdon.ru/uploads/article/pdf/IVD_82_Kulagin.pdf_1736.pdf.
8. Assovsky I.G. Fisika gorenja I vnutrennjaja ballistika [Physics of burning and internal ballistics]. M.:Nauka. 2005-357 p.
9. Gutman V.R. Solid propellant burning rate theory, ARS, 1960, 30. No.9, pp. 908-910.
10. Stone M.W. Slotted Tube Grain Design, ARS-II, 1961, pp.223-228.
