L международная выставка-презентация
научных, технических, учебно-методических и литературно-художественных изданий
Поражающий элемент многоугольной формы для осколочных систем
| Название | Поражающий элемент многоугольной формы для осколочных систем |
|---|---|
| Разработчик (Авторы) | Алексенцева Светлана Евгеньевна, Захаров Игорь Владиславович |
| Вид объекта патентного права | Изобретение |
| Регистрационный номер | 2845705 |
| Дата регистрации | 25.08.2025 |
| Правообладатель | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный технический университет" |
| Область применения (класс МПК) | F42B 12/00 (2006.01) |
Описание изобретения
Изобретение относится к области повышения действия осколочных систем с готовыми осколочными элементами заданного дробления. Поражающий элемент многоугольной формы для осколочных систем представляет собой многоугольную форму, называемую звёздчатым октаэдром. Его вершины выполнены закруглёнными по радиусу, величина которого рассчитывается в зависимости от массы элемента, изготовленного из сверхтвёрдых сплавов или из карбида вольфрама. Технический результат заключается в обеспечении высоких прочностных характеристик осколочного элемента при изготовлении из сверхпрочных материалов, карбида вольфрама, в повышении поражающего эффекта цели в результате увеличения глубины проникания осколочного элемента и разрушения преграды за счёт остроконечной формы, в обеспечении необходимых аэродинамических свойств, устойчивости в полёте. 4 ил.
Область техники
Изобретение относится к области повышения действия осколочных систем с готовыми осколочными элементами заданного дробления. Одной из наиболее важных задач при разработке осколочных систем является форма и прочностные характеристики осколочного поражающего элемента. Использование в качестве осколочного элемента новой многоугольной формы может эффективно повысить поражающее действие военных объектов. Предлагаемое изготовление осколочных элементов из материалов с максимально возможной прочностью увеличит способность осколка к пробитию, разрушению преград. Осколки данной конструкции могут быть конкретно использованы в ракетных комплексах для поражения летательных аппаратов.
Уровень техники
Современные осколочные средства поражения формируют высокоскоростной поток поражающих элементов, поражающее действие которых зависит как от скорости метания, так и от прочностных физико-механических характеристик поражающих элементов, а также от формы осколков. При разработке формы осколков основными направлениями являются повышение аэродинамических характеристик и разрушающего действия при взаимодействии с целью.
Прототипом формы предлагаемого осколочного элемента является многогранник, называемый звёздчатым октаэдром. Он был открыт Леонардо да Винчи и затем через сто лет переоткрыт И. Кеплером, который был назван Stella Octangula, т.е. звезда многоугольная (фиг. 1) [Пачоли De divina Proportione. 1509].
Однако, данная форма не была ранее использована в качестве конструктивной формы метательного осколочного элемента динамических средств поражения.
Раскрытие сущности изобретения
Предлагаемое изобретение - поражающий элемент многоугольной формы для осколочных систем обеспечивает следующий технический результат: высокие прочностные характеристики осколочного элемента при изготовлении из сверхпрочных материалов, карбида вольфрама, повышение поражающего эффекта цели в результате увеличения глубины проникания осколочного элемента и разрушения преграды за счёт остроконечной формы, необходимые аэродинамические свойства, устойчивость в полёте и применение для осколочного поражения специальной высотной авиационной техники, космических объектов.
Технический результат достигается за счёт того, что поражающий элемент многоугольной формы для осколочных систем, представляющий собой многоугольную форму, называемую звёздчатым октаэдром, его вершины выполнены закруглёнными по радиусу, величина которого рассчитывается в зависимости от массы элемента, изготовленного из сверхтвёрдых сплавов или карбидов, предпочтительно из карбида вольфрама; имеет максимальную глубину проникновения и разрушающие способности в динамике за счёт центрального конструкционного ядра прочности - октаэдра, принимающего в себя все удары периферии.
Конструкция соответствует аэродинамическим свойствам в процессе устойчивой и точной траектории свободного полёта, необходимых для применения в специальных осколочных поражениях высотных целей – самолётных и вертолётных летательных аппаратов, объектов в космосе.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 показан общий вид многогранника;
На фиг. 2, 3 показана предлагаемая конструкционная форма осколочного поражающего элемента представляет собой восьмиугольник, который по сути есть два вставленных друг в друга тетраэдра (правильные треугольные пирамиды), образуя при этом восемь правильных выступающих пирамидок.
На фиг. 4 - данная форма осколочного элемента предназначена для работы в условиях динамических нагрузок, потому рекомендуется конструктивная форма с радиусами закругления вершин многоугольника, что предотвращает процессы скалывания малопрочных краевых зон - острых углов и повышает прочностную стойкость к динамическим нагрузкам.
Осуществление изобретения
Исторически применялось много разнообразных типов готовых осколочных элементов – первоначально круглого сечения. В период бурного развития технологических процессов использованы поражающие осколочные элементы квадратного сечения, стреловидные и в виде двутавров [Боеприпасы. Учебник в 2-х томах./под общ. Ред. В.В. Селиванова.- 3-е изд., испр. - М.: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана. – 2019. – 506 с.].
Осколочное поле формируется в результате инициирования заряда энергонасыщенного материала боевой части боеприпаса. Одно из результативных направлений применения готовых осколков - в боевых частях современных ракет, размещаемых в зарядной части боеприпаса. Осколочное действие боевых частей боеприпасов обеспечивают поражающее действие за счёт высокоскоростного действия потока осколочных элементов порядка 2 км/с. Обеспечивают поражение как наземных целей, незащищённых и бронированных, так и летательных аппаратов.
Готовые поражающие осколочные элементы изготавливаются из сталей, обладающих наиболее высокими прочностными физико-механическими характеристиками. Предлагается изготовить поражающие элементы из сверхтвёрдых сплавов и карбидов. Предпочтительно из карбида вольфрама.
Вольфрам наиболее тугоплавкий из всех металлов с очень высокой плотностью 19.3 г/см3. Является компонентом сверхтвёрдых сталей и сплавов, хорошо работающих при повышенных температурных условиях и ударных нагрузках, в инструментальной промышленности.
Плотность карбида вольфрама WC составляет 15,77 г/см3, твёрдость по шкале Мооса равна 9-10. Температура плавления 2720°С. Твёрдость по системе Роквелла 92-94 HRA. Изделия из карбида вольфрама результативно обеспечивают сохраняемость формы в процессах динамической деформации. Карбиды вольфрама имеются в составе сверхтвёрдых сплавов для сердечников бронебойных и бетонобойных боеприпасов. Изделия из карбида вольфрама имеют высокую устойчивость при высоких тепловых и высокоимпульсных разрушающих воздействиях.
Одним из критериев поражения целей является полная (или удельная кинетическая энергия). W = mv2, где m – масса поражающего элемента, v – скорость элемента. Высокий удельный вес вольфрама увеличивает массу осколка (около 2 раз относительно сталей) и соответственно глубину проникания поражающего элемента. Комплексное воздействие предлагаемого высокопрочного осколочного элемента, изготовленного из карбида вольфрама обеспечит наиболее мощное поражающее действие за счёт повышенной кинетической энергии ударника.
Современные готовые осколки имеют площадь около сантиметра квадратного и несколько миллиметров в поперечнике и массой в несколько граммов. Максимальный размер от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров.
Предлагаемая конструкционная форма осколочного поражающего элемента представляет собой восьмиугольник, который по сути есть два вставленных друг в друга тетраэдра (правильные треугольные пирамиды), образуя при этом восемь правильных выступающих пирамидок (фиг. 2, 3).
Данная форма осколочного элемента предназначена для работы в условиях динамических нагрузок, потому рекомендуется конструктивная форма с радиусами закругления вершин многоугольника, что предотвращает процессы скалывания малопрочных краевых зон - острых углов и повышает прочностную стойкость к динамическим нагрузкам (фиг. 4). Величина радиусов закругления рассчитывается в зависимости от массы поражающего элемента, величины скорости и энергии метания в соответствии со штатными выстрелами. Предварительная оценка радиусов закругления находится в интервале от 3 до 5 мм.
Предлагаемая конструкционная форма готового осколочного элемента обеспечивает высокие аэродинамические возможности за счёт ориентации в полёте пирамидальной выступающей частью, а также симметричностью формы, способствующей запустить кинетический вращающий момент при метании осколка. В целом, конструкция предлагаемого осколка создаёт хорошие аэродинамические свойства путём ориентации пирамидальной выступающей части в процессе устойчивой и точной траектории свободного полёта.
Дополнительно специфическая "шипастая" форма элемента обеспечивает высокие разрушающие свойства осколка – при контакте с объектом прорывает, внедряется вглубь и выполняет разрушающую работу своими острыми высокопрочными пирамидальными выступами.
Предлагаемая конструкция осколочного элемента имеет максимальную глубину проникновения и разрушающие способности в динамике за счёт центрального конструкционного ядра прочности с центральной точкой, принимающей в себя все удары периферии. Данный эффект прочного ядра возникает, т.к. сама конструкционная форма звёздочного октаэдра образуется добавлением пирамидок к граням обычного октаэдра, вершины которого образуют ортогональные квадраты.
Использование карбида вольфрама для изготовления осколочного поражающего элемента предлагаемой формы звёздочного октаэдра имеет достаточно высокую стоимость, однако применяемость оправдана в специальных осколочных поражениях высотных сложных и важных целей – самолётных и вертолётных летательных аппаратов, объектов в космосе.
Формула изобретения
Поражающий элемент многоугольной формы для осколочных систем, представляющий собой многоугольную форму, называемую звёздчатым октаэдром, отличающийся тем, что его вершины выполнены закруглёнными по радиусу, величина которого рассчитывается в зависимости от массы элемента, изготовленного из сверхтвёрдых сплавов или из карбида вольфрама.
Медаль Альфреда Нобеля