CC BY
136
УДК 662
Б. Д. Диновецкий, В. М. Борисов, В. Н. Александров, П. О. Сафронов, С. А. Скупко, А. В. Косточко
АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ МАТЕРИАЛА ГИЛЬЗЫ ПАТРОНА
НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ МИНОМЕТНОГО ВЫСТРЕЛА
Ключевые слова: основной заряд, материал гильзы патрона, эффективность выстрела.
Проведенный анализ влияния материала гильзы патрона на эффективность выстрела, учитывая ужесточение тактико-технических требований, предъявляемых к основному заряду современных 82-и 120-мм минометных снарядов, позволяет сделать заключение о необходимости проведения экспериментально-теоретических исследований влияния материала гильзы на баллистические характеристики выстрела.
Keywords: the main charge, the material of cartridge shells, efficiency shot.
The analysis of the influence of the material of cartridge shells on the effectiveness of the shot, given the tightening of the tactical and technical requirements main charge the modern 82 and 120-mm mortar shells, allows to draw a conclusion on the need for experimental and theoretical studies of the influence of the material of cartridge shells on the ballistic performance of the shot.
Постоянно повышающиеся требования к эффективности и надежности действия артиллерийского вооружения обуславливают постоянный статистический анализ этих параметров, основанный на опыте хранения, эксплуатации и боевого применения оружия.
Эффективность и надежность
функционирования минометного выстрела существенно зависит от конструктивно-технологических параметров минометного выстрела и внешних условий /1, 2, 3, 4, 5/.
Минометный выстрел в целом (Рис. 1) состоит из метательной и метаемой частей. В минах калибра 82 и 120 мм метательная часть выстрела представляется основным (рис.1 поз. 9) и дополнительными (на рис. 1 не показан) зарядами.
Рис. 1 - Устройство минометного выстрела: 1 -головной взрыватель; 2 - разрывной заряд; 3 -центрующее утолщение; 4 - разрывной заряд; 5 -корпус; 6 - стабилизатор; 7 - перо стабилизатора; 8 - огнепередающие отверстия; 9 - основной метательный заряд (хвостовой патрон)
Если в метаемой части снаряд определяет внешнебаллистические характеристики выстрела, то
элементы метательной части - гильза, пороховой заряд и капсюль-воспламенитель (КВ) -ответственны как за внутреннюю, так и за внешнюю баллистику выстрела. В статье рассмотрены достоинства и недостатки различных типов гильз.
До выстрела крепление патрона в трубке стабилизатора осуществляется за счет сил трения между внутренней поверхностью трубки стабилизатора и поверхностью "вздутия" на гильзе.
При производстве выстрела мина, опущенная хвостом вниз в канал ствола миномета, под действием собственной тяжести, преодолевая сопротивление вытесняемого из канала ствола воздуха, скользит по каналу вниз и накалывается на боек. От этого накола воспламеняется ударный состав, запрессованный внутри капсюля. В свою очередь от горящего ударного состава воспламеняется порох основного заряда. Под действием давления пороховых газов происходит запрессовка латунного основания гильзы в кольцевую канавку трубки стабилизатора. Запрессовка предотвращает прорыв пороховых газов через донную часть трубки стабилизатора.
При дальнейшем повышении давления вследствие горения пороха в замкнутом объеме, газы пробивают картонные стенки в местах огнепередающих отверстий и, вырываясь в заминное пространство канала ствола миномета, поджигают дополнительные заряды (в случае их наличия) и придают мине соответствующее количество движения.
Следует отметить, что по устройству и принципу действия хвостовой патрон мины калибра 82 и 120 мм во многом аналогичен патрону для охотничьего ружья 12 калибра, показанного на Рис. 2. Гильза объединяет все элементы снаряженного патрона в одно целое, предохраняет их от внешних воздействий. Вместе с пыжом, гильза должна обеспечивать замкнутость объема патрона на стадии воспламенения порохового заряда, пока давление продуктов сгорания пороха не достигнет заданного уровня - давления форсирования, а также предотвращать прорыв пороховых газов в затвор.
Это возможно в том случае, если гильза не разрушается при выстреле. Дополнительное требование к гильзам охотничьих боеприпасов -возможность их экстракции из казенной части оружия и повторного применения.
Рис. 2 - Патрон для охотничьего оружия: 1 -запрессовка звездочкой; 2 - контейнер; 3 - дробь; 4, 6, 14,15 - пыжи и прокладки; 5 -пластмассовый корпус гильзы, 7 - порох; 8 -основание гильзы; 9 - поддон; 10 - фланец гильзы; 11 - капсюль-воспламенитель; 12 -запальное отверстие; 13 - осалка основного пыжа
С точки зрения эксплуатации рассматриваемого элемента выстрела,
целесообразна классификация и сравнительная оценка различных конструкций охотничьих гильз по двум следующим существенным признакам:
-материалу гильз (металлическая, бумажная, пластмассовая);
- конструкции посадочного гнезда под КВ (гнездо безнаковаленочного типа под КВ «Жевело» или со встроенной наковаленкой под КВ ЦБО)
Другие отличия, такие, как высокая, низкая или средняя металлическая головка (шляпка, основание, цоколь), бумажный или пластмассовый донный пыж и т. п., не носят принципиального характера.
В процессе выстрела гильзе принадлежит исключительно важная роль. У одних и тех же боеприпасов и при одинаковых условиях их снаряжения показатели внутренней и внешней баллистики значительно изменяются в зависимости от конструкции гильзы, прочности и эластичности материала, из которого она изготовлена. В настоящее время для патронов к гладкоствольным охотничьим ружьям нашей промышленностью выпускаются три типа гильз - металлические, бумажные и пластмассовые. Целесообразно рассмотреть конструкции этих гильз и проанализировать присущие каждому типу преимущества и недостатки.
Металлическая гильза /6/ представляет собой цельнотянутую, с тонкой стенкой, трубку с дном, которое имеет закраину (бортик) и центральное посадочное гнездо с выштампованной наковаленкой под КВ центрального боя (ЦБО). В капсюльном гнезде имеются затравочные отверстия для прохода форса пламени от КВ к пороху.
Выпускаются также металлические гильзы с гнездом без наковаленки под КВ типа «Винчестер», «Жевело» или КВ-21. Основное достоинство металлических гильз возможность их многократного (до ста раз) использования в диапазоне температур от -50 - до +50 0С с различными типами пороховых зарядов.
Недостатки металлических гильз:
- в них трудно удерживать дробовой снаряд дробовым пыжом, из-за этого зачастую не достигается оптимальное давление форсирования, что снижает качество боя;
- внутренний диаметр металлической гильзы всегда больше, чем бумажной и пластмассовой, и больше, как правило, диаметра канала ствола современных охотничьих ружей, в результате чего снижается качество выстрела;
- при выстреле металлические гильзы хуже поддаются упругой деформации и не всегда плотно прилегают к стенке патронника, что может привести к прорыву пороховых газов.
Кроме того, стальные плакированные цинком и медью гильзы больше подвержены остаточной деформации после выстрела. При усиленном заряде иногда появляются продольные трещины.
При стрельбе из многозарядного оружия возможны вздутия цоколя по заходам выбрасывателя, деформация закраины гильзы выбрасывателем, отражателем, подава-телем, затвором оружия
При применении некачественных материалов для трубки гильзы возможны разрывы дульца гильзы, и, даже, отрыв отдельных фрагментов по сгибам.
При длительном хранении латунные гильзы окисляются. Их рекомендуют чистить, а при перезарядке стреляной гильзы предварительно варить ее в каустической соде. Если сопоставить различные типы металлических гильз, то латунные обладают среди них несомненным преимуществом. Объясняется это более высокой ударной вязкостью латуни по сравнению с вязкостью стали и алюминия, что, в свою очередь, позволяет латунной гильзе выдерживать большее количество выстрелов до растрескивания корпуса и дольше сохранять посадочные размеры капсюльного гнезда. Металлические, особенно латунные, гильзы дороже неметаллических в 1,5-2 раза.
Пластмассовые гильзы с металлическим основанием - это сборные гильзы, состоящие из пластмассовой трубки, бумажного или пластмассового донного пыжа и металлического основания, обжатого на пыж и пластмассовую трубку. Металлическое основание имеет гнездо под КВ. Трубка, как правило, изготавливается из полиэтилена методом экструзии.
Цены на пластмассовые гильзы на приемлемом уровне при более высоких, чем у бумажных гильз, потребительских качествах.
Пластмассовые гильзы более прочные, чем бумажные, выдерживают усиленные заряды пороха,
очень редко повреждаются при выстреле. Влагоустойчивы.
Для пластмассовых гильз наиболее характерно кольцевое раздутие цоколя после выстрела, что может привести к затруднению их экстракции, особенно в многозарядном оружии. Кольцевое раздутие цоколя более вероятно при применении плоских капсюльных пыжей. В этом случае пороховые газы стремятся проникнуть в щели между капсюльным пыжом и трубкой гильзы и «отдувают» от нее цоколь. В тех случаях, когда капсюльный пыж имеет сферическое углубление в центре, газы «отдувают» верхний край его стенок на трубку, и пыж мешает их проникновению к нижнему краю трубки и цоколю.
При отрицательных температурах пластмассовые гильзы, изготовленные из материала невысокого качества, могут терять эластичность, что может нарушать обтюрацию при выстреле из-за неполного прилегания стенки гильзы к внутренней поверхности ствола и приводить, с одной стороны, к трещинам, а с другой - к увеличению давления пороховых газов.
При повышенных температурах материал гильз может размягчаться, а при температурах ниже 30 0С, как показывает опыт, возможно разрушение гильз вследствие охрупчивания материала.
Бумажные (папковые) гильзы с металлическим основанием /7/ - это сборные гильзы, состоящие из трубки, скатанной из нескольких слоев бумаги, бумажного или пластмассового донного пыжа с центральным отверстием и металлического основания (цоколя), обжатого на пыж и бумажную трубку. В металлическом основании выштамповано посадочное гнездо под капсюль-воспламенитель «Жевело» (КВ-21).
Длина патронника у отечественных ружей, как правило, 70 мм, поэтому бумажные гильзы имеют такую же длину. При этом допуск на длину бумажных гильз должен быть обязательно отрицательным (-0,5 ... 0,7 мм), так как при выстреле бумажная трубка несколько вытягивается. Если гильза длиной более 70 мм, то при выстреле на скате от патронника к каналу ствола резко сжимаются пыжи, дробь может деформироваться, резко возрастает давление пороховых газов в канале ствола со всеми вытекающими последствиями - -отдачей, ухудшением боя и даже повреждением ствола.
Для качественного выстрела наружный диаметр гильзы должен как можно точнее сочетаться с диаметром канала ствола. Чем точнее совпадают диаметры, тем лучше бой, так как не происходит перестройки дробового снаряда и пыжей при переходе из гильзы в ствол. Бумажные гильзы в наибольшей степени отвечают этим требованиям, так как их диаметр соответствует внутреннему диаметру большинства типов отечественных охотничьих ружей.
Важным достоинством бумажных гильз (как и пластмассовых) является то, что их дульце легко заделывается «звездочкой» или завальцовывается. При этом обеспечивается надежное сцепление
дробового снаряда с прокладкой на дробь (дробовым пыжом) или вообще можно обойтись без них при заделке «звездочкой». Стабильное давление форсирования при этом обеспечивает выстрел хорошего качества.
Рис. 3 - Виды повреждений гильз из патронной бумаги марки А после выстрела
Еще одним достоинством бумажных гильз является возможность их использования, в отличие, например, от пластмассовых, при очень низких температурах, вплоть до -50 0С.
К недостаткам бумажных гильз следует отнести их низкую прочность. По имеющимся данным, до 30 % бумажных гильз при выстреле частично или полностью разрушаются - рвутся в продольном направлении (Рис. 3), прогорают.
Качество бумажных гильз зависит и от используемых материалов. Бумажная трубочка гильзы изготавливается из патронной бумаги марки А по ГОСТ 876-73 со следующими механическими характеристиками:
-прочность на растяжение в машинном направлении (вдоль волокна) - 6,8 кгс/мм2
- прочность на растяжение в поперечном направлении -3,5 кгс/мм2
- относительное удлинение при разрушении в машинном направлении - 1.5%
- относительное удлинение при разрушении в поперечном направлении - 4.2%
Гильзы, в которых слои специальной патронной бумаги между собой склеены клеем ПВА, намного прочнее, чем гильзы, изготовленные с применением, например, казеинового клея. Если гильзы на ПВА выдерживают давление выстрела, то «казеиновые» в массовом порядке разрываются при выстреле, как в продольном, так и в поперечном направлениях.
Папковые гильзы, не выдерживают длительного хранения в обычных условиях, усыхают или разбухают от сырости, поэтому, например, в армейских условиях папковые гильзы применяются только для сигнальных ракет. Пересохшие гильзы уменьшаются в диаметре и становятся хрупкими и, зачастую, становятся причиной несчастных случаев.
Влагостойкость бумажных гильз низка, при неправильном хранении они разбухают и совершенно непригодны для стрельбы из многозарядных полуавтоматических ружей.
Однако потенциал совершенствования характеристик бумажных гильз не исчерпан и это показывается последними разработками. На основе анализа причин разрушения гильз при выстреле была установлена необходимость замены патронной бумаги на материал, обладающий более высокими механическими характеристиками. Заводом «Искра» (г. Новосибирск) были разработаны гильзы из электроизоляционного картона (далее ЭК) по ГОСТ 2824-86, предназначенного для работы в среде с температурой до 90 0С, обладающего, в зависимости от сорта, следующими механическими показателями:
- прочность на растяжение в машинном направлении (вдоль волокна) - 8,5-11 кгс/мм2
- прочность на растяжение в поперечном направлении - 3,5-4 кгс/мм2
- относительное удлинение при разрушении в поперечном направлении - 8-9%
- плотность, при толщине бумаги до 1,5 мм -1,15 - 1,2 г/см3.
Более высокое удлинение (большая эластичность материала) ЭК при разрушении, вдвое превосходящее аналогичную характеристику патронной бумаги марки А, позволяет гильзе без разрушения деформироваться в патроннике ружья для выборки первоначального зазора между наружной стенкой гильзы и внутренней стенкой патронника. Величина этого зазора, например, между стенкой гильзы 12-го калибра, практически составляет 0,25 мм. Поэтому необходимая расчетная величина удлинения бумаги при разрыве в поперечном направлении составляет не менее 5,3 %, так как штатное технологическое оборудование намотки бумажной трубки гильзы располагает бумагу в гильзе таким образом, что выбор зазора при деформации гильзы происходит за счет деформации бумаги в поперечном направлении.
Испытания этих гильз, проведенные в соответствии с нормативными документами, как в стендовых, так и натурных условиях, показали, что требуемая на современном уровне надежность функционирования гильз, подтверждена стрельбой из баллистического оружия с увеличенным максимальным давлением пороховых газов при выстреле (800-1000 кг/см2), динамико-гидравлическими испытаниями при темперировании
зарядов от 50 до -50 0С, стрельбой из самозарядного оружия, натурной стрельбой в Якутии при температуре окружающей среды -50 0С. Причем оказалось возможным повторное использование гильз.
Важно отметить, что у гильз, изготовленных из патронной бумаги марки А, в цикле аналогичных испытаний были обнаружены различные нарушения, недопустимые техническими условиями, особенно в случаях, когда влажность трубок гильзы снижалась до 2% , в то время как для гильзы из ЭК такое снижение влажности трубок не приводило к появлению дефектов.
Анализ влияния материала гильзы на эффективность выстрела, учитывая ужесточение тактико-технических требований, предъявляемых к основному заряду современных 82 и 120 мм минометных выстрелов, позволяет сделать заключение о необходимости проведения экспериментально-теоретических исследований влияния материала гильзы на баллистические характеристики указанных выстрелов.
Литература
1. М. Е. Серебряков, Внутренняя баллистика ствольных систем и пороховых ракет// М.: Оборонгиз. 1962. 702 с.
2. Г.Г. Валеев, В.Ф. Сопин, Б.А. Соков Основы проектирования и функционирования метательных зарядов для артиллерийских систем: учеб. пособие// Казань: Казан. гос. технол. ун-т. 2005. 315 с.
3. В.Н. Александров, Б.Д. Диновецкий, А.В. Косточко, П.О. Сафронов. Режимы горения пороха основного заряда в условиях минометного выстрела// Вестник КТУ, Казань. 2013. Т.16. №17. С. 201-204.
4. Э.Г. Гулицкий, В.Н. Чистюхин, В.Ю. Фролов, Г.В. Игнатьев, Ю.М. Михайлов. Обеспечение стабильной работы основного заряда в условиях удлиненной камеры стабилизатора мины 82-мм выстрела// Вестник КТУ, Казань. 2010. Т. 13. №8. С. 199-203.
5. Э.Г. Гулицкий, Р.И. Мухаметлатипова, Г.В. Игнатьев, В.Н. Чистюхин, Р.Ф. Гатина, Ю.М. Михайлов. Пути совершенствования конструкции основного заряда для удлиненной камеры стабилизатора 82-мм мины// Вестник КТУ, Казань. 2011. Т. 14. №17. С. 146-150.
6. В. Трофимов. Охотничьи боеприпасы и снаряжение патронов к охотничьим ружьям// М.: «Издательский дом Рученькиных». 2008. 272 с.
7. Картонные гильзы [Электронный ресурс].- Режим доступа http: www.hunt-dogs.ru/2802/, свободный.
© Б. Д. Диновецкий - д-р техн. наук, проф. каф. химии и технологии высокомолекулярных соединений КНИТУ, labgor@kstu.ru; В. М. Борисов - д-р техн. наук, проф. каф. технологии твердых химических веществ КНИТУ; В. Н. Александров - канд. техн. наук, доц. каф. химии и технологии высокомолекулярных соединений КНИТУ; П. О. Сафронов - канд. техн. наук, доц. той же кафедры; С. А. Скупко - инж. той же кафедры; А. В. Косточко - д-р техн. наук, проф., зав. каф. химии и технологии высокомолекулярных соединений КНИТУ.
© B. D. Dinovetsky - Doctor of Technical Sciences, professor of the department of chemistry and technology of high-molecular compounds of KNRTU, labgor@kstu.ru; V. M. Borisov - Doctor of Technical Sciences, professor of the department of technology of solid chemicals of KNRTU; V. N. Alexandrov - m.p., assistant professor of the department of chemistry and technology of high-molecular compounds of KNRTU; P. O. Safronov - m.p., assistant professor of the department of chemistry and technology of high-molecular compounds of KNRTU; S. A. Skupko - engineer of the department of chemistry and technology of high-molecular compounds of KNRTU; A. V. Kostochko - Doctor of Technical Sciences, head of the department of chemistry and technology of high-molecular compounds of KNRTU.
