PL215203B1 - Pocisk do broni miotającej gładkolufowej - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest pocisk do broni miotającej gładkolufowej, palnej i pneumatycznej, posiadający mały opór aerodynamiczny oraz stabilny i powtarzalny tor lotu przy dużej sprawności energetycznej broni miotającej.

Znaną wadą broni miotającej gładkolufowej jest niestabilność położenia ścian pocisku względem toru lotu środka ciężkości pocisku po wystrzeleniu z lufy. Dla pocisków osiowosymetrycznych obserwuje się zjawiska koziołkowania i trzepotania, które zwiększają opór aerodynamiczny pocisku i wielokrotnie zmniejszają zasięg oraz zwiększają rozrzut broni gładkolufowej w porównaniu z bronią o lufie bruzdowanej o takich samych parametrach wylotowych pocisku. Dla pocisków kulistych obserwuje się duży i silnie rosnący z odległością celu rozrzut broni gładkolufowej. Jest to spowodowane przypadkowymi wylotowymi orientacjami i częstotliwościami obrotów pocisków kulistych oraz zjawiskiem Magnusa w czasie lotu w powietrzu. Drugą wadą pocisków kulistych jest duży opór aerodynamiczny, który wielokrotnie zmniejsza zasięg broni gładkolufowej w porównaniu z bronią o lufie bruzdowanej o takiej samej wylotowej energii kinetycznej pocisku osiowosymetrycznego. Zaletami broni gładkolufowej są pomijalne zużycie lufy w czasie eksploatacji, prosta technologia produkcji luf, małe ciepło tarcia pocisku w lufie przy wystrzale i odporność na środowiskowe czynniki eksploatacji. Zalety te powodują, że niestabilności i rozrzuty torów lotu pocisków do broni gładkolufowej stale ogranicza się stosując aerodynamiczne stabilizatory lotu, albo nadając pociskom ruch obrotowy na wylocie z lufy i po wystrzale w celu wykorzystania zjawiska żyroskopowego do stabilizacji toru lotu. Stosuje się brzechwowe, lotkowe, brzechwowe przekoszone i różnorodne inne aerodynamiczne stabilizatory lotu pocisków do broni gładkolufowej, jako tylną część pocisków osiowosymetrycznych. Zjawisko turbinowe, polegające na przetworzeniu pędu strumienia gazu w pole par sił nadających ruch obrotowy osiowosymetrycznej bryle - wirnikowi, zapewnia stabilizację lotu pocisków przy pomocy przekoszonych stabilizatorów aerodynamicznych i rozkładanych w locie sabotów, które po wylocie z lufy nadają pociskowi ruch obrotowy, a następnie samoczynnie odczepiają się od pocisku, albo ulegają destrukcji. Stabilizatory przekoszone zmniejszają długość pocisku w porównaniu z brzechwowymi, zaś odczepiane saboty zmniejszają opór aerodynamiczny pocisku i zwiększają zasięg broni gładkolufowej do wartości porównywalnych z bronią o lufie bruzdowanej o takich samych parametrach wylotowych pocisku. Innym znanym rozwiązaniem zagadnienia stabilizacji toru lotu jest wynaleziony przez Wilhelma Brenneke pocisk osiowosymetryczny ze skośnie bruzdowaną pobocznicą walca. Pocisk Brenneke uzyskuje ruch obrotowy przeciskając się przez przewężony wylot lufy, a po wylocie jest wirnikiem o krótkich łopatkach i dzięki zjawisku turbinowemu odzyskuje część energii oporu aerodynamicznego na podtrzymanie wylotowej energii ruchu obrotowego i żyroskopowej stabilizacji lotu. Rozrzut broni gładkolufowej miotającej pociski Brenneke jest mały i zbliżony do rozrzutu broni o lufie bruzdowanej, ale zasięg pocisków Brenneke nie przekracza 500 metrów. Wadą wynalezionych w 1854 r. przez H. Bessemera i nadal rozwijanych pocisków będących wirnikami przepływowych turbin gazowych są za duże straty gazów miotających. Straty gazów miotających w znanych rodzajach broni gładkolufowej ogranicza się stosując uszczelniające lufę przebitki. Lotkowe i rozkładane brzechwowe saboty wykonuje się tak, aby uszczelniały lufę jak przebitki, a po wylocie pocisku z lufy działały jako aerodynamiczne stabilizatory lotu. Pociski z brzechwowymi stabilizatorami lotu posiadają uszczelniające lufę saboty, które mają duży opór aerodynamiczny i odczepiają się od wystrzelonego pocisku.

Aerodynamiczne stabilizatory lotu zadowalająco stabilizują tor lotu pocisków osiowosymetrycznych oraz zmniejszają rozrzut broni gładkolufowej kosztem zwiększenia aerodynamicznego oporu pocisku, zmniejszenia zasięgu broni i zwiększenia objętości nabojów oraz podajników amunicji. Wadą pocisków Brenneke jest mały zasięg i konieczność wykonania pocisku, lub płaszcza pocisku, z bardzo miękkiego materiału. Wady znanych rozwiązań zagadnienia stabilizacji toru lotu pocisków do broni gładkolufowej powodują, że jako broni precyzyjnej, broni dalekiego zasięgu i szybkostrzelnej broni maszynowej używa się masowo wyłącznie nietrwałą i rozkalibrowującą się broń o lufie bruzdowanej.

Zagadnienie stabilizacji toru lotu pocisków osiowosymetrycznych o możliwie małym oporze aerodynamicznym rozwiązuje broń o lufie bruzdowanej, która nadaje pociskom ruch obrotowy przeciskając je przez śrubowe bruzdy w lufie. Głównymi wadami broni o lufie bruzdowanej są wydzielane przy przeciskaniu pocisku przez lufę duże ciepło tarcia, zużywanie się luf i zwiększanie się rozrzutu broni w czasie eksploatacji, złożona technologia produkcji i niska odporność luf bruzdowanych na narażenia środowiskowe. Wadami broni o lufie bruzdowanej są także dynamiczne deformacje lufy, jak wichrowanie się przy miotaniu pocisku i drgania lufy po strzale, oraz precesja i nutacja osi obrotu wystrzeloPL 215 203 B1 nego pocisku. Dynamiczne deformacje lufy bruzdowanej wielokrotnie zwiększają rozrzut broni maszynowej, a ich ograniczenie przez usztywnienie lufy zwiększa masę broni. Precesja i nutacja osi obrotu pocisku powodują, że tor jego lotu w gazie jest linią śrubową o zawile zmiennym w czasie lotu promieniu. Kąt precesji pocisku jest odwrotnie proporcjonalny do skoku bruzd lufy i nie może być zmniejszony bez zwiększenia długości lufy lub pogorszenia stabilności lotu pocisku. Użytkowo niepożądanym skutkiem precesji i nutacji jest złożoność trójwymiarowych poprawek celowniczych, bez których broń o lufie bruzdowanej wykazuje pozorny i zależny od odległością celu rozrzut. Pozorny rozrzut broni o lufie bruzdowanej silnie zależy od zużycia lufy, rozrzutu parametrów luf i pocisków, a także od stanu atmosfery. Z tego powodu producenci amunicji podają nie obligatoryjne dane o śrubowym torze lotu pocisku tylko dla nowej broni, własnych tolerancji wymiarów i energii pocisku wyłącznie dla normalnego stanu atmosfery lotu.

W takich okolicznościach strzelanie precyzyjne wymaga nie tylko obliczania dwuwymiarowych poprawek celowniczych dla każdej odległości celu, lecz również okresowego korygowania tablic poprawek z powodu zużywania się luf bruzdowanych i zmian parametrów amunicji w przedziałach tolerancji, które deklarują producenci. Jest to wysoce czasochłonne, kosztowne, uciążliwe i praktycznie niewykonalne nawet dla masowych użytkowników broni przy intensywnej eksploatacji broni i szybkim zużywaniu się luf bruzdowanych.

Celem wynalazku jest pocisk do broni miotającej gładkolufowej, posiadający mały opór aerodynamiczny oraz stabilny i powtarzalny tor lotu przy większej sprawności energetycznej broni, mniejszym kącie precesji pocisku i większych tolerancjach amunicji w porównaniu z amunicją do broni o lufie bruzdowanej, który ponadto umożliwia wykonanie precyzyjnej i maszynowej broni gładkolufowej dalekiego zasięgu oraz używanie pocisków do broni o lufie bruzdowanej.

Istotą wynalazku jest pocisk do broni miotającej gładkolufowej stanowiący jednorodną lub wieloskładnikową bryłę geometryczną, która posiada styczną do toru lotu pocisku oś obrotu, opływową aerodynamicznie czołową część zwróconą w kierunku lotu pocisku, środkową część z obszarami pocisku o największych średnicach i pchaną przez gazy miotające tylną część, które wykonano tak, że tylna i środkowa część pocisku są wirnikiem impulsowo-przepływowej turbiny gazowej i mała część energii gazów miotających nadaje pociskowi ruch obrotowy w czasie przelotu przez lufę oraz minimalizuje wylotowy kąt precesji pocisku. Rozwiązanie pocisku według wynalazku polega na dwustopniowym użyciu pędu czoła fal gazów miotających najpierw do nadania pociskowi ruchu obrotowego względem osi obrotu pocisku w celu osiągnięcia żyroskopowej stabilizacji toru lotu pocisku po wylocie z lufy, a następnie do samo uzgodnienia osi obrotu pocisku z osią lufy broni przed wylotem z lufy, w celu minimalizacji kąta precesji osi obrotu pocisku i promienia śrubowego toru lotu pocisku po wylocie z lufy.

W celu nadania pociskowi ruchu obrotowego w lufie, tylna część pocisku jest według wynalazku wykonana jako wirnik impulsowej turbiny o trójwymiarowo zmiennej i jednoskrętnej geometrii o środkowej symetrii, która powoduje odbicie oraz rozproszenie fal gazów miotających w kierunku ścianek lufy oraz skośnie do osi lufy i osi pocisku. Dzięki odbiciu fal uderzeniowych na tylnej części pocisku powstaje pole par sił, które mają składowe prostopadłe do osi pocisku i pole jednoskrętnych wypadkowych momentów siły, które nadaje pociskowi ruch obrotowy o rosnącej częstotliwości w czasie jego przelotu przez lufę.

Ponieważ środek ciężkości pocisku jest położony przed częścią tylną, rzeczywiste pola par sił rozkręcających pocisk i sił pchających pocisk do wylotu lufy nie mogą być ściśle symetryczne, a ciśnienia gazów miotających są rzędu tysięcy barów, to nawet mała asymetria pól sił na tylnej części pocisku powodowała by precesję osi obrotu pocisku, silne tarcie jego środkowej części o lufę, zatarcia i utratę całej energii ruchu obrotowego. Trwałe zatarcia pocisku w lufie są samoczynnie eliminowane przez geometrię tylnej części pocisku, która zapewnia silne ujemne sprzężenie zwrotne dla środkowej asymetrii rozkładu pola sił pchających pocisk w lufie. Według praw dynamiki ciał sztywnych nie są usuwalne i mogą tylko być ograniczone oscylacje, które powodują precesję osi obrotu i początkowe, chwilowe zatarcia pocisku w lufie. Zadowalające ograniczenie zjawiska precesji osi obrotu i chwilowych zatarć pocisku w lufie osiągnięto kierując małą część gazów miotających przez otwarte wydrążenia, lub zamknięte kanały wykonane w środkowej części pocisku w stronę czołowej części. Wydrążenia, lub zamknięte kanały posiadają w obszarze przejścia środkowej w czołową część pocisku trójwymiarowo zmienną jednoskrętną geometrię i środkową symetrię, dzięki której prowadzą część gazów miotających skośnie do osi pocisku i stycznie do jego czołowej części. Analogicznie, jak w znanej od dwóch tysięcy lat turbinie Herona, wyloty wydrążeń, lub kanałów z części środkowej do czołowej poci4

PL 215 203 B1 sku działają jak pary przeciwnie skierowanych dysz i dzięki odrzutowi zmieniającego pęd gazu wytwarzają pole momentu sił nadających pociskowi ruch obrotowy z drugiej strony części środkowej, albo w pobliżu jego środka ciężkości. Przy właściwie dobranych parametrach tylnej części i prowadnic gazu z tylnej przez środkową do czołowej części pocisku zachodzi przeciwdziałanie pól sił zmieniających kąt precesji pocisku po obu stronach jego środkowej części ze stanem równowagi odpowiadającym samo uzgodnieniu osi obrotu pocisku z osią lufy broni, które łącznie zapewniają osiągnięcie głównych celów wynalazku. Wykonany według wynalazku pocisk jest wirnikiem impulsowo-przepływowej turbiny gazowej w części tylnej i środkowej, które można wykonać jako sabot do standardowych, masowo produkowanych i aerodynamicznie najdoskonalszych pocisków do broni o lufie bruzdowanej. Zapewnia to osiągnięcie pozostałych celów wynalazku przy użyciu składników masowo produkowanej amunicji.

Wynalazek opiera się na prawach mechaniki, gazodynamiki i aerodynamiki, które według balistyki wewnętrznej i zewnętrznej określają składniki bilansu energii pocisku i środka miotającego. Proporcje energii ruchu obrotowego i postępowego pocisków mają wartości rzędu od 0,001 dla broni lekkiej do 0,1 dla broni ciężkiej. Aerodynamiczne straty energii ruchu postępowego są zatem większe od energii ruchu obrotowego już po kilkudziesięciu metrach lotu w atmosferze i zużycie kilku procent energii środka miotającego na nadawanie pociskom rotacji w lufie gładkiej mało zmienia bilans energii pocisków. Energetyczna sprawność broni o lufie bruzdowanej nie przekracza 35%, zaś proporcje wydzielonej przy wystrzeleniu pocisku energii tarcia i energii ruchu postępowego mają wartości rzędu od 0,1 do 2 i silnie zależą od profilu pocisków. Dla broni lekkiej energia tarcia jest na tyle większa od strat energii gazów miotających wypływających przez szczeliny między bruzdami lufy, że w amunicji do broni lekkiej nie stosuje się uszczelniających lufę przebitek. Nadawanie pociskom rotacji za pomocą lufy bruzdowanej ma zatem małą sprawność energetyczną rzędu zaledwie od 0,01% dla broni lekkiej do 20% dla najcięższej. Wynika stąd, że broń gładkolufowa może być energetycznie znacznie sprawniejsza od broni o lufie bruzdowanej.

Wykonany według wynalazku pocisk do broni gładkolufowej przelatuje przez lufę otoczony cienką warstwą gazów, lub bez dużych strat energii na tarcie, dzięki czemu osiąga się wylotowe parametry pocisku jak wystrzelonego z broni o lufie bruzdowanej ze znacznie większą sprawnością energetyczną. Odzyskaną energię oporu tarcia zużywa się dzięki wynalazkowi tylko w części i ze znacznie większą sprawnością na nadanie pociskowi energii ruchu obrotowego w lufie przy pomocy zjawisk turbinowych o technicznej sprawności 10-40%. Ograniczenie strat energii na tarcie pocisku w lufie, względnie bardzo mały udział energii ruchu obrotowego w bilansie energii pocisku i duża sprawność zjawisk turbinowych umożliwiają osiągnięcie celów wynalazku przy mniejszym zużyciu energii gazów miotających, niż w broni o lufie bruzdowanej. Jest to fizycznie pierwotna zaleta wynalazku, z której wywodzi się wiele potencjalnych eksploatacyjnych zalet broni gładkolufowej miotającej pociski według wynalazku, w porównaniu z właściwościami znanych rodzajów broni miotającej palnej i pneumatycznej.

Stwierdzono, że do osiągnięcia wartości częstotliwości obrotów o wartościach rzędu 2000/s i samo uzgodnienia osi obrotu pocisku według wynalazku z osią lufy wystarczają wirniki impulsowe w tylnej części pocisku o grubościach od kilkuset mikrometrów i prowadnice gazów mające w środkowej części pocisku głębokości zaledwie od kilku mikrometrów. Są to grubości mniejsze od promieni krawędzi tylnych części standardowych pocisków i głębokości wydrążeń w pocisku mniejsze od wysokości bruzd w lufach bruzdowanych, między którymi, ścianą lufy i pociskiem występują szczeliny o grubościach ponad 10-50 mikrometrów, które powodują straty gazów miotających. Oznacza to, że wynalazek nie zmienia znacząco długości pocisków i na osiągnięcie celów wynalazku jest zużywana mniejsza ilość gazów miotających od strat gazów miotających występujących w broni o lufie bruzdowanej dla najczęściej używanej amunicji bez przebitek.

Uzyskane dzięki wynalazkowi ograniczenie strat energii na opór tarcia pocisku w lufie umożliwia osiągnięcie zadanych balistycznych parametrów pocisku przy mniejszej energii czynnika miotającego od energii zużytej przez równoważną balistycznie broń o lufie bruzdowanej, co rokuje zmniejszenie długości nabojów i zwiększenie szybkostrzelności broni gładkolufowej w porównaniu z balistycznie równoważna bronią o lufie bruzdowanej. Przy tej samej energii czynnika miotającego dzięki wynalazkowi można osiągnąć znacznie większą energię pocisków i zasięg broni gładkolufowej w porównaniu z bronią o lufie bruzdowanej, szczególnie dla małego i średniego kalibru pocisków. Ponadto wynalazek umożliwia dodatkowe zwiększenie zasięgu broni gładkolufowej, w porównaniu z balistycznie równoważną bronią o lufie bruzdowanej, dzięki zmniejszeniu promienia śrubowego toru lotu i długości drogi pocisku do celu. Inną zaletą wynalazku o wielu możliwych zastosowaniach jest niezależność

PL 215 203 B1 wylotowej częstotliwości obrotów pocisku od długości i kalibru lufy broni. Czyni to możliwym duże zmniejszenie długości i masy luf broni precyzyjnych oraz dalekiego zasięgu, a także nadawanie pociskom bardzo dużych wylotowych częstotliwości obrotów w celu zwiększenia obszaru ich oddziaływania z celem. Zaletą wynalazku jest również łatwość przystosowania pocisków i amunicji od broni o lufie bruzdowanej do broni gładkolufowej przy pomocy sabotów, które mogą być tylną i środkową częścią pocisku wykonanego według wynalazku.

Wynalazek wnosi postęp techniczny w dziedzinie broni miotających palnych i pneumatycznych bez zmian znanych środków technicznych używanych przy produkcji i projektowaniu amunicji oraz broni. Do wykonania według wynalazku pocisków do broni miotającej gładkolufowej stosuje się takie same materiały, urządzenia i technologie, jak przy produkcji i projektowaniu pocisków do broni miotającej o lufie bruzdowanej. Przy projektowaniu geometrii tylnej i środkowej części pocisku jako wirnika impulsowo-przepływowej turbiny, korzystne jest użycie jednego z dostępnych pakietów programów komputerowych CAD z dynamiczną i aerodynamiczną symulacją ruchu ciał sztywnych. Wymagany kształt tylnej i środkowej części pocisków według wynalazku uzyskuje się stosując obróbkę plastyczną metali i tworzyw sztucznych, a przy wykonaniu modeli i prototypów pocisków stosuje się najprostszą obróbkę skrawaniem. Jeżeli tylna i środkowa część wykonanego według wynalazku pocisku tworzą nałożony na metalowy pocisk sabot, to wykonuje się je z podatnego na odkształcenia materiału o małym współczynniku tarcia ślizgowego względem ścian lufy, na przykład z termoutwardzalnej żywicy fenolowo-formaldehydowej z wypełniaczem grafitowym. W celu zwiększenia tolerancji wymiarów pocisków, szczególnie średniego i dużego kalibru, oraz zmniejszenia strat gazów miotających korzystne jest wykonanie części tylnej i środkowej części pocisku z materiału jak dla sabotu i profilowanie części środkowej tak, aby tylko dwa jej obszary przy tylnej i czołowej części pocisku miały średnicę lufy i zawierały wydrążone prowadnice gazu, zaś pozostały obszar części środkowej pocisku miał mniejszą średnicę.

Wynalazek szczegółowo objaśniono na przykładach wykonania przy pomocy rysunku, którego fig. 1 jest widokiem z boku jednorodnego pocisku według wynalazku na płaszczyznach lotu, na którym uwidoczniono obszary czołowej, środkowej i tylnej części pocisku oraz kształt powierzchni impulsowego wirnika turbiny gazowej, który wykonano w tylnej części pocisku, i położenie prowadnic gazu z tylnej do czołowej części pocisku, które wykonano jako płytkie, otwarte wydrążenia w środkowej i tylnej części pocisku. Fig. 2 jest widokiem pocisku z tyłu na płaszczyźnie prostopadłej do kierunku lotu, na którym przedstawiono wykonanie impulsowego wirnika turbiny gazowej dla lewoskrętnej orientacji tych sześciu jego powierzchni - łopatek, które nadają pociskowi lewoskrętny ruch obrotowy w lufie broni, w widoku pocisku z tyłu względem kierunku lotu, oraz wloty sześciu prowadnic gazu do środkowej części pocisku. Fig. 3 rysunku jest widokiem pocisku z przodu na płaszczyźnie prostopadłej do kierunku lotu, na którym uwidoczniono jednoskrętne wyloty prowadnic gazu tworzących wirnik przepływowej turbiny gazowej z sześcioma łopatkami i dyszami, które nadają pociskowi prawoskrętny ruch obrotowy w lufie broni w widoku pocisku z przodu, na rzutni prostopadłej do kierunku lotu. Fig. 4 jest półwidokiem z boku oraz i osiowym półprzekrojem pocisku według wynalazku, w którym wirnik impulsowo-przepływowej turbiny gazowej wykonano jako sabot na standardowym pocisku dalekiego zasięgu do broni o lufie bruzdowanej, oraz zastosowano profilowaną część środkową pocisku o zmiennej średnicy w celu ograniczenia strat gazów miotających i oporów tarcia ślizgowego w czasie przelotu pocisku przez lufę.

Typowy pocisk do broni miotającej palnej i pneumatycznej stanowi jednorodną, lub wieloskładnikową bryłę geometryczną (1), która posiada styczną do toru lotu pocisku oś obrotu (10), zwróconą w kierunku lotu pocisku i aerodynamicznie opływową część czołową (4), środkową część (3) z obszarami o największych średnicach, która zwykle zawiera środek masy (6) pocisku (1), oraz pchaną przez gazy miotające tylną część (2) o obłych krawędziach, które zapobiegają turbulentnemu opływowi pocisku przez atmosferę lotu.

Według wynalazku tylna część (2) pocisku (1) posiada co najmniej dwa jedno skrętne wydrążenia (11, 12, 13, 14, 15, 16) o ścianach (21, 22, 23, 24, 25, 26) najkorzystniej równoległych do osi (10) pocisku na większej części swojej powierzchni i o ścianach (31, 32, 33, 34, 35, 36) stycznych do płaszczyzn ukośnych przekrojów pocisku o nachyleniu w stronę czołowej części (4) pocisku, przy czym pole powierzchni ścian (31, 32, 33, 34, 35, 36) jest co najmniej dwa razy większe od pól powierzchni ścian (21, 22, 23, 24, 25, 26), zaś środkowa część (3) pocisku posiada co najmniej dwa jedno skrętne wydrążenia lub kanały (41, 42, 43, 44, 45, 46), które mają najkorzystniej zmienną geometrię w obszarze przy czołowej części (4) pocisku (1) i odcinki wylotowe (51, 52, 53, 54, 55, 56) do

PL 215 203 B1 czołowej części (4) pocisku (1), które tworzą z płaszczyznami osiowych przekrojów pocisku kąty (5) o miarach większych od jednej setnej części radiana, przy czym wszystkie wydrążenia lub kanały (41, 42, 43, 44, 45, 46) w środkowej części (3) pocisku i ich odcinki wylotowe (51, 52, 53, 54, 55, 56) mają jednakową skrętność na płaszczyznach poprzecznych przekrojów pocisku, zaś odcinki wylotowe (51, 52, 53, 54, 55, 56) wydrążeń lub kanałów do czołowej części (4) pocisku i wydrążenia (11, 12, 13, 14, 15, 16) tylnej części (2) najkorzystniej należą do różnych półprzestrzeni (7) i (8) wyznaczonych przez przechodzącą przez środek masy (6) płaszczyznę poprzecznego przekroju (9) pocisku (1). Uwidocznione na fig. 1 i 2 rysunku ukształtowanie tylnej części (2) pocisku ma na celu wytworzenie sześciołopatkowego wirnika impulsowej turbiny gazowej o trójwymiarowo zmiennej i jednoskrętnej geometrii o środkowej symetrii, która powoduje odbicie i rozproszenie fal gazów miotających w kierunku ścianek lufy oraz skośnie do osi lufy i osi pocisku. Dzięki zjawisku odrzutu gazów na tylnej części pocisku powstaje pole par sił, które mają składowe prostopadłe do osi pocisku i pole jedno skrętnych wypadkowych momentów siły, które nadaje pociskowi ruch obrotowy o rosnącej częstotliwości w czasie przelotu przez lufę. Impulsowa turbina gazowa działa bez przepływu gazu przez wirnik i sprawnie przetwarza pęd odbitego i rozproszonego czoła fal gazów na moment obrotowy wirnika tylko w warunkach gazodynamicznej nierównowagi układu wirnik-gaz, jakie występują podczas wystrzału. Impulsowa turbina gazowa nie może działać w stanie równowagi i przy jednostajnym poddźwiękowym ruchu pociskuwirnika. Wykonanie tylnej części (2) pocisku (1) jako wirnika impulsowej turbiny gazowej zapewnia wystarczająco duży do pokonania oporu tarcia ślizgowego moment obrotowy pocisku i eliminację długotrwałych zatarć pocisku dla ruchu obrotowego w lufie. Z praw dynamiki wynika, że przy wymuszaniu ruchu obrotowego ciała sztywnego na powierzchni (2) niesymetrycznej względem środka masy (6) wystąpi precesja osi obrotu dla asymetrycznego pola momentu wymuszającego. Ponieważ rzeczywisty rozkład pola sił na tylnej części (2) pocisku (1) nawet teoretycznie nie może być ściśle symetryczny, zaś ciśnienia gazów miotających osiągają tysiące barów, to nawet mała środkowa asymetria pól sił na tylnej część pocisku powodowała by dużą precesję osi obrotu, silne tarcie jego środkowej części (3) o lufę, chwilowe losowe zatarcia i utratę nawet całej niewielkiej energii ruchu obrotowego nadanej pociskowi pomiędzy zatarciami.

Następstwem ograniczonej tylko ścianą lufy precesji osi obrotu byłaby losowa wartość wylotowej częstotliwości obrotów pocisku i duży losowy rozrzut broni. W rozwiązaniu pocisku według wynalazku ograniczono precesję i czas trwania chwilowych zatarć pocisku stosując silne ujemne sprzężenie zwrotne dla środkowej asymetrii rozkładu pola sił pchających pocisk oraz przedłużając obszar wymuszania ruchu obrotowego pocisku z części tylnej (2) na część środkową (3) w stronę środka masy (6) pocisku przy pomocy wirnika przepływowej turbiny gazowej wykonanego w środkowej części (3) pocisku (1). Ujemne sprzężenie zwrotne dla środkowej asymetrii rozkładu pola sił na tylnej części (2) pocisku osiągnięto nachylając ściany (31, 32, 33, 34, 35, 36) wirnika impulsowego zgodnie z propagacją gazów miotających w kierunku środkowej (3) i czołowej części (4) pocisku. Takie wykonanie ścian tylnej części pocisku powoduje reakcję rozkładu pola dużych sił pchających pocisk na odchylenia osi obrotu pocisku od osi lufy, która samoczynnie wstępnie ogranicza precesję osi obrotu pocisku w lufie. Dalsze ograniczenie precesji osi obrotu pocisku i tarcia pocisku o ściany lufy osiągnięto wykonując tylną część (2) i środkową część (3) pocisku jako wirnik przepływowej turbiny gazowej, której łopatkami i jednocześnie prowadnicami gazów są płytkie otwarte wydrążenia, lub zamknięte kanały (41, 42, 43, 44, 45, 46) w tylnej części (2) i środkowej części (3) pocisku. Przetworzenie pędu gazu na moment obrotowy wirnika ma największą sprawność dla turbiny Herona o dyszach prostopadłych do osi wirnika. Z tego powodu prowadnice gazów (41, 42, 43, 44, 45, 46) najkorzystniej jest wykonać z tak zmienną geometrią w obszarze przy czołowej części (4) pocisku (1), aby otrzymać odcinki wylotowe (51, 52, 53, 54, 55, 56) prowadnic (41, 42, 43, 44, 45, 46) do czołowej części (4) pocisku (1), które tworzą z płaszczyznami osiowych przekrojów pocisku kąty (5) o miarach co najmniej jednej setnej radiana. Składowe prostopadłe pędu gazu (91) i (94) na wylocie przykładowej pary prowadnic (51) i (54) i kierunek obrotu pocisku wymuszonego odrzutem podano na fig. 3. Otwarte prowadnice gazów wykonuje się jako wydrążenia (41, 42, 43, 44, 45, 46) o takim ukształtowaniu profilu przekroju, który maksymalizuje sprawność pocisku jako przepływowej turbiny gazowej w lufie i minimalizuje obrotowy opór aerodynamiczny pocisku po wylocie z lufy. Jednym z takich profilów przekroju jest profil zęba piły wydrążeń (41, 42, 43, 44, 45, 46), które uwidoczniono na fig. 2 i 3 rysunku.

Prowadnice gazów (41, 42, 43, 44. 45, 46) wymuszają ruch obrotowy pocisku wzdłuż całej środkowej części (3), co ogranicza precesję osi obrotu pocisku, oraz jednocześnie otaczają pocisk

PL 215 203 B1 cienką warstwę gazów o dużym ciśnieniu, co ogranicza tarcie pocisku o lufę i zwiększa energetyczną sprawność broni.

Straty energii gazów miotających na osiągnięcie celów wynalazku są mniejsze od ciepła tarcia pocisków w lufach bruzdowanych dla szczelin między ścianą lufy i pociskiem o grubości nie przekraczającej kilkudziesięciu mikrometrów.

Z gazodynamiki wiadomo, że przewodność szczelin silniej niż liniowo rośnie z grubością szczeliny i z tego powodu przykład wykonania metalowego pocisku jak na fig. 1, 2 i 3 rysunku spełnia warunki dla odchyłek obrotowych pasowań masowo produkowanych luf i pocisków tylko małego i średniego kalibru.

Według wynalazku, w celu zwiększenia odchyłek pasowania pocisku z lufą broni, pocisk wykonuje się w sposób uwidoczniony w półwidoku z boku na fig. 4 rysunku tak, że tylna część (2) i środkowa część (3) pocisku (1) posiadają obszary zewnętrzne (210) i (310) o średnicy większej lub równej średnicy lufy broni oraz obszar wewnętrzny (311) o średnicy mniejszej od średnicy lufy broni, przy czym obszary zewnętrzne (210) i (310) są najkorzystniej wykonane z materiału, który jest podatny na odkształcenia i posiada mały współczynnik tarcia ślizgowego względem ściany wewnętrznej lufy, zaś wydrążenia lub kanały (41, 42, 43, 44, 45, 46) i ich odcinki wylotowe (51, 52, 53, 54, 55, 56) są wykonane najkorzystniej tylko w obszarze zewnętrznym (210) tylnej części (2) i w obszarze zewnętrznym (310) środkowej części (3) pocisku. W przykładowym wykonaniu wynalazku jak na fig. 4 rysunku można stosować pasowania pocisku z lufą od obrotowych przez suwliwe do ciasnych z przekroczeniem granicy sprężystości obszarów (210) i (310), zaś korzystnym materiałem tylnej części (2) i środkowej części (3) pocisku (1) jest podatne na odkształcenia i posiadające mały współczynnik tarcia ślizgowego względem ściany lufy tworzywo sztuczne. Takie własności mają stosowane w przemyśle maszynowym termoutwardzalne żywice fenolowo-formaldehydowe z wypełniaczem grafitowym.

Według wynalazku, w celu miotania z broni gładkolufowej standardowych, masowo produkowanych pocisków do broni o lufie bruzdowanej, pocisk do broni gładkolufowej wykonuje się w sposób uwidoczniony w półprzekroju z boku na fig. 4 rysunku tak, że czołową częścią (4) i obszarem wewnętrznym (4) środkowej części (3) pocisku (1) jest aerodynamicznie korzystny, standardowy pocisk (4) do broni o lufie bruzdowanej, zaś środkowa część (3) i tylna część (2) pocisku (1) jest wykonana jako sabot nasunięty na standardowy pocisk (4). Istota wynalazku nie ulega zmianie przy zastosowaniu innych, niż przykładowe środków technicznych, materiałów i innych rodzajów broni miotających.

Wynalazek wykorzystuje wiele złożonych zjawisk fizycznych, które zachodzą w lufie broni podczas wystrzału. Z tego powodu projektowanie pocisków według wynalazku wymaga empirycznej wiedzy o tych zjawiskach oraz wspomagania oprogramowaniem CAD przy optymalizacji geometrycznych parametrów pocisku w celu uniknięcia strat nakładów na chaotyczne i kosztowne prace rozwojowe.

Wykonanie i produkcja pocisków według wynalazku wykorzystują wyłącznie typowe środki techniczne masowej produkcji amunicji, zaś przystosowanie standardowych pocisków od broni o lufie bruzdowanej do broni o gładkolufowej jest według wynalazku proste. Czyni to możliwymi rozległe zastosowania wynalazku w celu poprawienia parametrów balistycznych, niezawodności, trwałości i wydajności produkcji setek rodzajów broni palnych wykonywanych tylko z lufą bruzdowaną. Dzięki wynalazkowi mogą także powstać nowe rodzaje broni miotającej o nieosiągalnej dotychczas szybkostrzelności i parametrach balistycznych, szczególnie broni precyzyjnej, dalekiego zasięgu i antyrakietowej. W odniesieniu do broni pneumatycznej zastosowania wynalazku ograniczają wielokrotnie mniejsze, niż w broni palnej, wartości ciśnień gazów miotających.

Claims (3)

1. Pocisk do broni miotającej gładkolufowej, palnej i pneumatycznej, stanowiący jednorodną lub wieloskładnikową bryłę geometryczną, która posiada styczną do toru lotu pocisku oś obrotu, opływową aerodynamicznie czołową część zwróconą w kierunku lotu pocisku, środkową część z obszarami pocisku o największych średnicach i pchaną przez gazy miotające tylną część, znamienny tym, że tylna część (2) pocisku (1) posiada co najmniej dwa jedno skrętne wydrążenia (11, 12, 13, 14, 15, 16) o ścianach (21, 22, 23, 24, 25, 26) najkorzystniej równoległych do osi (10) pocisku na większej części powierzchni i o ścianach (31, 32, 33, 34, 35, 36) stycznych do płaszczyzn ukośnych przekrojów pocisku o nachyleniu w stronę czołowej części (4) pocisku, przy czym pole powierzchni ścian (31, 32, 33, 34, 35, 36) jest co najmniej dwa razy większe od pól powierzchni ścian (21, 22, 23, 24, 25, 26), zaś

PL 215 203 B1 środkowa część (3) pocisku posiada co najmniej dwa jedno skrętne wydrążenia lub kanały (41, 42, 43, 44, 45, 46), które mają najkorzystniej zmienną geometrię w obszarze przy czołowej części (4) pocisku (1) i odcinki wylotowe (51, 52, 53, 54, 55, 56) do czołowej części (4) pocisku (1), które tworzą z płaszczyznami osiowych przekrojów pocisku kąty (5) o miarach większych od jednej setnej części radiana, przy czym wszystkie wydrążenia lub kanały (41, 42, 43, 44, 45, 46) w środkowej części pocisku i ich odcinki wylotowe (51, 52, 53, 54, 55, 56) mają jednakową skrętność na płaszczyznach poprzecznych przekrojów pocisku, zaś odcinki wylotowe (51, 52, 53, 54, 55, 56) wydrążeń lub kanałów do czołowej części (4) pocisku i wydrążenia (11, 12, 13, 14, 15, 16) tylnej części (2) należą najkorzystniej do różnych półprzestrzeni (7) i (8) wyznaczonych przez przechodzącą przez środek masy (6) płaszczyznę poprzecznego przekroju (9) pocisku (1).

2. Pocisk do broni miotającej gładkolufowej według zastrz. 1, znamienny tym, że tylna część (2) i środkowa część (3) pocisku (1) posiadają obszary zewnętrzne (210) i (310) o średnicy większej lub równej średnicy lufy broni oraz obszar wewnętrzny (311) o średnicy mniejszej od średnicy lufy broni, przy czym obszary zewnętrzne (210) i (310) są najkorzystniej wykonane z materiału, który jest podatny na odkształcenia i posiada mały współczynnik tarcia ślizgowego względem ściany wewnętrznej lufy, zaś wydrążenia lub kanały (41, 42, 43, 44, 45, 46) i ich odcinki wylotowe (51, 52, 53, 54, 55, 56) są wykonane najkorzystniej tylko w obszarze zewnętrznym (210) tylnej części (2) i w obszarze zewnętrznym (310) środkowej części (3) pocisku (1).

3. Pocisk do broni miotającej gładkolufowej według zastrz. 1 i 2, znamienny tym, że czołową częścią (4) i obszarem wewnętrznym (4) środkowej części (3) pocisku (1) jest aerodynamicznie korzystny, standardowy pocisk (4) do broni o lufie bruzdowanej, zaś środkowa część (3) i tylna część (2) pocisku (1) są wykonane jako sabot do standardowego pocisku (4).