2.4 Дульные газодинамические устройства

Практически все современные образцы артиллерийских орудий, особенно автоматического оружия, имеют дульные газоди­намические устройства (ДГУ), выполняющие те или иные функции по уменьшению влияния на стреляющего или на орудие нежела­тельных эффектов, сопровождающих выстрел. ДГУ работают в пе­риоде последействия и используют энергию газов, выходящих из канала ствола вслед за зарядом. Вследствие этого они не ухудшают баллистические характеристики образцов. Кроме того, они, как пра­вило, просты по устройству и отличаются высокой надежностью.

За счет ДГУ можно существенно снизить энергию отдачи, уменьшить пламенность выстрела и звуковое воздействие, а также исключить обратное пламя, уменьшить загазованность боевых от­делений танков и самоходных орудий, повысить кучность стрельбы из автоматического оружия и так далее При этом часто различные функциональные назначения совмещаются в одном устройстве.

Основными требованиями к ДГУ являются следующие:

-они должны обеспечивать целевое назначение;

-звуковое воздействие выстрела на стреляющих должно нахо­диться в допустимых пределах;

-видимость пламени, воздействие на грунт (пыль, снежные вих­ри) при выстреле должны быть минимальными и не демаскировать боевую позицию;

-кучность стрельбы из-за воздействия ДГУ на характер движе­ния ствола не должна ухудшаться;

-применение ДГУ не должно заметно увеличивать массу и габа­риты всего оружия;

-конструкция ДГУ должна иметь простую форму, быть техноло­гичной для производства;

-прочность элементов ДГУ и его живучесть не должны уступать прочности и живучести ствола.

Из приведенных требований следует, что, выполняя заданные функции, ДГУ не должны ухудшать (или, в крайнем случае, дово­дить до недопустимых пределов) другие эксплуатационные харак­теристики.

Наибольшее распространение среди ДГУ получили дульные тормоза, предназначенные для уменьшения энергии отдачи ствола или всего оружия за счет преобразования части энергии отдачи, возникающей при выстреле. Сущность работы дульного тормоза заключается в том, что после вылета снаряда (пули) из канала ствола пороховые газы попадают в полость дульного тормоза и че­рез переднее и боковые отверстия истекают в атмосферу. Истече­ние пороховых газов через боковые каналы, которые могут быть направлены под различными углами к оси канала ствола, уменьша­ет осевую составляющую суммарного вектора количества движе­ния пороховых газов, уменьшает осевую реакцию, действующую на ствол. К достоинству такой конструкции можно отнести то, что она не передает усилия на лафет, а замыкает его на ствол.

Эффективность дульного тормоза оценивается его энергетиче­ской характеристикой, которую принято выражать в процентах по следующей

, (2.21)

где M_o - масса откатных частей (полагают, что она практически не зависит от наличия дульного тормоза);

W_t - скорость свободного отката в конце периода последейст­вия при отсутствии дульного тормоза;

W_tд - скорость свободного отката в конце периода последейст­вия при наличии дульного тормоза.

Повышение эффективности дульного тормоза, как правило, со­провождается усилением звукового воздействия вследствие на­правленности возникающей дульной волны в сторону стреляющего, что является сдерживающим фактором для полного использования потенциальных возможностей дульного тормоза как противооткат­ного устройства.

Дульные тормоза классифицируют по конструктивным призна­кам, главными из которых являются: наличие или отсутствие диа­фрагмы (передней стенки); число камер; число рядов боковых от­верстий; форма боковых отверстий.

Дульные тормоза без диафрагмы называют бескамерными (рис. 2.52). Внутренний диаметр полости бескамерного дульного тор­моза чаще всего бывает больше калибра (рис. 2.52, а). Однако встре­чаются и калиберные дульные тормоза, у которых диаметр полости равен калибру (рис. 2.52, б). В ряде случаев они могут быть предпоч­тительнее, поскольку скорость снаряда, проходящего по такому тормозу, увеличивается до 2 %. К тому же он не влияет на на­чальные условия движения снаря­да по траектории и поэтому не ухудшает кучность стрельбы. Бес­камерные дульные тормоза могут выполняться как цельными со стволом, так и в виде отдельных насадок.

Дульные тормоза с диафраг­мами называются камерными (рис. 2.53). Наибольшее распро­странение получили однокамерные

Рис 2.52 Бескамерные дульные тормоза

а - цилиндрический. 6 –ствольный

Рис 2.53 Камерные дульные тормоза

а - однокамерный оконным б - двухкамерный оконный, в - однокамер­ный сотовый, г - однокамерный щелевой.

и двухкамерные тормоза. По сравнению с бескамерными они могут обеспечивать большую эффективность за счет удара исте­кающего газа о диафрагму.

Форма боковых отверстий выбирается в виде квадратных или прямоугольных окон, поперечных или продольных щелей, круглых отверстий. В соответствии с этим они называются оконными, ще­левыми или сотовыми. В пределах каждой камеры отверстия могут располагаться в один или несколько рядов.

В табл. 2.6 приведены некоторые конструктивные характери­стики ряда отечественных артиллерийских орудий. В таблице при­няты следующие обозначения: L_T- расстояние от дульного среза ствола до переднего среза дульного тормоза; S - площадь канала ствола, S_o - площадь сечения бокового отверстия в передней диа­фрагме, S_F - суммарная площадь боковых отверстий; - конструк­тивная характеристика дульного тормоза, вычисленная по методу Б. В Орлова; Е - энергетическая характеристика дульного тормо­за при приведенном значении а.

При анализе работы дульных тормозов следует иметь в виду, что, уменьшая скорость отката и нагрузку на лафет, они ухудшают условия уравновешивания качающейся части артиллерийских ору­дий, создают повышенные избыточные давления в зоне работы об­служивающего персонала, демаскируют местонахождение орудия и затрудняют стрельбу прямой наводкой.

В стрелковом оружии применяются камерные оконные однорядные дульные тормоза.

Таблица 2.6

Характеристики дульных тормозов.

Газовые локализаторы предназначены для формирования оп­ределенным образом истекающих из канала струй с целью предот­вращения воздействия их на находящиеся вблизи предметы. Лока­лизаторы авиапушек предназначаются для отвода пороховых газов в стороны в плоскости, безопасной для работы компрессора тур­бореактивного самолета. При истечении пороховых газов из кана­ла ствола происходит настолько сильный отсос (эжекция) воздуха от воздухозаборника двигателя, что возникающее разрежение ат­мосферы в этой части самолета, может привести к его нестабиль­ной работе и даже к полному выключению в случае стрельбы очередями.

При внешнем сходстве с дульными тормозами локализаторы обеспечивают отвод максимального количества пороховых газов в стороны при меньшем, чем обычно у тормозов, изменении им­пульса отдачи. Локализаторы имеют камеру увеличенной длины с многорядным расположением окон.

Газовые компенсаторы или стабилизаторы устойчивости ору­жия при выстреле представляют собой надульные устройства типа дульного тормоза, имеющие в отличие от последнего несиммет­рично расположенные относительно оси канала ствола боковые каналы (рис. 2.54). Несимметричное расположение окон боковых каналов позволяет создать поперечную (боковую) реакцию на-Дульного устройства на ствол и тем самым компенсировать дейст­вие момента от динамической пары, опрокидывающей оружие при выстреле. Боковые каналы могут быть выполнены с несиммет­ричным расположением окон (рис. 2.54, а) и с симметричным

Рис 2.54 Схемы компенсаторов

Рис. 2.55. Кососрезанный ком­пенсатор автомата Калашникова

расположением окон разного размера (рис. 2.54, б). Главная задача — подобрать размеры боковых каналов и их взаимное распо­ложение так, чтобы возникающие осевые и боковые усилия обес­печивали требуемое положение оси канала ствола перед очеред­ным выстрелом.

Типичные компенсаторы автоматического оружия имеют вид кососрезанных цилиндрических и конических насадок (рис. 2.55) и могут стабилизировать оружие в одной или двух плоскостях.

Пламягасители - дульные газодинамические устройства, слу­жащие для уменьшения демаскирующего действия пламени за счет снижения температуры и давления пороховых газов, вытекающих из канала ствола (рис. 2.56). Обычно они применяются для стрел­кового оружия.

Пламегасители с коническим раструбом позволяют использо­вать их для увеличения скорости откатных частей. Они называются также усилителями отдачи.

Рис 2.56 Конструктивные типы пламегасителей

а — конический (сопловой), б - щелевой, в – комбинированный

Рис 2.57 Схема глушителя звука вы­стрела

Щелевые пламегасители мож­но назвать устройствами распы­лительного действия, работа их основана на расчленении струи пороховых газов на ряд мелких составляющих, направленных пер­пендикулярно оси канала ствола. Такой пламегаситель является бо­лее эффективным, так как в нем обеспечивается интенсивное догорание пороховых частиц и охла­ждение газов вследствие большой площади поверхности контакта газовой струи с воздухом.

При несимметричном отводе газов через боковые щели пламе­гасителя такое устройство работает в качестве компенсатора.

Глушители предназначены для уменьшения звукового эффекта, возникающего при выстреле, и представляют собой емкость для поступающих из канала ствола пороховых газов (рис. 2.57).

Сущность действия глушителей состоит в резком увеличении времени выхода пороховых газов в атмосферу, а также в снижении их кинетической энергии за счет охлаждения при расширении и соприкосновении с металлическими стенками корпуса глушителя или специальными теплоемкими устройствами, помещаемыми в глу­шитель.

Одним из простых конструктивных решений является задержка пороховых газов при помощи специальной упругой обтюрирующей прокладки. Она устанавливается в первой камере глушителя, про­бивается пулей и отсекает пороховые газы при упругом восстанов­лении. Применение указанного способа является неудобным из-за необходимости частой смены обтюратора для получения эффек­тивного глушения звука.

Следует иметь в виду, что установкой глушителя невозможно устранить звук, возникающий при образовании баллистической волны, сопровождающей движение пули со сверхзвуковой скоро­стью. Поэтому для бесшумного оружия применяются специальные патроны с уменьшенным зарядом и дозвуковой начальной скоро­стью пули.

Эжекторы - особый вид ДГУ. При стрельбе из артиллерийско­го орудия, находящегося в башне (танка, самоходной установки, корабля, каземата и др), происходит задымление боевого отделе­ния пороховыми газами, остающимися в экстрактированных гиль­зах, а также газами, частично вытекающими из каморы при откры­вании затвора. Это вызывает вредное воздействие на обслужи­вающий боевой расчет (газы содержат до 40 % окиси углерода).

Для надежного и быстрого удаления пороховых газов приме­няются различные специальные механизмы и устройства для про­дувания канала ствола. Например, часто применяется механизм продувания сжатым воздухом Работа этого механизма заключает­ся в том, что после открывания затвора или экстрактирования гильзы в канал ствола через сопла, расположенные в казеннике, подается воздух под давлением 1...4 МПа, который, протекая с боль­шой скоростью через канал ствола, увлекает за собой оставшиеся пороховые газы и несгоревшие частицы пороха. Это предотвраща­ет и появление обратного пламени. При этом способе продувания необходимо иметь баллоны с сжатым воздухом или компрессор­ные установки. Расход воздуха на каждое продувание составляет 20.. 40 % от объема канала ствола.

Более современным и наиболее распространенным способом продувания является продувка с использованием эжектора.

Эжектор (рис. 2.58) представляет собой цилиндр (ресивер), надетый на ствол так, что между внутренней поверхностью по­следнего и наружной поверхностью ствола образуется резервуар, объем которого определяется заранее.

Ресивер эжекционного устройства располагается на расстоянии 8...10 калибров, считая от дульного среза до середины ресивера, и может крепиться к стволу при помощи неразъемного (сварного) или разъемного соединения. В случае неразъемного соединения ресивер приваривается только с одной стороны для исключения влияния температурных расширений.

Полость ресивера соединяется с полостью канала ствола от­верстиями, имеющими наклон а в сторону дульного среза. Во время выстрела, после прохождения снарядом зоны эжекционных отверстий, пороховые газы заполняют полость ресивера. Заполне­ние проходит до тех пор, пока давление в полости ресивера и ка­нала ствола не сравняются. После вылета снаряда при снижении

Рис 2 58 Схема эжектора с клапаном

1 - цилиндр (ресивер), 2 – клан, 3 - втулка ,4,5 – уплотнения

давления в канале ствола начнется обратное перетекание газов из резервуара по направлению к дульному срезу. Из-за наклона от­верстий в сторону дульного среза резко возрастает скорость исте­чения пороховых газов.

Увеличение скорости газов приводит к падению давления в ис­текающем потоке. При этом пороховые газы, находящиеся в ка­зенной части ствола, а также воздух, проникающий в канал при открывании затвора, будут эжектироваться (засасываться) с опре­деленной скоростью в сторону дульного среза и продувать канал ствола.

Время истечения пороховых газов из резервуара должно быть больше времени последействия и больше времени открывания за­твора и экстрактирования гильзы.

Проектирование механизма эжекторного типа обычно заклю­чается в установлении количества сопел, их наклона к оси канала, наименьшего диаметра, объема резервуара и времени действия механизма для надежного продувания канала ствола.

Описанный способ наиболее полно отвечает требованиям, предъявляемым к механизмам продувания, которые включают в се­бя, полное продувание канала; автоматическое действие после ка­ждого выстрела; сохранение скорострельности орудия; простота устройства и безопасность работы его.

Следует отметить, что применение эжекторов из-за наличия отвер­стий в стенке ствола накладывает дополнительные требования при обеспечении прочности ствола в зоне их расположения. Кроме того, го­рячие, истекающие через отверстия пороховые газы могут вызывать эрозию металла ствола, особенно в зоне острой кромки при выходе из отверстий в канал ствола. Для уменьшения этого отрицательного явле­ния обычно в отверстия вставляются специальные втулки, изготовлен­ные из тугоплавких металлов.