ES2873119T3 - Carga propulsora - Google Patents

Abstract

Carga propulsora que comprende uno o más granos que se queman progresivamente de manera externa que se extienden longitudinalmente y que tienen una serie de perforaciones que atraviesan los granos en la dirección longitudinal y en donde dichos granos tienen una forma de sección transversal, tomada perpendicularmente a la dirección longitudinal del grano, que es alargada, caracterizada porque la forma de la sección transversal es simétrica en línea a lo máximo en dos líneas diferentes.

Description

DESCRIPCIÓN

Carga propulsora

La invención pertenece al campo de los propulsores. En particular, la invención está dirigida a un propulsor para munición, como munición de cañón de calibre medio y grande, que tiene un rendimiento mejorado.

Los propulsores de armas están diseñados para propulsar proyectiles de un arma a alta velocidad, mientras que las presiones desarrolladas en el cañón del arma deben permanecer en todo momento más abajo del nivel crítico del arma para no dañarlo. Después de la ignición de la carga propulsora, la presión aumenta y el proyectil comienza a moverse a través del cañón del arma. Como resultado del aumento de la velocidad del proyectil, el volumen de la cámara de combustión aumenta con una tasa creciente. Esto permite una velocidad de combustión progresivamente creciente de la carga propulsora con el fin de obtener el máximo rendimiento, que se puede obtener por diferentes medios, en particular por medios químicos o físicos. En el último caso, los granos propulsores tienen formas alargadas (en su mayoría cilíndricas o hexagonales) y una serie de perforaciones, que se extienden en la dirección longitudinal. Estas perforaciones se aplican de manera que las áreas superficiales expuestas de estas perforaciones aumentan durante la combustión mientras que el área superficial del grano exterior disminuye, lo que puede resultar en un aumento neto del área superficial total. Esto contribuye al aumento progresivo de la velocidad de combustión requerida.

Los propulsores sólidos se fabrican normalmente en forma de granos. Estos granos pueden tener, por ejemplo, la forma de copos, bolas, láminas, cordones, granos cilíndricos o hexagonales perforados. Estas diversas formas se usan para obtener diferentes tipos de acción de combustión. En pistolas grandes (típicamente de 40 mm o más), a menudo se usa un grano cilíndrico o hexagonal con siete o diecinueve perforaciones, mientras que las pistolas de 20 mm generalmente usan granos con una sola perforación. Los calibres más pequeños, incluidas las armas pequeñas, usan granos en escamas o bolas. Los granos cilíndricos se fabrican en varios diámetros y longitudes, pero el tamaño normalmente se indica en el grosor de la trama, que es la distancia entre dos perforaciones o la distancia desde una perforación a la superficie exterior del grano.

Estas geometrías comunes del grano del propulsor también se muestran en la figura 1. Dependiendo de la geometría del grano, un degresivo (es decir, mostrando una área superficial de grano de propulsor decreciente a medida que avanza la combustión) o progresiva (es decir, mostrando un área de superficie de grano de propulsor creciente a medida que avanza la combustión) se obtiene la combustión.

Además de estas formas comunes, se han propuesto otras formas. El documentoWO-A-2011/153655, por ejemplo, describe una forma de grano cúbico con cuatro perforaciones. Se dice que esta geometría de grano produce una mayor progresividad que las geometrías de grano estándar no perforadas y de perforación única debido a la presencia de cuatro perforaciones y una mayor densidad gravimétrica que se afirma que da como resultado ganancias significativas en el rendimiento (típicamente 5 - 8 % más velocidad de salida, que corresponde a un 10 -15 % más de energía cinética).

El documento US-A-3754060, describe partículas de polvo de forma angular para cargas propulsoras que tienen picos salientes que se enganchan entre sí. Estas partículas se pueden presionar juntas para formar un artículo conformado, sin requerir un solvente o aglutinante.

El documento US-A-4386569, describe un grano propulsor que comprende un cilindro de sección transversal hexagonal que se proporciona de una pluralidad de perforaciones, preferentemente 37, que lo atraviesan.

Los presentes inventores descubrieron sorprendentemente que los granos que se queman progresivamente que son al menos aproximadamente partículas esferoidales achatadas proporcionan excelentes propiedades. Por lo tanto, en un primer aspecto, la presente invención está dirigida a una carga propulsora que comprende uno o más granos de combustión externa progresiva que se extienden longitudinalmente y tienen una forma de sección transversal, perpendicular a la dirección de la longitud del grano, que es alargada y que es simétrica en línea a lo máximo dos líneas diferentes.

La forma de la sección transversal (perpendicular a la dirección de la longitud del grano) no es circular pero alargada (u oblonga).

Al considerar la calidad de las municiones de las armas de fuego, la velocidad del proyectil es un parámetro importante. La velocidad del proyectil está determinada por las propiedades del propulsor. Los presentes inventores se dieron cuenta de que en la munición convencional la densidad de empaquetamiento de las partículas propulsoras está limitada considerablemente por la forma de las partículas. El espacio vacío entre las partículas no puede contribuir a la energía del propulsor. La densidad de empaquetamiento (densidad en masa) de los propulsores convencionales varía normalmente de 0,8 a 1,0 kg/dm3. Esto corresponde a una densidad de empaquetamiento de 52 a 65 % en vol. (basado en una densidad típica del material propulsor de 1,54 kg/m3).

En el documento US3938440Se describen cargas propulsoras en donde el peso de la carga propulsora que puede empaquetarse en un volumen dado se incrementa proporcionando una mezcla de propulsor granular y cuerpos moldeados de propulsor.

En las paredes del cartucho, la empaquetadura está normalmente aún más suelta y, por consiguiente, la densidad de empaquetadura en la región de la pared puede ser incluso menor. En particular para granos grandes (por ejemplo, con 19 o 37 perforaciones) y/o para municiones para calibres pequeños, este efecto de pared es más pronunciado. Como resultado, la densidad de empaquetamiento puede reducirse hasta en un 10 % en vol. adicional.

El término densidad de empaquetamiento, como se usa en la presente descripción, se refiere a la fracción de un cierto volumen que se usa arriba de los granos sólidos. Es lo opuesto al vacío del lecho, término que es usado comúnmente para cuantificar la fracción de vacíos en un cierto volumen. En otras palabras, densidad de empaquetamiento = 100 % en vol. -(vacío del lecho).

Los granos usados en la presente invención tienen una forma de sección transversal que no es circular y es alargada. Preferentemente, las formas de los granos son aplanadas u achatadas de modo que los granos propulsores tienen formas externas que se aproximan aproximadamente a un esferoide achatado, aunque todavía pueden tener bordes que están opcionalmente redondo.

Se encontró que las partículas de la presente invención aumentarán la densidad de empaquetamiento, dando como resultado una mayor densidad de carga. La densidad de empaquetamiento de acuerdo con la presente invención puede aumentarse de un 5 a un 10 %, o incluso más, en comparación con las cargas propulsoras mediante el uso de granos convencionales. Un aumento en la densidad de empaquetamiento de 52 a 55 % en vol., por ejemplo, dará como resultado una densidad de carga un 6 % más alta, lo que puede conducir, como consecuencia, a un aumento de la energía cinética de hasta un 12 %.

Las dimensiones (dimensión mayor, por ejemplo, longitud o diámetro) de los granos están preferentemente entre 1 y 40 mm, con mayor preferencia entre 3 y 30 mm.

El tamaño de la banda está preferentemente entre 0,1 y 5 mm, con mayor preferencia entre 0,3 y 2,5 mm.

Las dimensiones óptimas de los granos dependen, entre otros, en el calibre para el que se usa(por ejemplo. calibre medio 20 - aproximadamente 76 mm o calibre grande más de aproximadamente 76 mm).

La longitud de los granos es típicamente entre 0,8 y 4 veces el diámetro (o el diámetro equivalente; el diámetro equivalente es el diámetro de un círculo que tiene la misma área superficial), preferentemente entre 1 y 2,5 veces. Por ejemplo, los granos convencionales que tienen 19 perforaciones tienen típicamente una longitud que es 1-1,5 veces el diámetro equivalente, mientras que los granos convencionales que tienen 7 perforaciones tienen típicamente una longitud que es aproximadamente 2 veces el diámetro equivalente.

El tamaño de la banda es la distancia más corta entre dos superficies exteriores opuestas de un grano. Para granos esféricos y tubulares, esto es aproximadamente igual al diámetro. Para granos en forma de tiras o copos, este es el grosor de la tira o copos. Para granos perforados, esta es la distancia más pequeña entre dos perforaciones o entre una perforación y la superficie exterior. Preferentemente, el tamaño de la banda es el mismo en toda la fibra.

La combustión progresiva de los granos de la presente invención se realiza preferentemente proporcionando perforaciones que atraviesan los granos en la dirección longitudinal. Las perforaciones se colocan preferentemente en el patrón de un triángulo equilátero porque tal patrón minimiza la formación de astilla cuando las perforaciones se fusionan al final del proceso de quemado.

Cada perforación típicamente cumple los siguientes requisitos. La dimensión de las perforaciones en el grano debe ser lo suficientemente grande para que el la llama frontal pueda penetrar en todo el canal y hacer uso del área superficial durante el ciclo de combustión del propulsor, pero no demasiado grande para evitar un vacío excesivo. volumen y, por tanto, menor densidad en masa. Típicamente, los diámetros de las perforaciones están entre 0,01 y 1,5 mm, preferentemente entre 0,05 y 0,8 mm. Para la mayoría de las aplicaciones, los diámetros de las perforaciones son de tamaño similar, pero para ciertas aplicaciones se pueden usar diámetros diferentes a propósito en el mismo grano.

Cada perforación tiene preferentemente una sección transversal cilíndrica. El diámetro de cada perforación es preferentemente de aproximadamente 0,5-10 % de la longitud de la perforación, con mayor preferencia de 1-4 % de la longitud de la perforación. La fusión de las perforaciones en el curso del proceso de quemado debe posponerse el mayor tiempo posible. Típicamente', las perforaciones no se fusionan antes de que se queme el 60-90 % en peso del propulsor. Esto se puede obtener seleccionando la forma y posición del grano y el número de perforaciones en las mismas, en particular seleccionando un patrón basado en una distribución hexagonal (que da como resultado el patrón de un triángulo equilátero, mencionado anteriormente).

Puede obtenerse una mayor progresividad aplicando más perforaciones, disminuyendo así el área superficial total de una cierta masa de granos propulsores. En la práctica, las geometrías de 14 perforaciones y 9 perforaciones son particularmente preferidas, y se muestran esquemáticamente en la Figura 3, que muestra una sección transversal de tales granos. Estas formas pueden considerarse una "interpolación geométrica" entre las formas de grano hexagonales convencionales de 7 perforaciones y 19 perforaciones, como se muestra en la figura 2. En la figura 6 se muestran otras posibles configuraciones de acuerdo con la presente invención.

En la figura 6, se representan dos secciones transversales en forma de diamante que tienen cinco bordes (primera forma) o cuatro bordes (tercera forma), así como también dos secciones transversales en forma de polígono (segunda y cuarta forma) que tienen seis bordes, de los cuales exactamente cuatro los bordes tienen la misma longitud (de manera que el polígono se alarga).

Los granos pueden tener lados longitudinales planos o lados que estén curvados alrededor de las perforaciones externas, dando así como resultado una forma de "roseta" como se muestra en la figura 7.

Los granos de la presente invención se pueden producir por extrusión. Las hebras extruidas se pueden cortar en diferentes ángulos con relación a el eje longitudinal de las hebras. Para permitir que la forma del grano se acerque a los esferoides en todas las direcciones, los cortes se pueden hacer en un ángulo de 45°-90°, preferentemente de 50-80°, con mayor preferencia alrededor de 60°, con respecto a su eje longitudinal. Esta se muestra esquemáticamente en la Figura 4. Esto contribuye a una mayor densidad de carga, aunque posiblemente a expensas de una progresividad ligeramente menor. Se obtiene una mayor reducción de la astilla y/o incluso un empaquetamiento más alto cuando una o más esquinas (preferentemente todas) se redondean más, preferentemente con un radio de curvatura que minimice la astilla, verbigracia, que es de una a tres veces la distancia de dos perforaciones más cercanas en la vista en sección transversal. Como se muestra esquemáticamente en la figura 5, para esta modalidad los bordes de un grano están redondos en forma de esfera que tiene un radio de curvatura r.

Los granos propulsores de la presente invención pueden usarse en cualquier aplicación balística, pero son especialmente beneficiosos cuando se usan con municiones de calibre mediano o grande.

En una modalidad preferida adicional de la presente invención, los granos están provistos de una capa exterior que tiene una composición química que es menos energética que la composición interna, lo que da como resultado un aumento de la velocidad de combustión y de la temperatura de la llama durante el transcurso de la operación. el proceso de combustión del propulsor. Esto contribuye a la progresividad de la combustión del propulsor. Esta variación en la composición química a lo largo del grano del propulsor se logra convencionalmente impregnando la superficie exterior del propulsor con una sustancia que disminuye la velocidad de combustión. Esto es particularmente adecuado para propelentes de calibre pequeño y mediano porque la profundidad de impregnación es generalmente demasiado pequeña para ser efectiva para propelentes de gran calibre, que tienen tamaños de banda relativamente grandes. La impregnación se puede realizar mediante el uso una o más sustancias como canfer, dinitrotolueno, ftalato de dibutilo, ftalato de dioctilo y otros plastificantes o polímeros o monómeros no energéticos que se polimerizan después de la impregnación en las capas propulsoras externas.

Otro método para lograr la variación de composición química antes mencionada es la aplicación de un gradiente de componentes propulsores energéticos, ya sea en concentraciones y/o en tamaños de partículas, o la aplicación de capas de diferentes composiciones propulsoras. Esto es particularmente adecuado para propulsores de calibre medio y grande. Una técnica de fabricación adecuada para producir los granos de la presente invención que comprenden capas de diferentes composiciones propulsoras es la coextrusión.

La presente invención será ahora ilustrada por los siguientes ejemplos.

EJEMPLOS

Ejemplo 1

Una composición propulsora de pistola libre de solvente, que comprendía del 50 al 60 % en peso de nitrocelulosa y del 40 al 50 % en peso de plastificantes como nitroglicerina y dinitrato de dietilenglicol como componentes principales, se presionó a través de un troquel cilíndrico con 19 pines como se representa en la figura 2. La velocidad de combustión del propulsor y las dimensiones del troquel eran de manera que las propiedades de combustión del propulsor eran adecuadas para su uso en municiones para armas de tanques de 120 mm. El diámetro de los granos propulsores obtenidos fue de 11,5 mm y los granos propulsores se cortaron a una longitud igual al diámetro. La densidad en masa aparente de los granos propulsores se determinó vertiendo los granos en un cilindro de 0,5 litros de volumen y un diámetro de 81 mm y midiendo la masa del propulsor. La densidad en masa aparente pareció ser de 0,81 kg/dm3.

Ejemplo 2

La misma composición propulsora mencionada en el Ejemplo 1 se presionó a través de matrices con 9 pasadores con una forma de sección transversal como se muestra en la Figura 3. Las hebras del propulsor obtenidas, colocadas en uno de los lados de las hebras planas, se cortaron mediante el uso de una cuchilla recta en un ángulo de 60° con respecto a la dirección longitudinal de las hebras a una longitud de aproximadamente 1,5 a 2 veces la distancia entre dos hebras planas opuestas. lados del hilo. Los granos propulsores obtenidos se usaron para determinar la densidad en masa mediante el uso del mismo cilindro y procedimiento que se mencionan en el Ejemplo 1. La densidad en masa aparente pareció ser de 0,85 kg/dm3.

Ejemplo 3

La misma composición propulsora que se menciona en el Ejemplo 1 se presionó a través de un troquel con 14 pasadores de 0,5 mm de diámetro con una forma de sección transversal como se muestra en la figura 3. Las hebras del propulsor obtenidas, colocadas en uno de los lados de las hebras planas, se cortaron mediante el uso de una cuchilla recta en un ángulo de 60° con respecto a la dirección longitudinal de las hebras a una longitud de aproximadamente 1,5 a 2 veces la distancia entre dos hebras planas opuestas. lados del hilo. Los granos propulsores obtenidos se usaron para determinar la densidad en masa mediante el uso del mismo cilindro y procedimiento que se mencionan en el Ejemplo 1. La densidad en masa aparente pareció ser de 0,88 kg/dm3.

Ejemplo 4

Los granos con una forma exterior como se muestra en la Figura 5 sin perforaciones se hicieron mediante una cierta técnica de fabricación aditiva (impresión 3D). La longitud y el diámetro exterior de los granos fue aproximadamente igual a los granos propulsores descritos en el Ejemplo 3. Todas las esquinas de los granos se redondearon con un radio igual al doble de la distancia más corta entre dos perforaciones. La densidad en masa aparente de los cuerpos moldeados se determinó mediante el uso del mismo cilindro y procedimiento que se mencionan en el Ejemplo 1. La densidad en masa aparente obtenida se convirtió en la densidad en masa aparente de los granos propulsores con la misma composición que los descritos en el Ejemplo 1, con la misma forma exterior que los cuerpos moldeados y con 14 perforaciones con un diámetro de 0,5 mm. La densidad en masa aparente convertida pareció ser de 0,96 kg/dm3.

Claims (7)

REIVINDICACIONES

1. Carga propulsora que comprende uno o más granos que se queman progresivamente de manera externa que se extienden longitudinalmente y que tienen una serie de perforaciones que atraviesan los granos en la dirección longitudinal y en donde dichos granos tienen una forma de sección transversal, tomada perpendicularmente a la dirección longitudinal del grano, que es alargada, caracterizada porque la forma de la sección transversal es simétrica en línea a lo máximo en dos líneas diferentes.

2. Carga propulsora de acuerdo con la reivindicación anterior, en donde dichos granos comprenden ocho o más perforaciones, preferentemente menos de dieciocho, con mayor preferencia catorce o nueve.

3. Carga propulsora de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde dichos granos tienen una forma de sección transversal en forma de diamante que tiene cuatro o cinco bordes, o un polígono alargado que tiene seis bordes, de los cuales cuatro tienen la misma longitud.

4. Carga propulsora de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde dichos granos se cortan en un ángulo de 45°-90°, preferentemente de aproximadamente 60°, con relación a su eje longitudinal.

Carga propulsora de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde dichos granos se obtienen por extrusión.

6. Carga propulsora de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde al menos parte de dichos granos están provistos de una capa exterior que tiene una composición química que es menos energética que la composición interna del respectivo grano.

7. Carga propulsora de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde dichos granos tienen una forma de sección transversal alargada.

Munición que comprende una carga propulsora de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores.