Глушник звуку пострілу стрілецької зброї зі сферичними перегородковими елементами

Реферат: Винахід належить до пристроїв вогнепальної зброї, а саме до дульних газових насадків. Глушник має розширювальну камеру, що примикає до зрізу ствола зброї, об'єм якої складає 2530% об'єму внутрішньої порожнини корпусу глушника, на виході з якої встановлено перегородковий елемент у вигляді зрізаного конуса, вершиною направленого до зрізу ствола зброї, бокова поверхня якого перфорована отворами, та встановлені за ним три однакові по конструкції сферично-циліндричні перегородкові елементи, перфоровані радіальними отворами. В зовнішніх частинах кожного конструктивного елемента виконано групи по 6 пазів, повернутих відносно попередньої групи на 30°. Глушник має високу ефективність зниження рівня звуку пострілу, прийнятні масово-габаритні характеристики та технологічність. UA 109381 C2 (12) UA 109381 C2 UA 109381 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Глушник звуку пострілу стрілецької зброї зі сферичними перегородковими елементами відноситься до пристроїв вогнепальної зброї - дульних газових насадків - і призначений для глушіння (зниження рівня) звуку пострілу при проведенні військових і спеціальних операцій, які потребують застосування стрілецької зброї з глушником, а також дослідницьких, тренувальних, навчальних, мисливських та інших видів стрільб. Це - надульний глушник розширювального типу, які реалізують "перегородкову технологію" зниження рівня звуку пострілу. Основними елементами-перетворювачами енергії газів пострілу в теплову в таких глушниках служать перегородки, встановлені в порожнині корпусу, які утворюють ряд розширювальних камер та визначають протікання термогазодинамічних процесів в глушнику. Використовуються перегородкові елементи різних форм та конструкцій - плоскі та конічні поверхні, клинові розсікачі-завихрювачі, гелікоїдальні конструкції, перегородкові елементи сферичної форми та інше. Таким чином, відомі глушники звуку пострілу стрілецької зброї, що включають вузол кріплення до ствола зброї, циліндричний порожнистий корпус, вихідний фланець та розміщені в порожнині корпусу співвісно йому тонкостінні сферичні перегородки з отворами для прольоту кулі, які всередині і між собою утворюють розширювальні камери. Перший відомий авторам глушник зі сферичними перегородковими елементами описано в патенті США № 959.400 з пріоритетом від 24.05.1910 р., виданому J.H.Stinson. Він включає однотипні сферичні перегородкові елементи, які випуклою частиною зорієнтовані в напрямку пострілу, в кожному з них в отворі для прольоту кулі встановлено трубчатий елемент, який формує потік газів в розширювальних камерах, утворених двома суміжними сферичними перегородками. Глушник звуку пострілу по патенту США № 1.854.974 з пріоритетом від 29.11.1930 року не має традиційного для глушника пострілу корпусу, а являє собою чотири сферичні перегородкові елементи, скріплені повздовжніми стрижнями, випуклу сторону сферичних поверхонь направлено проти напрямку стрільби, а на зрізі ствола встановлено базовий конструктивний елемент, з вузлом кріплення до ствола зброї, в якому виконано сферичну розширювальну камеру, і до якого через три стрижні кріпляться чотири сферичні перегородкові елементи. Глушник по патенту Франції № 864.735 з пріоритетом від 10.04.1940 р. має перегородкові елементи, причому "кожна перегородка або чашка має вигнуту форму по напрямку до вогнепальної зброї, перешкоджає вібрації цих перегородок та додатково сприяє поглинанню звукових хвиль". Патентом передбачено різні модифікації базового варіанту глушника (кількість камер, перегородок та їх взаємне положення) в залежності від вогневої потужності зброї, з якою глушник використовується. Також можна модифікувати форму перегородок або чашок у відповідності з вогневою потужністю зброї та "необхідними ефектами". Використовуються сферичні перегородкові елементи в глушнику по патенту США № 4.907.488 з пріоритетом від 29.03.1988 р. Надульна частина глушника складається з декількох камер та напівсферичних порожнистих екранів (перегородок), які направляють частину газів та звукових хвиль по іншому від основних газів та звукових хвиль, більш довгому шляху. Потім вони сходяться в розширювальній камері. Дві хвилі з фазами, які не співпадають, зіштовхуються і гасять одна одну. Відстань між напівсферичними екранами установлена такою, що звук пострілу повинен трансформуватися в ультразвук. Використання напівсферичних екранів з центрально розміщеними отворами і отворами на зовнішній частині цих екранів в глушнику по цьому патенту характерне тим, що хвилі газу тазвуку, проходячи через центральний отвір глушника, наштовхуються на суміжну з центральним отвором поверхню, оскільки вона майже перпендикулярна осі глушника, і, таким чином, хвилі газу і звуку перенаправляються назад під кутом, майже перпендикулярним цій поверхні, а відхилена хвиля ударяється об повернуту вперед сторону суміжного екрана. Напівсферична форма перегородок забезпечує таку конструкцію глушника, при якій необхідна затримка в часі для зміни фази тиску досягається в конструкції менших розмірів, ніж для перегородок іншої форми. Сферичні перегородкові елементи також використовуються в глушнику по патенту США (Pub. №: і2007/0266844 А1) з пріоритетом від 26.02.2007. На вході в глушник (після полум′яасника) утворено розширювальну камеру порівняно незначного об'єму, на виході з якої встановлено зміцнений конструктивний перегородковий елемент, виконаний у вигляді частини сфери, випуклою стороною повернутої до зрізу ствола, який сприймає основне термогазодинамічне навантаження при пострілі і за яким потік газів стає дозвуковим (трансзвуковим). За ним розміщено декілька сферичних перегородкових елементів з отворами для прольоту кулі та перетікання газів із камери в камеру. Всі описані конструкції можуть бути віднесені до аналогів глушника, який заявляється. 1 UA 109381 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Як прототип - найбільш близький по технічній суті та досягуваному ефекту до технічного рішення, що заявляється, автори вибрали конструкцію, описану в [http://www.silencertalk.com/forum/viewtopic.php71=40014; 10.06/2009 р]. Вибір цієї конструкції обумовлено тим, що в ній використовуються замкнені сферичні поверхні і описано варіанти їх розміщення. Крім цього, приведено зображення ескізів конструкції російського глушника до автоматів АК-ПБС-6 (хоча інформація про виготовлення та використання такого глушника по назві і конструкції в усіх доступних джерелах інформації відсутня). Із приведених ескізів видно, що основним елементом перетворювача-розсікача порохових газів був намір використати шість лінзоподібних, створених кожна із двох сферичних елементів, перегородок. Приведено також в різних ракурсах зображення виготовленого сферичного елемента, який передбачалось використати в конструкції цього глушника. Переваги такого глушника перед існуючими неможливо визначити через наступні проблеми: не визначено співвідношення (або номінали) розмірів конструктивних елементів, що впливають на основні характеристики глушника; не показано, яка найбільш ефективна кількість сферичних елементів і як їх слід розміщувати; не передбачено конструктивні елементи, які б забезпечували найбільш ефективне використання об'ємів розширювальних камер; не відмічено, як ліквідуються технічні ускладнення по забезпеченню орієнтації сфер в циліндрі, оскільки їх контакт являє собою одну лінію-коло; не приведено (не визначено, не зображено) конструктивні елементи, які забезпечують турбулізацію потоку, формування та зіштовхування струменів порохових газів, організацію зустрічного потоку біля вихідного фланця. Задача запропонованого авторами винаходу - використання переваг сферичних перегородкових елементів для підвищення в порівнянні з прототипом ефективності зниження рівня звуку та ліквідації полум'я при стрільбі, його надійності, розширення функціональних можливостей, поліпшення експлуатаційних характеристик, покращення технологічності виготовлення глушника. Вирішення поставленої задачі досягається тим, що в глушнику звуку пострілу стрілецької зброї зі сферичними перегородковими елементами, який містить вузол кріплення до ствола зброї з вхідним фланцем, циліндричний порожнистий корпус, вихідний фланець та розміщені в порожнині корпусу співвісно йому тонкостінні сферичні перегородки з отворами для прольоту кулі, що утворюють всередині і між собою розширювальні камери, перша в напрямку польоту кулі розширювальна камера виконана циліндричною і має зовнішній діаметр, рівний внутрішньому діаметру корпусу, а її об'єм становить 25-30 відсотків об'єму порожнини корпусу, на виході із неї по повздовжній осі глушника встановлено вісесиметричний перегородковий елемент у вигляді зрізаного конуса з кутом 60°-90° при вершині, направленій проти напрямку стрільби, перфорований отворами, повздовжні осі яких перпендикулярні боковій поверхні конуса, а за ним з інтервалом 0,4-0,5 величини калібру зброї, з якою використовується глушник, встановлено три тонкостінні перегородкові елементи, які являють собою сектори сферичних оболонок, кожний з яких переходить в циліндричну оболонку, причому радіуси сферичних оболонок складають 1,2 радіуса внутрішньої порожнини корпуса, а довжина циліндричної частини - 0,1 цього радіуса, кожну оболонку перфоровано рівномірно розміщеними по її поверхні 12 радіальними отворами, об'єми розширювальних камер, що утворені внутрішньою порожниною корпусу і зовнішніми поверхнями і внутрішні об'єми сферичних перегородкових камер, рівні, в конструктивних елементах конічної і сферичних перегородок, що торкаються внутрішньої поверхні корпусу, виконано по 6 пазів, рівномірно розміщених по зовнішніх колах поперечних перерізів конструктивних елементів перегородок. При цьому, в напрямку польоту кулі кожну групу пазів зміщено відносно попередньої на 30°. Суттєві відмітні ознаки винаходу, який заявляється авторами, пояснюються наступним. Розширювальна камера на вході порохових газів пострілу в порожнину корпусу забезпечує найбільш ефективне перетворення енергії тому, що тиск і температура газів на зрізі ствола при пострілі мають найбільші величини, і їх трансформація практично інваріантна (не залежна) від того, розміщено чи ні якийсь конструктивний елемент на вході в порожнину корпусу. Цей доказаний теоретично та в натурних стрільбах факт приводить до висновку - 25-30 відсотків об'єму розширювальної камери на вході в неї порохових газів пострілу може бути вільним від любих конструктивних елементів, що практично не впливає на характеристики глушника. В зв'язку з цим автори пропонують в конструкції, яку заявляють, на вході в глушник утворити розширювальну камеру, вільну від конструктивних елементів, яка має об'єм, рівний 25-30 відсотків загального об'єму порожнини корпусу. 2 UA 109381 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 На виході з першої розширювальної камери необхідно встановити конструктивний елемент (елементи), які б ефективно знижували швидкість порохових газів пострілу до трансзвукової (дозвукової). При виборі форми та конструктивних ознак цього елемента автори керувались наступними міркуваннями, які випливають, наприклад, з [Краснов Н.Ф. Основы аэродинамического расчета. Аэродинамика летательных аппаратов. Учебное пособие для студентов вузов. - М.: "Высшая школа", 1981. - 496 с. (С. 163; 175-177)]. Осьова сила при обтіканні тіла обертання рівна Xp  Cx ( qSmid ) .  V 2 - швидкісний натиск, C x - повний коефіцієнт осьової сили, q   2 Smid - площа міделя тіла, що обтікається. Як видно з рис. 2.3.3 та 2.3.5 цього Джерела інформації: при трансзвукових швидкостях (М1) коефіцієнт осьової сили для сфери і конуса майже рівні, але при переході до надзвукових швидкостей коефіцієнт опору сфери збільшується в два рази, а конуса - в 7-8 раз. Таким чином, для ефективного гальмування надзвукового потоку необхідно використати конічний перегородковий елемент, причому оптимальний кут при його вершині, зверненій проти напрямку стрільби, повинен становити 60°-90°, а для забезпечення перетікання газів з дроселюванням через бокову поверхню конусу необхідно в ній виконати отвори, повздовжні осі яких перпендикулярні боковій поверхні конуса. Далі по напрямку стрільби за конічним перегородковим елементом автори пропонують з інтервалом 0,4-0,5 величини калібру зброї, з якою використовується глушник, установити три тонкостінні перегородкові елементи, виконані з секторів сферичних оболонок, кожний з яких переходить в циліндричну оболонку з зовнішнім діаметром, рівним внутрішньому діаметру порожнини корпусу, причому, оптимальні радіуси сферичних оболонок складають 1,2 радіуса внутрішньої порожнини корпусу, а довжину циліндричної частини тонкостінної оболонки виконати рівною 0,1 радіуса. Для ефективного використання сферичності перегородкових елементів в них необхідно виконати не менш як 12 радіальних отворів, рівномірно розміщених по сферичній поверхні. Вибір основних конструктивних розмірів тонкостінних циліндричних оболонок та їх розміщення з інтервалом, який пропонується, дасть можливість урівняти внутрішні об'єми тонкостінних сферичних оболонок та об'єми розширювальних камер, що створені внутрішньою порожниною корпусу і зовнішніми поверхнями оболонок. Як показує натурний експеримент, це - найбільш ефективне співвідношення цих об'ємів з огляду на отримання оптимальних характеристик глушника. В конструкції глушника, що заявляється, передбачено збільшення ефективності використання потоку порохових газів, який рухається вздовж внутрішньої циліндричної поверхні порожнини його корпусу. А саме - в конструктивних елементах конічної і сферичних перегородок, які торкаються внутрішньої поверхні корпусу, виконано по 6 пазів, рівномірно розміщених по зовнішніх колах поперечних перерізів конструктивних елементів перегородок, причому в напрямку польоту кулі кожну групу пазів зміщено відносно попередньої на 30°. Такі суттєві конструктивні ознаки глушника автори заявляють, проаналізувавши результати опублікованих теоретичних та експериментальних робіт, в тому числі наступних, виконаних ними: 1. Коновалов Н.А., Кваша Ю.А., Кулик А.Д., Скорик А.Д. Математическое моделирование газодинамического процесса работы прибора снижения уровня звука выстрела, "Техническая механика", № 1, 1999, С. 13-17, Днепропетровск, Институт технической механики НАН Украины и НКА Украины. 2. Коновалов Н.А., Коваленко В.И., Лахно Н.И., Пилипенко О.В., Скорик А.Д. Математическая модель быстропротекающих процессов в приборах снижения уровня звука выстрела с учетом двухмерности течения в канале прибора, "Техническая механика", № 1, 2005, Днепропетровск, Институт технической механики НАН Украины и НКА Украины, С. 77-88. З. Коновалов Н.А., Астапов А.И., Пилипенко О.В., Поляков Г.А., Тынина С.В., Скорик А.Д., Чаплиц А.Д. Экспериментальное исследование течения газа в плоской модели глушителя звука выстрела стрелкового оружия с применением методов визуализации, "Техническая механика", № 2, 2007, С. 142-150, Днепропетровск, Институт технической механики НАН Украины и НКА Украины. 4. Коновалов Н.А., Пилипенко О.В., Стрельников Г.А., Поляков Г.А., Скорик А.Д., Чаплиц А.Д., Астапов А.И. Разработка средств и методов визуализации течения газа в приборах снижения уровня звука выстрела стрелкового оружия, "Авиационно-космическая техника и 3 UA 109381 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 технология", № 2 (59), март-апрель 2009, Харьков, Национальный аэрокосмический университет им. Н.Е. Жуковского, "ХАИ". 5. Коновалов Н.А., Пилипенко О.В., Поляков Г.А., Стрельников Г.А., Скорик А.Д., Чаплиц А.Д., Астапов А.И. Исследование течения газа в приборах снижения уровня звука выстрела стрелкового оружия, Сборник трудов X юбилейной международной научной конференции "Оптические методы исследования потоков", М.: Издательский дом "МЭИ", 2009, С. 576. 6. Коновалов Н.А., Пилипенко О.В., Скорик А.Д., Стрельников Г.А., Михайлов С.П., Коваленко В.И., Чаплиц А.Д., Астапов А.И. Визуализация картины течения газа в полости прибора снижения уровня звука выстрела, Оптические методы исследования потоков: XI Международная научно-техническая конференция, [Электронный ресурс] Труды конференции: М.: МЭИ (ТУ), 2011 1 эл. опт. диск (CD-ROM) Доклад № 66, 10 с, ISBN 978-5-9902974-1-8, № Гос. регистр. 0321101669. 7. Патент Украины на изобретение №98163 по заявке №а 2010 04885 от 23.04.2010, Спосіб візуалізації газових потоків при моделюванні процесів в приладах зниження рівня звуку пострілу, МПК F41A 21/30 G01M 9/00, опубл. 25.04.12, бюл. № 8, Коновалов Н.А., Пилипенко О.В., Поляков Г.А., Скорик А.Д., Стрельников Г.А., Чаплиц А.Д., Семенчук Д.В., Астапов А.И. 8. Коновалов Н.А., Пилипенко О.В., Поляков Г.А., Скорик А.Д., Чаплиц А.Д. Термогазодинамические процессы в приборах снижения уровня звука выстрела стрелкового оружия. "Техническая механика", №4, 2012, С. 13-26, Днепропетровск, Институт технической механики НАН Украины и НКА Украины. 9. Чаплиц А.Д. Визуализация цветным теневым методом с использованием остаточного хроматизма оптической системы, "Инженерно-физический журнал" ("Journal of Engineering Physics and Thermophisics"), том 87, № 3 май-июнь, 2014, С. 639-643. Будова глушника зі сферичними перегородковими елементами, що пропонується, пояснюється кресленнями, де на Фіг. 1 приведено повздовжній розріз глушника, на Фіг. 2 внутрішні перегородкові елементи без корпусу, на Фіг. 3 - аксонометричне зображення тонкостінного сферичного перегородкового елемента, на Фіг. 4 - аксонометричне зображення вісесиметричного конічного перегородкового елемента, на Фіг. 5 - траєкторії основних потоків газів пострілу в фазі заповнення глушника. Глушник складається з вузла кріплення його до ствола зброї з вхідним фланцем 1, циліндричного порожнистого корпусу 2 радіусом R, вихідного фланця 3 та розширювальної камери 4 і вісесиметричного перегородкового елемента у вигляді зрізаного конуса 5, перфорованого отворами 6, повздовжні осі яких перпендикулярні боковій поверхні конуса, за ним з інтервалом =0,4-0,5 величини калібру зброї, з якою використовується глушник, встановлено три тонкостінні перегородкові сферично-циліндричні елементи однакової конструкції 7, причому зовнішні радіуси сферичних оболонок Roб=1,2R, зовнішній радіус циліндричних оболонок Rц рівний R, кожну оболонку перфоровано рівномірно розміщеними по її поверхні радіальними отворами 8, по їх осі, яка співпадає з повздовжньою віссю глушника, виконано отвори для прольоту кулі 9. В конструктивних елементах конічного та сферичних перегородкових елементів, які торкаються внутрішньої поверхні корпусу глушника, рівномірно по зовнішніх колах їх поперечних перерізів виконано по 6 пазів 10 і 11, причому кожна група пазів повернута відносно попередніх на 30°. Глушник працює у такий спосіб. При проходженні кулі по стволу зброї з надзвуковою швидкістю попереду неї утворюється ударна хвиля, що відійшла, яка через пристрій для кріплення ствола зброї 1 досягає першої розширювальної камери 4 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 куля входить в глушник (фіг. 5), гази заповнюють першу розширювальну камеру 4. Основні характеристики течії порохових газів в камері зумовлені утворенням ударних хвиль при виході надзвукового високотемпературного потоку газів пострілу при раптовому розширюванні каналу. Після виходу зі ствола фронт початково плоскої ударної хвилі викривляється в результаті взаємодії з віялом хвиль розрідження. Після досягнення фронтом ударної хвилі внутрішньої поверхні корпусу глушника він відбивається і формується сильна поперечна ударна хвиля. Процес установлення течії в порожнині корпусу глушника приводить до виникнення нестаціонарних ударних хвиль, тиск на фронті яких вище тиску в потоці, а також зон розрідження, тиск в яких нижче атмосферного. Ці ударні хвилі обумовлюють пульсуючий характер зміни тиску в корпусі глушника. Як видно з фіг. 5, утворюються умовно чотири газові потоки: І - потік вздовж внутрішньої поверхні корпусу глушника; центральний II потік через отвори для прольоту кулі слідом за кулею, область 4 UA 109381 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 турбулізації потоку в сферичних перегородкових елементах III і зустрічний потік IV перед входом газу в вихідний фланець. Потік І рухається через пази 10 та 11 до вихідного фланця, і після проходу кожної групи пазів наштовхується на сферичну поверхню, що забезпечує зменшення його енергії, а перед вихідним фланцем він рухається до осі глушника по зустрічній для потоку II траєкторії, що забезпечує їх зіштовхування та турбулізацію і погашення енергії. Основна маса газу протікає через конічний перегородковий елемент, і після цього його швидкість стає дозвуковою (трансзвуковою). Кожний сферичний перегородковий елемент утворює вузол-турбулізатор, який забезпечує формування радіальних струменів газу та їх зіштовхування. Така газодинамічна картина спостерігається як в фазі заповнення, так і в фазі витікання газу з глушника, що значно підвищує ефективність зниження рівня звуку пострілу. Таким чином, автори розробили глушник звуку пострілу стрілецької зброї, який повною мірою використовує переваги перегородкових елементів конічної та сферичної форми, має високу ефективність зниження рівня звуку пострілу. Авторами виготовлено і випробувано експериментальні зразки глушників такої конструкції. Ці глушники мають ефективність не менше 36 дБ при конкурентних масогабаритних характеристиках. Вони забезпечують повне гасіння полум'я пострілу, в нічних умовах мають незначну помітність через більш низьку температуру корпусу і потоку газів, що виходять з нього. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ Глушник звуку пострілу стрілецької зброї, який включає вузол кріплення до ствола зброї з вхідним фланцем, циліндричний порожнистий корпус, вихідний фланець та розміщені в порожнині корпусу співвісно йому тонкостінні сферичні перегородки з отворами для прольоту кулі, що всередині і між собою утворюють розширювальні камери, який відрізняється тим, що перша в напрямі польоту кулі розширювальна камера глушника виконана циліндричною і має зовнішній діаметр, рівний внутрішньому діаметру корпусу, а її об'єм становить 25-30 % об'єму порожнини корпусу, а на виході із неї по повздовжній осі глушника встановлено вісесиметричний перегородковий елемент у вигляді зрізаного конуса з кутом 60°-90° при вершині, направленій проти напрямку стрільби, перфорований отворами, повздовжні осі яких перпендикулярні боковій поверхні конуса, а за ним з інтервалом 0,4-0,5 величини калібру зброї, з якою використовується глушник, встановлено три тонкостінні перегородкові елементи, які являють собою сектори сферичних оболонок, кожний з яких переходить в циліндричну оболонку, причому радіуси сферичних оболонок складають 1,2 радіуса внутрішньої порожнини корпусу, а довжина циліндричної частини - 0,1 цього радіуса, причому кожну оболонку перфоровано рівномірно розміщеними по її поверхні 12 радіальними отворами, при цьому об'єми розширювальних камер, що створені внутрішньою порожниною корпусу і зовнішніми поверхнями сферичних оболонок, і внутрішні об'єми сферичних перегородкових камер рівні, а в конструктивних елементах конічної і сферичних перегородок, що торкаються внутрішньої поверхні корпусу, виконано по 6 пазів, рівномірно розміщених по зовнішніх колах поперечних перерізів цих конструктивних елементів перегородок, причому в напрямку польоту кулі кожну групу пазів зміщено відносно попередньої на 30°. 5 UA 109381 C2 Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6