Статьи >>

Конструирование и модернизация артиллерийских систем с использованием предварительного выката ствола с пороховыми газами

Категория: Новые технологии

В современных артиллерийских системах применяются четыре основные способа снижения отдачи или их комбинации - использования противооткатных механизмов; использование газового тормоза, действующего с момента завершения выстрела; использование компенсирующего реактивного действия газовой струи, истекающей, на протяжении большей части процесса выстрела, назад из сопла лаваля; выкат ствола вперед, в момент, непосредственно предшествующий выстрелу.

Наиболее распространенным является первый способ, который распределяет отдачу артиллерийской системы по времени и частично поглощает ее энергию в противооткатных механизмах.

Такой способ не позволяет значительно снижать суммирующее воздействие энергии отдачи, но снижает и перераспределяет пиковую механическую нагрузку на конструкцию и уменьшает время необходимое на подготовку последующего выстрела.

Использование газового тормоза на конце ствола позволяет снизить суммирующее воздействие энергии отдачи на артсистему, но действует только в завершающий момент выстрела, когда снаряд уже покинул ствол и создает ряд отрицательных эффектов:

  • Демаскирует орудие

  • Повышает аккустическое воздействие на обслугу и чувствительные к аккустической волне элементы систем управления

  • При использовании дульного тормоза высокой эффективности снижается точность выстрела и резко увеличивается масса ствола и ухудшается его балансировка

Использование компенсирующего реактивного действия газовой струи, истекающей из сопла лаваля позволяет полностью компенсировать энергию отдачи от выстрела, но применимо только в арсистемах малой мощности, в основном в безоткатных минометах, так как имеет ряд отрицательных особенностей:

  • Низкий коэффициент использования метательного заряда

  • Большое демаскирующее действие

  • Создает позади арт. системы большую зону повышенной опасности

  • Затрудняет выстрел на больших углах возвышения

Выкат ствола вперед, в момент, непосредственно предшествующий выстрелу - это наименее распространенный способ снижения отдачи.

В основу метода положено предварительное ускорение ствола или ствола с частью противооткатного приспособления вперед, в момент, непосредственно предшествующий выстрелу.

Энергия, накопленная в процессе ускорения ствола при движении вперед, компенсирует значительную часть отдачи выстрела, облегчая работу противооткатных устройств.

Такой метод имеет следующие преимущества:

  • Резко снижает вес артсистемы

  • Позволяет использовать орудие, не имеющее развитого сошника, опорной плиты или смонтированное на легком (по отношению к использованному калибру и мощности «выстрела») транспортном средстве

  • Малочувствительно к изменению углов возвышения или позволяет легко обеспечивать компенсацию изменения угла возвышения за счет изменения энергии выката, что позволяет создавать орудие универсального класса, в том числе и с переменной мощностью метательного заряда

Недостаток у такой артиллерийской системы практически один, но очень большой:

  • Выкат ствола, необходимый для компенсации энергии отдачи, должен быть строго синхронизирован по времени с процессом выстрела, в противном случае возможно повреждение орудия или носителя

В результате нарушения такой синхронизации, в случае осечки или задержки выстрела, может произойти разрушение орудия или транспортного средства, на котором оно базируется.

Применяемые на сегодняшний день для этой цели пружинные, пневматические, или пневмо-гидравлические системы такой синхронизации обеспечить не могут.

Впервые этот метод был применен в 1906 году французским инженером Дюкре на 65-мм горной пушке.

Современным работоспособным образцом концепции FOOB (fire-out-of-battery) стала модифицированная буксируемая гаубица М101, испытанная в 1957 году в США, которая была развита в течение 1971-1978 годов в 105-мм пушку с пониженной отдачей М204 (весившей 1814 кг).

Практически на сегодняшний день заявлены как рабочие образцы только две артиллерийские системы такого типа - 105-мм гаубица Hawkeye компании Mandus с так называемой пониженной отдачей (ранее рекламировалось еще несколько экспериментальных моделей гаубиц, с выполнением выката ствола).

И 83мм автоматический миномет 2Б9 «Василек».

Работа механизмов этих артиллерийских систем основана на использовании принципа выката (перемещение вперед) подвижных частей под действием возвратных пружин.

Выстрел производится во время выката, в результате чего основная часть энергии отдачи затрачивается на торможение, остановку и реверсирование по направлению движения подвижных частей.

Двигающиеся назад подвижные части сжимают возвратные пружины и приводят в действие механизмы автоматики, подающие очередной «выстрел» в камору.

Принимая во внимания, что нарушение синхронизации выката для этого, перспективного типа артиллерийской системы является практически основной проблемой, особенно при условии применения выстрелов переменного заряда или типа, и, скорее всего, не решается в уже существующих и достаточно проработанных механических, пневмо- или гидромеханических устройствах, мною предложено использовать для осуществления выката энергию секционированного основного или вспомогательного зарядов, выполненных или в виде отдельной секции, или комбинированной с праймером основного заряда.

Осуществление предварительного, синхронного с выстрелом выката орудия вспомогательным или секционированным зарядом (Pyrotechnical-rolling-of-battery)

Рассмотрим работу упрощенной схемы, в которой замок является цилиндром системы выката (замок, устройства отката, разделение на основной и вспомогательные заряды и система перезаряда подробно не рассматриваются).

1- ствол; 2 – перепускной клапан; 3 - поршень-контромасса; 4 – цилиндр-затвор; 5 – праймер или секционный заряд; 6 – «выстрел»; 7 – противооткатное устройство.

После подачи команды на выстрел, срабатывает праймер или секционный заряд, отделенный от основного заряда сгораем прочной оболочкой или пыжом, и, через отжатый перепускной клапан, полость перед поршнем-контромассой в цилиндре выката заполняется пороховыми газами.

5_1 – сгораемая оболочка; 5_2 – вспомогательный заряд; 5_3 – перетекающие в цилиндр выката пороховые газы.

Эти газы, продуцируемые зарядом праймера или вспомогательным секционированным зарядом, отделены от основного метательного заряда сгораемой перегородкой и развивают давление и температуру меньшие, чем давление и температура газов в артиллерийском стволе в момент выстрела.

Под действием генерируемых газов ствол, сцепленный замком с цилиндром выката, начинает движение вперед, а поршень-контромасса - назад относительно неподвижно закрепленного на лафете орудия цилиндра отката.

Параметры вспомогательного порохового заряда выбираются минимально достаточными для получения необходимого ускорения ствола вперед и инициации основного заряда с выполнением временной задержки.

Временная задержка на срабатывание основного заряда выбирается так, чтобы начало выстрела было оптимально синхронизировано с выкатом ствола вперед и могло обеспечивать максимальное снижение отдачи за счет ее компенсации инерцией движения ствола вперед.

Как пример реализации - временная задержка может осуществляется за счет сгораемой перегородки или лабиринта с высоким тепловым сопротивлением/теплоемкостью между вспомогательным и основным метательными зарядами.

Предполагается управление временем задержки и энергией выката двумя способами:

  • Основным – на заводе изготовителе, подбором времени задержки на инициирование основного заряда и мощностью заряда выката в соответствии с особенностями «выстрела»

  • Вспомогательным - в процессе подготовки выстрела, через установку уровней начального давления в цилиндре выката; изменения проходного сечения перепускного отверстии или момента отсечки, в соответствии с углом возвышения

5_4 – прорвавшиеся через сгораемую перегородку или тепловое сопротивление газы, инициирующие основной метательный заряд; 8 – выкат ствола к моменту инициирования основного заряда.

После обеспечения необходимого времени задержки, раскаленные газы праймера или секционированного заряда прорываются в камору ствола и инициируют основной заряд.

После освобождения клапана от действия поршня-контромассы, он закрывается и исключает проникновение газов с рабочим давлением выстрела в цилиндр наката.

Необходимое для правильной организации выстрела изменение давления в «цилиндре выката» поддерживается или за счет изменения активного сечения перепускного отверстия, изменения момента отсечки перепускного клапана или автоматической регулировкой давления.

Управление клапанной системой может быть привязано к особенностям движения ствола или к углу возвышения.

По мере развития процесса выстрела и нарастания отдачи, движение ствола вперед прекращается и сменяется на противоположное.

Откат ствола назад, замедляется за счет противодействия давлением пороховых газов, заполняющих «цилиндр выката».

9 – максимальная позиция выката; 5_5 - обратное стравливание газов через клапан.

Можно считать, что, на завершающем этапе выстрела этот цилиндр служит газовым демпфером отката.

Этот демпфер действует еще некоторое время после завершения выстрела, стравливая давления газа через перепускное отверстие или через клапанную систему, обеспечивая «размазывание» по времени отдачи, не скомпенсированной предварительным движением ствола вперед, и выполняет торможение ствола до его прихода в крайнее положение.

10 – смешение артсистемы вперед от точки выката до точки отката;

12 – полное смещение ствола артсистемы назад в процессе выстрела

В простейшем случае такая артсистема не нуждается в дополнительных противооткатных приспособлениях и цилиндр (7) редуцируется до двух пружин.

Артиллерийские системы малой мощности, использующие принцип, описанный выше

Возможны два интересных варианта минометов на базе такой упрощенной артсистемы – револьверный (барабанный) автоматический миномет и автоматический миномет с качающимся стволом.

Револьверный автоматический миномет с пониженной отдачей

Револьверная схема более скорострельная. Для калибра 120мм, при условии инжекционной продувки ствола и камор воздушно-эмульсионной смесью и использовании двух независимых досылателей, вполне допустима скорострельность такого миномета 180-200 выстр/минуту.

Практическая скорострельность (при двухсторонней, автоматической подаче пятизарядных кассет, с учетом времени на автоматическую смену кассет и введение поправок) - 120-150 выстр/мин, что соответствует плотности накрытия, достигаемой реактивными системами залпового огня, при более высокой точности (с возможностью корректировки точки прицеливания в процессе стрельбы), низкой стоимости выстрела и без ограничений на минимальную дальность и угол возвышения.

Такой высокомобильный миномет на шасси БТР по своей эффективности у цели не уступает системам залпового огня, но в отличие от них перекрывает «нишу» дистанций 1-8 км на сложно пересеченном и городском рельефе местности, на которых системы залпового огня неэффективны или их невозможно применять.

РАССМОТРИМ ГИПОТЕТИЧЕСКИЙ ПРИМЕР 120 мм РЕВОЛЬВЕРНОГО (БАРАБАННОГО) МИНОМЕТА С ПИРОТЕХНИЧЕСКИМ ВЫКАТОМ, РАССЧИТАННОГО НА СТРЕЛЬБУ ДЛИННЫМИ ОЧЕРЕДЯМИ СТАНДАРТНЫМИ МИНАМИ.

Предполагаются два варианта такой системы - миномет с классическим, неподвижным вдоль оси ствола барабаном, вращающимся в одном направлении и миномет с надвигаемым перед выстрелом на ствол секторным барабаном, совершающим реверсивное вращение (качание) в пределах рабочего сектора, между двумя досылателями.

Первая схема дает более простую конструкцию орудия и упрощает механизацию артиллерийского модуля, вторая схема позволяет использовать более мощные и тяжелые «выстрелы».

В данной статье рассматривается вторая, более сложна схема.

Миномет представляет собой ствол, объединенный в единый узел с осью барабана и с затворным блоком.

Сквозь ось (в данном варианте) проходит противооткатное устройство.

На оси находится секторный барабан с тремя каморами, имеющий возможность:

  • совершать движения по оси, надвигаясь на ствол при запирании затвора

  • после открытия затвора совершать поперечное реверсивное движение для заряжания и продувки ствола и камор

Последовательность выполнения выстрела, перезарядки и продувки (на стадиях А2, А3, А4 и А5 для упрощения рисунка кассеты с минами не обозначены).

Фаза А1

Ствол на противооткатном устройстве в нейтральном положении; замок освободил барабан; барабан занял среднее положение, обеспечивающее свободное реверсивное движение поперек оси орудия.

Фаза А2

Незапертый барабан приводится в крайнее левое положение; в левую камору из левой кассеты досылается «выстрел». Если правая камора уже заряжена, затвор запирает подвижную систему и орудие может произвести выстрел.

Фаза А3

После осуществления продувок, барабан поворачивается в крайне правое положение и запирается; заряженная левая камора совмещена с осью ствола и готова к выстрелу; правый досылатель досылает «выстрел» в правую камору из своей кассеты.

Фаза А4

После выполнения выстрела правой камерой, затвор освобождает барабан; барабан совмещается центральной каморой с осью ствола и через него осуществляется продувка ствола воздушно эмульсионной смесью; одновременно с этим осуществляется такая же продувка правой камеры.

Фаза А5

После выполнения выстрела барабан освобожден и находится в нейтральном положении для выполнения продувок.

Схема выполнения выстрела

Фаза А1

Ствол на противооткатном устройстве в нейтральном положении; барабан в нейтральном положении; с осью ствола совмещена средняя камора; в случае необходимости производится продувка.

Фаза А2_1

Барабан в крайнем положении и заперт; одна из заряженных камор совмещена с осью ствола; выполняется досылка «выстрела» в другую рабочую камору; праймер инициирован и сгенерированные им газы поступают в цилиндр выката.

Фаза А2_2

Ствол совершает выкат вперед; клапан между стволом и цилиндром выката заперт, оболочка праймера прогорает и инициируется основной заряд.

Фаза А2_3

Производится выстрел; ствол, совместно с барабаном и затворным блоком, под действием не скомпенсированной выкатом ствола и газовым тормозом отдачи идет в крайне заднее положение, выдавливая газы из цилиндра выката.

Фаза А3

Вся система в нейтральном положении. Выполняются продувки ствола и отработавшей каморы.

К сожалению, использования барабана накладывает ограничение на использование линейки боеприпасов, значительно различающихся по длине и типу.

АВТОМАТИЧЕСКИЙ МИНОМЕТ С ПОНИЖЕННОЙ ОТДАЧЕЙ, ИСПОЛЬЗУЮЩИЙ СХЕМУ С КАЧАЮЩИМСЯ СТВОЛОМ

Автоматический миномет с качающимся стволом интересен тем, что позволяет в полном объеме реализовать низкую чувствительность системы с пиротехническим выкатом ствола к изменению веса мины, ее длины и типа.

Поправка вводится в два этапа - при снаряжении выстрела на заводе, за счет изменения величины заряда, обеспечивающего выкат и за счет управления давлением и временем отсечки газов в цилиндре выката.

Это позволяет без ручной перенастройки систем отката и выката обеспечивать стрельбу в автоматическом режиме как (короткой) стандартной миной, так и удлиненными кассетными или корректируемыми боеприпасами на разных углах возвышения.

Стрельба разнотипными боеприпасами с разных углов возвышения по одной цели (при условии автоматического ввода поправок) позволяет добиться одновременного накрытия цели несколькими выстрелами.

При проектировании артиллерийской системы может быть заложена возможность стрельбы различными типами осколочно-фугасных, кассетных или кумулятивных боеприпасов танковых пушек без использования основного метательного заряда.

Рассмотрим гипотетический пример 135-140мм автоматического миномета с пиротехническим выкатом, допускающего стрельбу, как стандартными минами, так и совместимыми с ним по калибру разделенными танковыми выстрелами для гладкоствольных пушек (кассетным, корректируемым, кумулятивным или осколочно-фугасным) без дополнительного картуза (основного метательного заряда).

Ориентировочная скорострельность такого миномета, в зависимости от длины «выстрела» составляет примерно 40-60 выстр/минуту.

Практическая скорострельность (при автоматической подаче четырехзарядных кассет) составляет примерно 30-40 выстр/мин.

Оптимальный состав кассеты – один корректируемый снаряд и три обычных - осколочно-фугасных, осколочно-кумулятивных или кассетных боеприпаса.

Такая схема позволяет «держать» на траектории два корректируемых боеприпаса одновременно, что на сегодняшний день является оптимумом, при поддержке шести неуправляемых боеприпасов, перекрывающих «поражаемую площадь» и дезориентирующих систему активной защиты поражаемого танка.

При использовании корректируемых кумулятивных боеприпасов БТР с таким минометом на дистанциях 3-6км, на городском или пересеченном рельефе местности имеет преимущество перед значительно более дорогими, менее мобильными и менее скорострельными, чем он, танками типа «Абрамс», «Леопард» или «Леклерк».

Такая схема стрельбы – отстрел четырех кассет (16 выстрелов) и немедленная смена позиции позволяет на: расстоянии 3-6км обеспечить уверенное уничтожение цели, имеющей скорость до 50км/час и на расстоянии 1-3 - цели имеющей скорость до 100км/час.

При работе на максимальном возвышении одноствольной 135-140мм артиллерийской установки, выполненной на базе БТР-70, по порядкам пехоты или УРу, четыре кассеты, имеющие в своем составе один кассетный и три осколочно-фугасных боеприпаса каждая (16 выстрелов), перекрывают площадь 600-800 кв. метров, что соответствует плотности огня для значительно более дорогих и менее мобильных реактивных установок, без ограничения по минимальной дальности и рельефу.

В отличие от систем залпового огня, такая артиллерийская установка позволяет в течение залпа быстро переносить огонь между несколькими целями или поражать высокомобильную маневрирующую цель.

Необитаемый артиллерийский модуль на базе одноствольной 135-140мм артиллерийской установки с выкатом ствола

Циклограмма выполнения выстрела

Выполнение выката

Завершение выстрела и перезарядка

ТАНКОВЫЕ ПУШКИ С ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫМ ВЫКАТОМ СТВОЛА

Пример конструкции 135-140мм модернизированной танковой пушки с выкатом ствола.

Орудие предположительно выполняется на базе штатной 125мм пушки путем замены трубы ствола и добавления устройства выката: пары цилиндр-поршень, связанной с откатными устройствами (A).

Выкат ствола осуществляется по описанной выше схеме давлением газов секционированного вспомогательного заряда, отбираемого из каморы ствола в цилиндр выката через перепускное устройство (B).

После завершения начальной фазы выката перепускной канал перекрывается пробковым краном или штоковым клапаном.

Дальнейшее перемещение ствола идет за счет избыточного давления газов в цилиндре выката.

В качестве «выстрела» к пушке используется унитарный патрон с комбинированным метательным зарядом.

135-140мм ОРУДИЯ С ПОНИЖЕННОЙ ОТДАЧЕЙ И КАЧАЮЩЕЙСЯ ЗАРЯЖАЕМОЙ КАМОРОЙ ДЛЯ БЕЗБАШЕННЫХ МОДУЛЕЙ

…. описанная выше схема организации выстрела с использованием пиротехнического выката ствола и комбинированного метательного заряда ….., может быть использована в широкой гамме различных артартиллерийских систем, на мой взгляд, наиболее интересное ее применение – возможность создания альтернативы танкам «предельных параметров» за счет модернизация основных танков типа Т64, Т72 с использованием безбашенного необитаемого модуля и каморного заряжания орудия.

Рассмотрим гипотетическое 135-140мм танковое орудие с качающейся каморой для безбашенного модуля, выполненного по предложенной схеме организации выстрела.

На рисунках не обозначены:

  • цилиндры выката

  • орудийный бронеконтейнер

  • цапфы орудия;

  • полубашня и откатные приспособления

Общая схема выполнения выстрела ….. соответствует описанному выше.

Изменение коснулось только «выстрела», который имеет гильзу постоянного диаметра без закраин и использования заряжания в качающуюся камору.

Орудие отличается от базового тем, что камора выполнена в виде независимого модуля, способного под действием затвора (замка) перемещаться вдоль оси орудия (надвигаясь на ствол), а, при открытом затворе, отклоняться с линии прицеливания на линию заряжания и назад.

………

После завершения выстрела, орудие остается в крайне заднем положении, затвор открывается и происходит экстракция назад поддона, одновременно с освобождением каморы и ее смещением по оси орудия.

После завершения экстракции, камора продувается; отклоняется на линию заряжания и происходит подача нового «выстрела» из автомата заряжания.

После подачи «выстрела» и его фиксации в каморе, происходит возвращение каморы на осевую линию.

…….

По моему мнению, использование такой схемы организации выстрела и модернизация под него существующих типов орудий, совместно с модернизацией уже существующего парка танков и боевых машин, как в экипажном варианте, так и в дистанционно управляемом, на базе этих же модернизируемых танков, позволит без сверхбольших затрат дать несимметричный ответ вероятным противникам, которые идут по пути создания сверхтяжелых танков предельных параметров и, соответственно, предельной стоимости.

Коганицкий Г. А.
16.01.2013

Поделиться...
Версия для печати Отправить по email rss favorite Facebook Vkontakte Twitter Google+

FLIR получает контракт на поставку арми США роботов на сумму до 109 миллионов долларов
06.12.2019

Дания заказывает еще четыре артиллерийских системы CAESAR 8x8
21.11.2019

Дания и Германия получают последние версии LEOPARD 2
07.11.2019

Rheinmetall представил 130-мм танковую пушку нового поколения на выставке AUSA 2019
04.11.2019

Обсуждение


В настоящий момент Вы не можете оставлять сообщения. Для этого необходимо войти под своим именем. Если Вы еще не зарегистрированы, сделайте это сейчас. Вся процедура займет не более пяти минут.
Регистрация