Глушник звуку пострілу стрілецької зброї

Реферат: Винахід призначено для глушіння звуку пострілу при проведенні військових і спеціальних операцій, а також, тренувальних, дослідницьких, мисливських та інших видів стрільб, які передбачають застосування стрілецької зброї з глушником. Глушник має передній фланець з пристроєм кріплення до ствола зброї, циліндричний порожнистий корпус та кінцевий фланець, зв'язані між собою. В порожнині корпусу співвісно йому встановлено перфоровані конічні перегородки, а також встановлені між ними проставочні елементи, виконані у вигляді перфорованих вісесиметричних тонкостінних оболонок, що утворюють розширювальні камери, в фланцях оболонок виконано отвори, які сполучають суміжні розширювальні камери. В першій, четвертій і п'ятій розширювальних камерах проставочні оболонки виконано у вигляді циліндрів, а в другій і третій камерах - зрізаних конусів, причому контур оболонок в розширювальних камерах створює надзвукову конічно-циліндричну резонансну трубу, а в кінцевій розширювальній камері встановлено перфоровану вісесиметричну конічно-циліндричну оболонку, що фокусує газовий потік в її конічній частині. Приведено оптимальні співвідношення геометричних розмірів конструкції такого глушника. UA 105545 C2 (12) UA 105545 C2 UA 105545 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до пристроїв вогнепальної зброї і призначений для глушіння (зниження рівня) звуку пострілу при проведенні військових і спеціальних операцій, які передбачають застосування стрілецької зброї з глушником, а також дослідницьких, тренувальних, навчальних, мисливських та інших видів стрільб. Відомі глушники, що містять передній фланець з пристроєм кріплення до ствола зброї, зв'язаний з ним циліндричний корпус, кінцевий фланець, а також розташовані в порожнині корпусу співвісно йому перфоровані конічні перегородки, та встановлені між ними проставочні елементи, виконані у вигляді вісесиметричних тонкостінних оболонок, що утворюють розширювальні камери, в фланцях яких виконано отвори, що сполучають суміжні розширювальні камери, а їх зовнішній діаметр менше внутрішнього діаметра корпусу. Наприклад, це технічні рішення по патентах США № 1017003 від 02.13.1912 р., №4576083 від 18.03.1986 р., №6374718 від 23.04.2002 р.; Німеччини №2829546 від 06.12.1979 р.; патенту України №95693 від 25.08.2011 р., а також глушник, конструкція якого наведена на стор. 109 книги Ардашев А.Н., Федосеев С.Л. - Оружие спецназа. М.: Яуза, Эксмо, 2008, на рис. 8.8 і 8.9 с. 246 книги Коновалов Н.А., Пилипенко О.В., Скорик А.Д. и др. Ручное огнестрельное оружие бесшумного боя. - Днепропетровск, ИТМ НАН Украины и НКА Украины, 2008, мал. 2.112 підручника Коновалов М.А., Пилипенко О.В., Скорик О.Д. та інші. Безшумна автоматична вогнепальна зброя. - Дніпропетровськ, АРТ-ПРЕС, 2011 р. Однак, наведені конструкції мають ряд недоліків, наприклад складність будови, неоптимальність по критерію, ефективність зниження рівня звуку пострілу - габарити, маса, невисокі експлуатаційні характеристики тощо. Найбільш близьким до заявленої конструкції по технічній суті і досягнутому позитивному ефекту (прототипом) є глушник, конструкцію якого наведено в описі до патенту США № 6575074В1 від 10.06.2003 року. Цей глушник містить циліндричний порожнистий корпус, який має задній фланець, прикріплений до корпусу, передій фланець з засобом кріплення до зрізу ствола і вісесиметричні конічні перегородкові елементи, розташовані в корпусі між заднім і переднім фланцями. Між конічними перегородками встановлено циліндричні проставочні елементи у вигляді перфорованих тонкостінних вісесиметричних циліндричних оболонок. Конічні перегородки та проставочні елементи утворюють зовнішні і внутрішні розширювальні камери. Глушник-прототип має прийнятні показники ефективності зниження рівня звуку пострілу, однак, йому властивий ряд недоліків. Глушник такої конструкції недостатньо ефективно перетворює кінетичну енергію та енергію тиску порохових газів пострілу в теплову, що знижує показники його ефективності. Конструкція цього глушника не в повній мірі враховує особливості газодинамічних процесів, які проходять в середній і кінцевій частинах порожнини корпусу глушника. Задача запропонованого винаходу - підвищення в порівнянні з прототипом ефективності зниження рівня звуку пострілу глушника, підвищення його надійності, розширення функціональних можливостей, поліпшення його експлуатаційних характеристик. Вирішення поставленої задачі досягається тим, що у глушника, який містить передній фланець з пристроєм кріплення до ствола зброї, зв'язаний з ним циліндричний корпус, кінцевий фланець, а також розташовані в порожнині корпусу співвівсно йому перфоровані конічні перегородки, та встановлені між ними проставочні елементи, виконані у вигляді перфорованих вісесиметричних тонкостінних оболонок, що утворюють розширювальні камери, в фланцях вісесиметричних оболонок виконано отвори, що сполучають суміжні розширювальні камери, а їх зовнішні діаметри рівні внутрішньому діаметру корпусу, утворено не менше п'яти розширювальних камер, в першій, четвертій і п'ятій камерах тонкостінні вісесиметричні оболонки виконані у вигляді циліндрів, а в другій і третій - у вигляді зрізаних конусів, причому контур оболонок в усіх розширювальних камерах створює надзвукову конічно-циліндричну резонансну трубу, а в кінцевій розширювальній камері встановлено перфоровану вісесиметричні конічно-циліндричну оболонку, що фокусує газовий потік в її конічній частині. Утворення внутрішніми елементами глушника контуру надзвукової резонансної труби дозволяє збільшити ефективність зниження рівня звуку пострілу глушником шляхом використання явища перетворення енергії надзвукового потоку в теплову енергію при втіканні надзвукового струменя газу в конічно-циліндричну порожнину (трубу). Це явище досліджено та описано, наприклад, в: 1. Купцов В.М., Остроумова С.И., Филиппов К.Н. Пульсации давления и нагрев газа при втекании сверхзвуковой струи в цилиндрическую полость. Изв. АН СССР, Механика жидкости и газа, №5, 1977, - С. 104-111. 1 UA 105545 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 2. Купцов В.М., Филиппов К.Н. Пульсация давления и нагрев газа при втекании сверхзвуковых струй в коническую полость. Изв. АН СССР, Механика жидкости и газа, № 3, 1981, - С. 167-170. 3. Иванов И.Э., Крюков И.А. Пульсационные режимы течения в газодинамическом воспламенителе. Математическое моделирование, т. 1, № 2, 1999. - С. 48-54. 4. Сергиенко А.А., Семенов В.В. Газодинамический воспламенитель. Изв. Вузов, Авиационная техника. 2000, № 2, - С. 44-47. 5. Электронный ресурс. Режим доступа. http://www.chair36/ msiu.ru/articles/102/html/semenov.htm Семенов В.В., Ли Чжуи Мин, Иванов И.Э., Крюков И.А. Газодинамический блок зажигания для дизеля. - 6 с. 6. Кесаев Х.В. Термодинамика резонансной трубы. Вестник МАИ, т. 15, 2008, - С. 15-24. Цей ефект використовується в газодинамічних запалювальних пристроях (див., наприклад, технічні рішення по патенту США №3994232 від 30.11.1976 р., авторських свідоцтвах СРСР №1657883 А1 від 14.06.1989 р., №1032850 від 13.11.1981 р., патентах РФ №2029121 від 20.02.1995 р., №2062404 від 20.06.1998 р., №2225574 від 03.04.2003 р.). Механізм перетворення енергії надзвукового потоку в теплову в конічно-циліндричній резонансній трубі пояснюють таким чином: через виникнення в потоці прямого стрибка ущільнення (диску Маха) усередині резонатора утворюються ударні хвилі, які призводять до пульсацій тиску. В ударній хвилі температура газу вище, ніж перед нею. Ударна хвиля, що дійшла до задньої стінки резонатора, нагріває газ, що знаходиться усередині резонатора та відбивається від його стінки. Кількість хвиль стиснення, які досягли задньої стінки резонатора в одиницю часу, дорівнюється власній частоті резонатора. В результаті цього виникає накопичування тепла в застійній зоні, температура газу підвищується до ~ 1200 °C та відбувається швидке нагрівання задньої частини резонатора. Процеси і явища, які проходять усередині резонансної конічно-циліндричної труби, дуже складні. До цього часу немає надійної методики розрахунку оптимальних параметрів конічноциліндричної резонансної труби, але існує достатня кількість експериментальних досліджень її характеристик, що дозволяє, виходячи з особливостей термогазодинаміки пострілу з стрілецької зброї та прийнятних масогабаритних характеристик глушників звуку пострілу, розробити конструктивну схему глушника, що використовує принцип резонансної труби, вибрати оптимальні співвідношення геометричних характеристик такого глушника та розробити конструкцію, яка реалізує зазначену конструктивну схему. Конструктивну схему, за якою побудована конструкція глушника на базі використання принципу конічно-циліндричної резонансної труби, що заявляється, приведено на фіг. 1, де А - вхідна циліндрична частина глушника (резонансної труби); Б - конічна частина глушника; В - циліндрична проміжна частина глушника; Г - кінцева циліндрична частина глушника; Д - конічно-циліндрична оболонка фокусування газового потоку. При цьому l - довжина внутрішньої порожнини корпусу глушника; d 3 - внутрішній діаметр корпусу глушника – максимальний діаметр конусної тонкостінної вісесиметричної оболонки в другій розширювальній камері;  - кут нахилу твірної конусних поверхонь тонкостінних вісесиметричних конічних оболонок в другій і третій розширювальних камерах до повздовжньої осі глушника; l1 - довжина тонкостінної вісесиметричної циліндричної оболонки в четвертій розширювальній камері; d1 - мінімальний діаметр тонкостінної вісесиметричної конічної оболонки в третій розширювальній камері – внутрішній діаметр тонкостінної вісесиметричної циліндричної оболонки в четвертій розширювальній камері; l2 - довжина кінцевої розширювальної камери; d 2 - внутрішній діаметр тонкостінної вісесиметричної циліндричної оболонки в кінцевій розширювальній камері; l0 - довжина першої розширювальної камери, що дорівнює: 55 d  d1   l0  l   l1  l2  3 .  2tg    Відносне підвищення температури газу, яке дає уявлення про нагрів нерухомого газу при проходженні по ньому ударної хвилі зі швидкістю Мг, описується формулою [Сергиенко А.А., 2 UA 105545 C2 Семенов В.В. Газодинамический воспламенитель, Изв. Вузов, Авиационная техника, 2000, №2, - С. 44-47]:   1 T02  T2 k  1 2  2 M1  1 , де T1 k 1 T1 - температура нерухомого газу перед ударною хвилею; 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 1 T02 - температура гальмування газу після ударної хвилі; M1 - швидкість руху ударної хвилі відносно нерухомого газу; k - показник адіабати. Експерименти показали, що розміри і конструкція резонансної труби мають основне значення в підвищенні температури газу в її кінцевій частині. Так, якщо резонатор виконано у вигляді циліндра з постійним радіусом, то температура нагріву буде не вищою 400 °C, а при куті конусності   3  4 досягається максимальна температура нагріву [Сергиенко А.А., Семенов В.В. Газодинамический воспламенитель, Изв. Вузов, Авиационная техника, 2000, № 2, - С. 44-47]. При інших рівних умовах найбільший нагрів реалізується в порожнині з півкутом   3,5 і досягає Tn  1200 C . [Купцов В.М., Филиппов К.Н. Пульсация давления и нагрев газа при втекании сверхзвуковых струй в коническую полость. Изв. АН СССР, Механика жидкости и газа, №3, 1981, - С. 167-170]. Виходячи з цих висновків та особливостей конструкції глушників звуку пострілу для найбільш розповсюджених зразків стрілецької зброї, для конічних вісесиметричних тонкостінних оболонок в другій і третій розширювальних камерах вибрано кут нахилу твірних до повздовжньої осі глушника   3,5  4 . Для ефективного нагріву газу дуже важливе значення має відношення діаметрів входу і виходу в конічній частині резонансної труби d3 / d1  . Встановлено, що чим більше це співвідношення, тим вище температура нагріву газу в кінцевій частині резонатора [Купцов В.М., Филиппов К.Н. Пульсация давления и нагрев газа при втекании сверхзвуковых струй в коническую полость. Изв. АН СССР, Механика жидкости и газа, № 3, 1981, - С. 167-170]. Для глушників звуку пострілу з урахуванням особливостей їх конструкцій це співвідношення складає d3 / d1  2,5  3,0  , а відношення довжини l1 до діаметра d1 циліндричної частини резонансної труби в четвертій розширювальній камері - l1 / d1  1 8  2,1. , В результаті аналізу проведених експериментальних досліджень та параметричних розрахунків течій газу, в яких варіювались розміри, склад та форми резонансної труби [Иванов И.Э., Крюков И.А. Пульсационные режимы течения в газодинамическом воспламенителе. Математическое моделирование, т. 1, № 2, 1999. - С. 48-54], показано, що для інтенсифікації процесу перетворення енергії потоку в теплову енергію та збільшення його температурного нагріву ефективне використання фокусування ударних хвиль на увігнутій поверхні в торці каналу. В цьому випадку можливо в деякій точці на осі симетрії, що буде газодинамічним фокусом відбивача, отримати температуру, яка суттєво перевищує температуру за ударною хвилею, що відбилася від плоскої стінки, а також температуру гальмування в потоці, що набігає [Иванов И.Э., Крюков И.А. Численный метод для исследования фокусировки ударной волны // Математическое моделирование, РАН, 1992, т. 4, №12. - С. 47-55]. При дифракції ударної хвилі на увігнутій поверхні, за ударною хвилею, яка відбилася, з'являються поздовжньо орієнтовані хвилі, які рухаються до осі і зіштовхуються в деякий момент часу, що приводить до підвищення температури на осі в декілька разів. Для забезпечення цього ефекту в кінцевій розширювальній камері глушника встановлено конічно-циліндричну оболонку 16 (фіг. 1). Розміри кінцевої розширювальної камери d2 та l2  вибирають із наступних міркувань. Як наведено в [Иванов И.Э., Крюков И.А. Пульсационные режимы течения в газодинамическом воспламенителе. Математическое моделирование, т. 1, №2, 1999. - С. 48-54], для збільшення ефективності перетворення енергії потоку газів, що набігає, в теплову енергію, треба збільшувати об'єм порожнини біля торцевої поверхні, що досягається приєднанням до резонатора порожнистої циліндричної ємності (кінцевої розширювальної циліндричної камери глушника). Показано, що найбільш ефективним буде перетворення енергії при відношенні 0,5  l2 / d2  2 , a 3  d2 / d1  10 [Сергиенко А.А., Семенов В.В. Газодинамический 3 UA 105545 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 воспламенитель, Известия Вузов, Авиационная техника, 2000, № 2, - С. 44-47], для глушників звуку пострілу стрілецької зброї оптимальні значення цих співвідношень становлять 0,4  l2 / d2  0,6; 2,5  d2 / d1  3 . Для забезпечення високої ефективності глушника такої конструктивної схеми треба діаметр d1 виконувати найменшим із можливих, що з урахуванням калібру зброї d приводить до співвідношення 2,0d  d1  1 2d . , Таким чином, обґрунтовано основні геометричні співвідношення для вибору оптимальної конструкції глушника звуку пострілу стрілецької зброї, що заявляється. Будова запропонованого винаходу пояснюється кресленнями, де на фіг. 2 зображено повздовжній розріз глушника, а на фіг. 3 - його аксонометрична проекція. На фіг. 2 дано також поперечний розріз глушника (А-А), який є ідентичним для всіх перегородкових елементів. Глушник містить в собі передній фланець 1 з пристроєм кріплення до ствола зброї, зв'язаний з ним циліндричний корпус 2, кінцевий фланець 3, а також розташовані в порожнині корпусу співвісно йому перфоровані конічні перегородки 4, 5 і 6 та встановлені між ними проставочні елементи, виконані у вигляді перфорованих вісесиметричних тонкостінних оболонок, що утворюють розширювальні камери І, II, III, IV та V, в фланцях вісесиметричних оболонок виконано отвори 7, які сполучають суміжні розширювальні камери І-II, II-III, III-IV, IV-V. В передній розширювальній камері проставочний елемент 8 виконано циліндричним, циліндричні проставочні елементи 9 та 10 встановлено також в четвертій і п'ятій розширювальних камерах глушника. В конічних перегородкових елементах виконано отвори (перфорація) 11, а в циліндричних перфорація 12 та 13. Вісесиметричні тонкостінні проставочні елементи в розширювальній камері II-14, та розширювальній камері III-15 виконано у вигляді зрізаних конусів з кутом нахилу твірної їх конусних поверхонь до повздовжньої осі глушника  (фіг. 1). В кінцевій розширювальній камері встановлено конічну циліндричну оболонку 16 з перфораціями 17. Глушник працює в такий спосіб. При проходженні кулі по стволу зброї з надзвуковою швидкістю попереду неї утворюється шар стиснутого повітря (ударна хвиля, яка відійшла), що через пристрій кріплення до ствола зброї 1 досягає внутрішньої порожнини корпусу 2 глушника. За кулею з надзвуковою швидкістю рухаються порохові гази, що мають високу температуру і тиск. Частина газів проривається між кулею і стінкою ствола і обганяє її. Коли пуля входить в глушник, гази заповнюють першу розширювальну камеру і через отвори 12 в циліндричному проставочному елементі 8 заповнюють об'єм, утворений внутрішньою поверхнею корпусу глушника та зовнішньою поверхнею циліндричного проставочного елемента, а далі - через отвори 7 рухаються в об'єми розширювальних камер, створених внутрішньою поверхнею корпусу глушника в розширювальних камерах II та III, та зовнішніми поверхнями конічних проставочних елементів розширювальних камер II та III, а також в об'єми, утворені зовнішніми поверхнями циліндричних проставочних елементів 9 і 10 та внутрішньою поверхнею корпусу глушника. В п'ятій розширювальній камері цей потік порохових газів проходить через отвори 13 та 17 в конічну частину конічно-циліндричної оболонки 16 і рухається назустріч основному центральному потоку газу. Основна частина газу в першій розширювальній камері через центральний отвір конічної перегородки 4 та її перфорацію 11 починає заповнювати внутрішній об'єм конічної оболонки 14 розширювальної камери II, а далі - конічної оболонки 15 розширювальної камери III та циліндричної оболонки 9 розширювальної камери IV. В основному центральному газовому потоці виникають прямі стрибки ущільнення. В потоці газу, що рухається, в об'ємах, обмежених оболонками 14 та 15 утворюються ударні хвилі, які призводять до пульсацій тиску. Ударні хвилі доходять до кінцевої частини оболонки 9 та конічної частини конічно-циліндричної оболонки 16. Ударна хвиля відбивається від конічної поверхні оболонки 16, з'являються поздовжньо орієнтовані хвилі, які рухаються до осі глушника. Вони зіштовхуються, що приводить до підвищення температури на осі в декілька разів. Ударні хвилі утворюються з періодичністю, що дорівнює власній частоті резонатора А-Б-В (фіг. 1), надходять в кінцеву розширювальну камеру, відбиваються та фокусуються конічною частиною оболонки 16, в результаті чого спостерігається підвищення ефективності перетворення енергії потоку порохового газу в теплову енергію. В зоні внутрішнього об'єму конічної частини оболонки 16 накопичується тепло, температура газу підвищується до >1200 °C, ефективність зниження рівня звуку пострілу зростає. 4 UA 105545 C2 5 В наступному періоді роботи гази, що заповнили порожнину корпусу глушника, витікають, маючи значний аеродинамічний опір, що також приводить до збільшення ефективності зниження рівня звуку пострілу. Таким чином, глушник запропонованої конструкції, при його простоті, мінімальних габаритно-масових і високих експлуатаційних характеристиках, високій надійності роботи забезпечує зниження рівня звуку пострілу, близьке до максимально можливого в своєму класі. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 10 15 20 25 30 35 Глушник звуку пострілу стрілецької зброї, що містить передній фланець з пристроєм кріплення до ствола зброї, зв'язаний з ним циліндричний корпус, кінцевий фланець, а також розташовані в порожнині корпусу співвісно йому перфоровані конічні перегородки, та встановлені між ними проставочні елементи, виконані у вигляді перфорованих вісесиметричних тонкостінних оболонок, що утворюють розширювальні камери, в фланцях вісесиметричних оболонок виконано отвори, що сполучають суміжні розширювальні камери, а їх зовнішні діаметри рівні внутрішньому діаметру корпусу, який відрізняється тим, що має не менше п'яти розширювальних камер, в першій, четвертій і п'ятій камерах тонкостінні вісесиметричні оболонки виконано у вигляді циліндрів, а в другій і третій - у вигляді зрізаних конусів, причому контур оболонок в розширювальних камерах створює надзвукову конічно-циліндричну резонансну трубу, а в кінцевій розширювальній камері встановлено перфоровану вісесиметричну конічно-циліндричну оболонку, що фокусує газовий потік в її конічній частині, при цьому розміри глушника вибирають із співвідношень: d3 / d1  2,5  3,0;   3,5  4; d2 / d1  2,5  3,0; l2 / d2  0,4  0,6; l1 / d1  18  2,1 , , a l0 - довжину першої розширювальної камери, отримують із співвідношення: d  d1   l0  l   l1  l2  3   , де 2tg     - кут нахилу твірної конусних поверхонь тонкостінних вісесиметричних конічних оболонок в другій та третій розширювальних камерах до повздовжньої осі глушника; l1 - довжина тонкостінної вісесиметричної циліндричної оболонки в четвертій розширювальній камері; d1 - мінімальний діаметр тонкостінної вісесиметричної конічної оболонки в третій розширювальній камері - внутрішній діаметр тонкостінної вісесиметричної циліндричної оболонки в четвертій розширювальній камері; l2 - довжина кінцевої розширювальної камери; d 2 - внутрішній діаметр тонкостінної вісесиметричної циліндричної оболонки в кінцевій розширювальній камері; d 3 - внутрішній діаметр корпусу глушника - максимальний діаметр конусної тонкостінної вісесиметричної оболонки в другій розширювальній камері; l - довжина внутрішньої порожнини корпусу глушника; причому 2,0d  d1  1 2d, d - калібр зброї. , 5 UA 105545 C2 Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6