RU2376542C2

RU2376542C2 - Shooting device

Info

Publication number: RU2376542C2
Application number: RU2008107254/02A
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Петрович Александров (RU); Дмитрий Петрович Александров
Priority date: 2008-02-26
Filing date: 2008-02-26
Publication date: 2009-12-20
Also published as: RU2008107254A

Abstract

FIELD: weapons.

SUBSTANCE: invention relates to launchers exploiting high-rate hot gas flow to throw solid bodies. Proposed device consists of metal lining tube and metal-base laminate shell. The former represents metal spring, while the latter consists of at least one metal thin-sheet layer and composite fibrous material (CFM) layer with polymer matrices.

EFFECT: increased CFM carrying capacity and device higher bending strength.

9 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области анизотропных конструкций, предназначенных для хранения-транспортировки, реактивного пуска или метания твердых тел с помощью высокоскоростного горячего газового потока.The invention relates to the field of anisotropic structures intended for storage-transportation, rocket launching or throwing of solids using a high-speed hot gas stream.

Известны минометные стволы с металлическим казенником и дульной частью в виде цельнопластиковой (из композиционного волокнистого материала - КВМ) трубы (патент США №3517585, 1972 г.). Применение КВМ позволяет значительно снизить вес ствола, однако отсутствие на внутренней поверхности трубы теплозащитного экрана приводит к повышенному термоэрозионному износу канала ствола и быстрой потере живучести ствола. С целью повышения живучести ствола КВМ укладывают на тонкий металлический моноблок (лейнер). Такие конструкции широко используются в баллистических установках. Это направляющие трубы для пуска реактивных снарядов, артиллерийские и минометные стволы. В качестве примера можно привести реактивные системы Джет Шот (Бельгия) и XLE1 (Великобритания). Они легче цельнометаллических аналогов на 40-50%.Known mortar barrels with a metal breech and a muzzle in the form of all-plastic (composite fiber material - KVM) pipe (US patent No. 3517585, 1972). The use of KVM can significantly reduce the weight of the barrel, however, the absence of a heat shield on the inner surface of the pipe leads to increased thermal erosion wear of the barrel channel and a quick loss of barrel survivability. In order to increase barrel survivability, KVMs are stacked on a thin metal monoblock (liner). Such designs are widely used in ballistic installations. These are guiding tubes for launching rockets, artillery and mortar barrels. An example is Jet Shot (Belgium) and XLE1 (UK). They are lighter than all-metal analogues by 40-50%.

Известны различные варианты исполнения стволов огнестрельного оружия с применением КВМ. («Применение композиционных материалов для стволов огнестрельного оружия», пер. с англ. №№П-24476, П-24480, США, 1981 г.). Общим в их устройстве является наличие металлического лейнера и пластиковой или металлопластиковой оболочки. Введение в конструкцию ствола в то же время имеет и негативные стороны, ограничивающие эффект снижения массы ствола за счет применения КВМ. Причиной этого является значительное различие в величине модуля Юнга металлов и КВМ. Так модуль Юнга стеклопластика, наиболее дешевого и технологичного КВМ, в 4-5 раз меньше соответствующей характеристики высоколегированной стали, что приводит к снижению коэффициента использования несущей способности КВМ и, как следствие, к завышению массы ствола.There are various options for the execution of barrels of firearms using KVM. ("The use of composite materials for firearms barrels", trans. From English. No. P-24476, P-24480, USA, 1981). Common to their device is the presence of a metal liner and a plastic or metal-plastic shell. Introduction to the barrel design at the same time has negative aspects that limit the effect of reducing the weight of the barrel due to the use of KVM. The reason for this is a significant difference in the Young's modulus of metals and CMEs. Thus, the Young's modulus of fiberglass, the cheapest and most technologically advanced KVM, is 4-5 times less than the corresponding characteristic of high alloy steel, which leads to a decrease in the utilization of the KVM bearing capacity and, as a consequence, to an overestimation of the barrel mass.

В качестве ближайшего аналога можно привести устройство для производства выстрела, описанного в патенте US №3641870 A, F41C 21/02, 15.02.1972 г.As the closest analogue, you can bring the device for firing a shot described in US patent No. 3441870 A, F41C 21/02, 02/15/1972

Устройство состоит из стального лейнера и металлопластиковой оболочки, изготовленной путем намотки на лейнер стальной проволоки диаметром 0,05-0,2 мм на эпоксидном связующем. С целью повышения несущей способности ствола намотка производится с расчетным натяжением, что обеспечивает эффект скрепления ствола. Указанный ствол легче цельнометаллического аналога на 40%.The device consists of a steel liner and a metal-plastic sheath made by winding steel wire with a diameter of 0.05-0.2 mm on an epoxy binder onto the liner. In order to increase the bearing capacity of the barrel, winding is carried out with a calculated tension, which provides the effect of bonding the barrel. The specified barrel is lighter all-metal analogue by 40%.

Однако явление релаксации напряжений, связанное с реологией и действием термоциклических нагрузок на армированный полимер, сводит эффект скрепления практически до минимума. Кроме того, однонаправленное (поперечное) армирование оболочки приводит к снижению изгибной жесткости рассматриваемого ствола по сравнению с его цельнометаллическим аналогом. Применение же продольного армирования для повышения изгибной жесткости уменьшило бы эффект снижения массы ствола.However, the phenomenon of stress relaxation associated with the rheology and the action of thermocyclic loads on the reinforced polymer minimizes the bonding effect to a minimum. In addition, the unidirectional (transverse) reinforcement of the shell leads to a decrease in the bending stiffness of the considered barrel in comparison with its all-metal analogue. The use of longitudinal reinforcement to increase bending stiffness would reduce the effect of reducing the mass of the barrel.

Таким образом данное устройство, как и рассматриваемые выше аналоги, из-за различия значений модуля Юнга материалов лейнера и оболочки обладает низким значением коэффициента использования несущей способности (К_нс) КВМ (максимальные значения К_нс на поверхности контакта лейнер - оболочка: К_нс=0,1 - для стеклопластика и К_нс=0,45 - для боропластика), в то время как в цельнометаллическом аналоге на радиусе, равном радиусу контактной поверхности лейнер - оболочка металлборопластикового ствола К_нс=0,67.Thus, this device, like the analogues considered above, due to the difference in the values of the Young's modulus of the materials of the liner and the sheath, has a low value of the coefficient of utilization of the bearing capacity (K _ns ) of the KVM (maximum values of K _ns on the contact surface of the liner - sheath: K _ns = 0 , 1 - for fiberglass and K _ns = 0.45 - for boroplastics), while in an all-metal analogue at a radius equal to the radius of the contact surface, the liner is the sheath of the metal-plastic barrel trunk K _ns = 0.67.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение К_нс КВМ и изгибной жесткости устройства в целом. Поставленная задача решается следующим образом.The task of the invention is to increase K _ns KVM and flexural rigidity of the device as a whole. The problem is solved as follows.

Устройство для производства выстрела состоит из металлического лейнера и металлопластиковой оболочки. Лейнер устройства выполнен в виде металлической пружины, а оболочка состоит из одного или более чередующихся тонколистовых металлических слоев и слев из КВМ с полимерными матрицами.The device for producing a shot consists of a metal liner and a metal-plastic shell. The device liner is made in the form of a metal spring, and the shell consists of one or more alternating thin-sheet metal layers and a CME slice with polymer matrices.

Металлическая пружина лейнера в устройстве выполнена в виде спирали Архимеда, витки которой плотно прилегают друг к другу и удерживаются от раскручивания за счет сил трения.The metal spring of the liner in the device is made in the form of an Archimedes spiral, the turns of which are tightly adjacent to each other and are kept from unwinding due to friction forces.

Металлические слои в оболочке устройства выполнены в виде спиралей Архимеда, витки которых плотно прилегают друг к другу и удерживаются от раскручивания за счет сил трения.The metal layers in the shell of the device are made in the form of Archimedes spirals, the turns of which are tightly adjacent to each other and are kept from unwinding due to friction forces.

Спирали Архимеда в оболочке устройства укладываются путем намотки на полимеризованные слои КВМ и удерживаются от раскручивания за счет сил трения.Archimedes spirals in the device shell are stacked by winding on the polymerized KVM layers and are kept from unwinding due to friction forces.

Металлические слои оболочки устройства выполнены из тонких лент путем намотки с переменным по длине устройства шагом.The metal layers of the shell of the device are made of thin tapes by winding with a variable pitch along the length of the device.

Соседние витки металлических лент оболочки устройства выполнены с перекрытием относительно друг друга и соединены путем пайки и или импульсной сварки.The adjacent turns of metal tapes of the device shell are overlapped relative to each other and are connected by soldering and or pulsed welding.

Слои из металлических лент расположены у наружной поверхности оболочки.Layers of metal tapes are located on the outer surface of the shell.

В промежутках между витками металлических лент оболочки устройства укладываются однонаправленный высокомодульный КВМ и алюминиевая фольга.In the intervals between the turns of metal tapes of the device shell, a unidirectional high-modular KVM and aluminum foil are laid.

Наружная поверхность оболочки устройства представляет обечайку, выполненную из металлической ленты, сваренной встык.The outer surface of the shell of the device is a shell made of metal tape, butt welded.

Техническим результатом является повышение коэффициента использования несущей способности КВМ и изгибной жесткости устройства в целом.The technical result is to increase the utilization of the bearing capacity of the CME and the bending stiffness of the device as a whole.

На фиг.1 изображен поперечный разрез устройства для производства выстрела.Figure 1 shows a cross section of a device for producing a shot.

На фиг.2 изображен продольный разрез.Figure 2 shows a longitudinal section.

Устройство для производства выстрела состоит из металлического лейнера 1 и металлопластиковой оболочки 2. Лейнер 1 выполнен в виде спиральной пружины из тонколистового металла (см. фиг.1). Пружина представляет собой спираль Архимеда, витки которой плотно прилегают друг к другу и удерживаются от раскручивания за счет сил трения. Оболочка 2 составлена по радиусу из слоев КВМ 3 и металлических спиралей Архимеда 4, которые укладываются на полимеризованные слои КВМ 3 (фиг.1) или металлические ленты 5 (фиг.2) путем их намотки с переменным по длине устройства шагом h_i, что способствует снижению интенсивности массовой погонной нагрузки в направлении от казенной к дульной части баллистического устройства и снижению статического и динамического прогибов в его дульной части.A device for producing a shot consists of a metal liner 1 and a metal-plastic shell 2. The liner 1 is made in the form of a spiral spring of sheet metal (see figure 1). The spring is a spiral of Archimedes, the turns of which are tightly adjacent to each other and are kept from unwinding due to friction forces. The shell 2 is made in radius of the layers of KVM 3 and metal spirals of Archimedes 4, which are stacked on the polymerized layers of KVM 3 (figure 1) or metal tape 5 (figure 2) by winding them with a variable step length h _i , which contributes to a decrease in the intensity of the mass linear load in the direction from the breech to the muzzle of the ballistic device and a decrease in the static and dynamic deflections in its muzzle.

Витки соседних слоев металлических лент 5 выполнены с перекрытием относительно друг друга и соединены путем пайки или импульсной сварки, что способствует повышению изгибной жесткости баллистического устройства. Слои из металлических лент 5 расположены у наружной поверхности оболочки 2, что ограничивает радиальные перемещения слоев КВМ 3, способствуя тем повышению его К_нс и изгибной жесткости за счет расположения слоев маталлических лент 5 с более высоким модулем Юнга, который в виде тонких листов и стальных лент может превышать на порядок соответствующие значения для слоев КВМ 3.The turns of adjacent layers of metal tapes 5 are overlapped relative to each other and connected by soldering or pulsed welding, which helps to increase the bending stiffness of the ballistic device. The layers of metal tapes 5 are located on the outer surface of the shell 2, which limits the radial displacement of the layers of KVM 3, thereby increasing its K _ns and bending stiffness due to the arrangement of layers of metal tapes 5 with a higher Young's modulus, which is in the form of thin sheets and steel tapes may exceed by an order of magnitude the corresponding values for KVM 3 layers.

Повышению изгибной жесткости также может способствовать повышение момента инерции металлических слоев 5, т.к. изгибная жесткость прямо пропорциональна четвертой степени радиуса трубы (устройства).An increase in the bending stiffness can also be promoted by an increase in the moment of inertia of the metal layers 5, since bending stiffness is directly proportional to the fourth degree of the radius of the pipe (device).

В промежутках между витками металлических лент 5 укладывается высокомодульный КВМ 6. С целью повышения теплопроводности стенки устройства в промежутках между витками металлических лент 5 может укладываться алюминиевая фольга.In the intervals between the turns of metal strips 5, a high-modular KVM 6 is laid. In order to increase the thermal conductivity of the wall of the device, aluminum foil can be laid in between the turns of metal strips 5.

Во время пуска или выстрела давление газового горячего потока воздействует на лейнер 1 (фиг.1), который подобно спиральной пружине раскручивается в пределах упругих деформаций КВМ оболочки 2. Работая подобно механизму, лейнер 1 не является несущей конструкцией в части тангенциальных напряжений. Аналогично работают спирали 4 в оболочке, реализуя эффект использования несущей способности материала оболочки по радиусу устройства. Таким образом реализуется эффект повышения использования коэффициента несущей способности КВМ. Работа лейнера 1 (фиг.2) аналогична несущей способности КВМ.During the launch or firing, the pressure of the gas hot stream acts on the liner 1 (Fig. 1), which, like a spiral spring, is untwisted within the elastic deformations of the CME of the shell 2. Working like a mechanism, the liner 1 is not a supporting structure in terms of tangential stresses. Spirals 4 in the shell work in a similar way, realizing the effect of using the load-bearing capacity of the shell material along the radius of the device. Thus, the effect of increasing the use of the KVM bearing coefficient is realized. The operation of the liner 1 (figure 2) is similar to the bearing capacity of the KVM.

Спиральные слои металлических лент 5, расположенные у поверхности оболочки устройства, обеспечивают повышение изгибной жесткости устройства и снижение статического и динамического прогиба в его дульной части.The spiral layers of metal tapes 5 located near the surface of the shell of the device provide an increase in the bending stiffness of the device and a decrease in the static and dynamic deflection in its muzzle.

Таким образом, получен технический результат, а именно повышен коэффициент использования несущей способности КВМ и изгибной жесткости устройства в целом.Thus, a technical result is obtained, namely, the coefficient of utilization of the KVM bearing capacity and the bending stiffness of the device as a whole is increased.

Claims

1. A device for producing a shot, consisting of a metal liner and a metal-plastic shell, characterized in that the liner is made in the form of a metal spring, and the shell consists of at least one metal sheet layer and a layer of composite fibrous material (CME) with polymer matrices.

2. The device according to claim 1, characterized in that the metal spring of the liner is made in the form of an Archimedes spiral, the turns of which are tightly adjacent to each other and are kept from unwinding due to friction forces.

3. The device according to claim 1, characterized in that in the shell the metal layers are made in the form of Archimedes spirals, the turns of which are tightly adjacent to each other and are kept from unwinding due to friction forces.

4. The device according to claim 3, characterized in that the Archimedes spirals in the shell are stacked by winding on the polymerized KVM layers.

5. The device according to claim 1, characterized in that the metal layers of the shell are made of thin tapes by winding with a variable pitch along the length of the device.

6. The device according to claim 5, characterized in that the adjacent turns of metal tapes are overlapped relative to each other and connected by soldering and / or pulsed welding.

7. The device according to claim 5, characterized in that the layers of metal tapes are located at the outer surface of the shell.

8. The device according to any one of paragraphs.5 or 6, characterized in that in the intervals between the turns of the metal tapes are laid unidirectional high-modulus KVM and aluminum foil.

9. The device according to claim 1, characterized in that the outer surface of the shell is a shell made of metal strip welded end-to-end.