Патент на изобретение №2376543

Published by on




РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ



ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА
ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ,
ПАТЕНТАМ И ТОВАРНЫМ ЗНАКАМ
(19) RU (11) 2376543 (13) C2
(51) МПК

F41A21/30 (2006.01)

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ

Статус: по данным на 17.09.2010 – может прекратить свое действие

(21), (22) Заявка: 2007113124/02, 09.04.2007

(24) Дата начала отсчета срока действия патента:

09.04.2007

(43) Дата публикации заявки: 20.10.2008

(46) Опубликовано: 20.12.2009

(56) Список документов, цитированных в отчете о
поиске:
US 5679916 А, 21.10.1997. RU 2089815 C1, 10.09.1995. RU 2246091 C2, 10.02.2005. RU 2256865 C1, 20.07.2005.

Адрес для переписки:

440005, г.Пенза-5, Пензенский Артиллерийский Инженерный Институт, научно-исследовательский отдел

(72) Автор(ы):

Грачёв Иван Иванович (RU),
Голованов Олег Александрович (RU),
Курков Сергей Николаевич (RU),
Устинов Евгений Михайлович (RU),
Смогунов Владимир Васильевич (RU)

(73) Патентообладатель(и):

Пензенский Артиллерийский Инженерный Институт (RU)

(54) ГЛУШИТЕЛЬ ДЛЯ СТРЕЛКОВОГО ОРУЖИЯ

(57) Реферат:

Глушитель содержит установленный перед дульным срезом ствола корпус, в котором размещена стальная воронкообразная диафрагма с отверстием для пули, тормозящая пороховые газы внутри глушителя. Для снижения уровня интенсивности звука он снабжен перфорированным завихрителем в виде «винтообразной лестницы» с отверстиями в форме кольцевых секториальных областей, имеющей 45 ступенек. 9 ил.

Изобретение относится к многокамерным глушителям расширительного типа, предназначенным для механического подавлении звука при выстреле из стрелкового оружия.

В настоящее время наибольшее распространение получили многокамерные глушители расширительного типа и интегральные. Эффективность глушителя повышается при последовательном расположении нескольких камер, разделенных перегородками, тоже с отверстиями, соосными стволу, при этом рассчитывается его внутренняя газодинамика, когда за счет использования фигурных перегородок сложного профиля в его корпусе создаются поворот потока газа, противопотоки и турбулентные завихрения. Частицы газа, соударяясь, быстро теряют при этом свою энергию.

Из новейших отечественных разработок в этой области следует отметить винтовку снайперскую специальную (ВСС) “Винторез”. В этом оружии глушитель интегрирован (но не составляет одно целое) со стволом обычного типа с завихрителями потока газов. Пороховые газы попадают в полость глушителя через ряд веерообразных отверстий в стенке ствола. В расширительной камере происходит сброс давления, затем газы разделяются на противопотоки и окончательно охлаждаются.

Известен интегрированный глушитель бесшумной снайперской винтовки «Винторез». Ствол в передней части (после газовой каморы) имеет несколько рядов отверстий, выводящих часть пороховых газов со дна нарезов в заднюю часть интегрированного глушителя. В передней части, перед дульным срезом ствола, глушитель имеет ряд стальных диафрагм с отверстием для пули, тормозящих пороховые газы внутри глушителя.

Известен глушитель для стрелкового оружия, в корпусе которого, установленном перед дульным срезом ствола, размещена стальная воронкообразная диафрагма с отверстием для пули, тормозящая пороховые газы внутри глушителя (см. US 5679916, F41A 21/30, 1997).

Задача изобретения – изменение внутренней конструкции глушителя в местах расположения наклонных диафрагм и звукообразования в свободном пространстве на глушитель, состоящий из перфорированного завихрителя, представляющего собой «винтообразную лестницу» с отверстиями в виде кольцевых секториальных областей и камеры с воронкообразной диафрагмой. При стрельбе в завихрителе с перфорацией возникают сильные завихрения пороховых газов, их скорость снижается, что приводит к уменьшению уровня интенсивности звука (громкости) на 12 дБ ниже, чем в штатном глушителе при прежних геометрических размерах корпуса глушителя,

Поставленная задача решается тем, что глушитель для стрелкового оружия, в корпусе которого, установленном перед дульным срезом ствола, размещена стальная воронкообразная диафрагма с отверстием для пули, тормозящая пороховые газы внутри глушителя, снабжен перфорированным завихрителем в виде «винтообразной лестницы» с отверстиями в форме кольцевых секториальных областей, имеющей 45 ступенек.

Для дальнейшего изложения использованы ссылки на фиг.1-9, на которых:

на фиг.1 – показана конструкция интегрированного глушителя бесшумной снайперской винтовки «Винторез»;

на фиг.2 – показана заявленная конструкция глушителя;

на фиг.3 – показан фрагмент конструкции завихрителя с перфорацией;

на фиг.4 – приведены зависимости давления и скорости частиц газа от времени t на сечении S1;

на фиг.5 – показаны результаты расчета зависимости интенсивности звука от времени в точке наблюдения для штатного глушителя снайперской винтовки «Винторез»;

на фиг.6 – приведено сравнение результатов математического моделирования с натурным экспериментом;

на фиг.7 – зависимость интенсивности звука от угла завихрения пороховых газов;

на фиг.8 – показаны результаты математического расчета зависимости интенсивности звука в точке наблюдения от угла перфорации;

на фиг.9 – диаграмма направленности однокамерного глушителя с завихрением и перфорацией пороховых газов.

Для построения математических моделей звукообразования в глушителях использовались два вида базовых элементов:

1. Отрезок продольно-регулярного акустического волновода;

2. Стык акустических волноводов с различными структурами поперечных сечений.

Эти базовые элементы являются достаточно универсальными автономными блоками, из них можно строить широкий класс математических моделей неоднородностей для полости глушителя (диафрагмы, штыри, криволинейные поверхности различных перегородок и т.д.).

Для того чтобы определить акустическое поле в точке наблюдения М, необходимо знать функции P1(t, r, ), на сечении S1, которое является границей между стволом и глушителем. Из внутренней баллистики известно, что эти функции изменяются во времени по экспоненциальному закону: Р1(t, r, )=P1(r, )ехр(-t), .

Считаем, что давление P1(t, r, ) и вектор скорости частиц газа и не зависят от переменных r и и являются постоянными величинами. Тогда функции Р1(t, r, ) и на сечении S1 представим в виде:

P1(t, r, )=Р1 ехр(-t), . Доопределим функции периодически с периодом Т= и представим временными рядами Фурье:

,

,

где

Фиг.4 – зависимости давления и скорости частиц газа от времени t на сечении S1.

Временные гармоники давления Р1(n) и скорости частиц представим пространственным рядом Фурье

где Pk(1)(r, ), – собственные функции круглого акустического волновода. С учетом ортонормировки коэффициенты рядов Фурье (2) вычисляются следующим образом:

Подставляя (1) в (4), а (2) в (5), получаем формулы для вычисления коэффициентов пространственных рядов Фурье (3):

,

n = 0, ±1, ±2, , m = 1, 2, 3, ,

где индекс k={0,m}, коэффициент A0m определяется из условия ортонормировки:

.

Коэффициенты ak(1)(n), bk(1)(n) являются компонентами векторов a1, b1. Зная a1,

b2 и использую матричное выражение, находим вектора А, В, компонентами которых являются коэффициенты рядов. Для каждой временной гармоники (n), используя ряды, определяем акустическое поле в точке наблюдения М. Нестационарное акустическое поле определяется по временным гармоническим составляющим с помощью рядов.

Входными величинами для расчета акустического поля являются P1 (давление в стволе на бесконечно малом расстоянии от сечения S1), (скорость частиц газа в стволе на бесконечно малом расстоянии от сечения S1), параметры и в экспоненциальных зависимостях давления и скорости частиц газа от времени t (фиг.1). Давление P1, скорость частиц газа , параметры и определяются экспериментальными методами или теоретически из решения внутренней задачи баллистики. Параметры и определяем из длительности времени нагружения глушителя со стороны ствола. Так на уровне 0,25 параметры и через длительность импульсов нагружения и определяются

, .

Входными параметрами для математической модели являются: давление пороховых газов в стволе P1 в сечении S1,, скорость частиц газа в стволе в сечении S2, длительность импульсов , .

Математическое моделирование звукообразования бесшумной снайперской винтовки «Винторез».

На фиг.1 показана конструкция интегрированного глушителя бесшумной снайперской винтовки «Винторез». Ствол в передней части (после газовой каморы) имеет несколько рядов отверстий, выводящих часть пороховых газов со дна нарезов в заднюю часть интегрированного глушителя. В передней части, перед дульным срезом ствола, глушитель имеет ряд стальных диафрагм с отверстием для пули, тормозящих пороховые газы внутри глушителя.

На фиг.5 показаны результаты расчета зависимости интенсивности звука от времени в точке наблюдения М (r0, 0, 0) для штатного глушителя снайперской винтовки «Винторез»:

; P1=13,7 МПа; ==50 мкс; Т=900 мкс; r0=3 м; r0=0; 0=20°;

I0=1012 BT2; кривая 1 – интенсивность звука в Вт/м2; кривая 2 – в децибелах.

Интенсивность звука определялась как

(среднее по времени значение плотности потока энергии, которую несет с собой звуковая волна). Результаты математического моделирования получены при количестве временных гармоник – 150; пространственных – 100. Гладкая поверхность неоднородности глушителя апроксимировалась ступенчатой моделью, количество ступенек – 45. Дальнейшее расширение базиса временных, пространственных гармоник и увеличение количества ступенек практически не изменяло результатов математического моделирования (внутренняя сходимость вычислительного процесса).

Интенсивность звука I (Вт/м2) на графике (фиг.5) имеет резко выраженный экстремальный характер в окрестности точки tmax=25 мкс, в децибелах – импульс интенсивности звука растянут и имеет квазипрямоугольную форму (звуковое ощущение от выстрела будет наблюдаться в течение времени 0=430 мкс).

На фиг.6 проведено сравнение результатов математического моделирования с натурным экспериментом. В точке М(r0, 0, 0) (r0=3 м, 0=15°, 0=0) измерялась интенсивность звука в децибелах, она была равна 124 дБ. Фиг.6 – диаграмма направленности штатного глушителя к снайперской винтовке «Винторез»: ; P1=13,7 МПа; ==50 мкс; Т=900 мкс; r0=3 м; =15°; 0=0;

– математический расчет; о – эксперимент.

Изменяя в математической модели давление в канале ствола P1, добились, что расчетное значение интенсивности звука совпадает с экспериментальным (Р1=13,7 МПа). Остальные точки на графике получены с помощью математической модели при Р1=13,7 МПа. Как видно из графика на фиг.6, совпадение результатов математического моделирования с экспериментом вполне удовлетворительное.

На фиг.2 показана заявляемая конструкция глушителя с завихрением акустического потока на базе глушителя снайперской винтовки «Винторез».

Фиг.2 – конструкция глушителя с завихрением пороховых газов на базе интегрального глушителя снайперской винтовки «Винторез»

Математическое моделирование винтовой поверхности проводилось с использованием двух базовых элементов:

– отрезок акустического волновода с секториальной областью кольца;

– стыка двух акустических волноводов с различными секториальными областями колец.

Базовые элементы позволяют моделировать винтовую поверхность как сплошную (p=0), так и с перфорацией (p0). Эти базовые элементы рассматривались как акустические волноводные трансформаторы, для них определялись матрицы рассеяния и импеданса, необходимые для построения декомпозиционной математической модели звукообразований в глушителе.

Фиг.7 – зависимость интенсивности звука от угла завихрения пороховых газов: , Р1=13,7 МПа, ==50 мкс,

Т=900 мкс, r0=3 м, 0=0, 0=15°; кривая 1 – 1=2=9°, p=0;

кривая 2 – 1=2=7°, p=2°.

На фиг.7 показаны результаты математического расчета зависимости интенсивности звука в точке наблюдения М(r0, 0, 0)(r0=3 м, 0=15°, 0=0) от угла завихрения пороховых газов, который определялся количеством витков винтовой поверхности. Из графиков на фиг.7 видно, что при >4 перфорация снижает уровень интенсивности звука, при этом наименьшее значение интенсивности звука смещается в сторону больших углов завихрения. Наименьшие значения интенсивности звука наблюдаются для углов завихрения =4÷6,5 и составляют, примерно, 122 дБ.

Пакет прикладных программ, разработанный на основе декомпозиционного подхода решения краевых задач, позволяет проводить вычислительный эксперимент для широкого класса структур неоднородностей в полости глушителя. На фиг.2 показана заявляемая конструкция, разработанная и созданная на основе вычислительных экспериментов.

Фиг.2 – двухкамерный глушитель: 1 – камера с завихрителем и перфоратором; 2 – камера воронкообразная диафрагма; 3 – криволинейная диафрагма. Конструкция глушителя состоит из перфорированного завихрителя и камеры с воронкообразной диафрагмой. Перфорированный завихритель представляет собой «винтообразную лестницу» с отверстиями в виде кольцевых секториальных областей. Фрагмент «винтообразной лестницы» с перфорацией показан на фиг.2. Во время стрельбы в завихрителе с перфорацией возникают сильные завихрения пороховых газов, их скорость снижается, что приводит к уменьшению уровня интенсивности звука.

Фиг.3 – фрагмент конструкции завихрителя с перфорацией: 1, d – размеры ступеньки; p – угол перфорации.

На фиг.8 показаны результаты математического расчета зависимости интенсивности звука в точке наблюдения М(r0, 0, 0) в зависимости от угла перфорации, при этом количество оборотов «винтообразной лестницы» оставалось постоянным и было равно 4 (два оборота).

Фиг.8 – зависимость интенсивности звука от угла перфорации: , P1=13,7·106 H/м2, ==50 мкс,

Т=900 мкс, r0=3 м, 0=0, 0=15°, 1=9°, d=(p+90)/12

если толщину ступеньки (фиг.8) брать равной . При небольших углах перфорации, как видно из графика на фиг.8, наблюдается уменьшение уровня интенсивности звука. Это объясняется тем, что при малых углах перфорации происходит взаимодействие перфорированных потоков с вихревыми, которое приводит к уменьшению уровня интенсивности звука. При больших углах перфорации скорость вихревых потоков пороховых газов снижается, а это приводит к увеличению уровня интенсивности звука.

На фиг.9 показаны результаты математического расчета диаграммы направленности однокамерного глушителя с завихрением и перфорацией пороховых газов и сравнение их с экспериментальными результатами. Как видно из графика на фиг.9, совпадение результатов математического моделирования с экспериментом вполне удовлетворительное.

Фиг.9 – диаграмма направленности однокамерного глушителя с завихрением и перфорацией пороховых газов: , Р1=13,7 МПа, ==50 мкс, Т=900 мкс, r0=3 м, 0=0, 0=15°, 1=9°, p=3°, d=2 мм.

Таким образом, предложена конструкция однокамерного глушителя с воронкообразной диафрагмой, завихрением и перфорацией пороховых газов. Проведено математическое моделирование звукообразования и сравнение результатов с экспериментом. Показано, что уровень интенсивности звука для однокамерного глушителя с завихрением и перфорацией пороховых газов на 12 дБ ниже, чем для штатного интегрированного глушителя к снайперской винтовке «Винторез».

Формула изобретения

Глушитель для стрелкового оружия, в корпусе которого, установленном перед дульным срезом ствола, размещена стальная воронкообразная диафрагма с отверстием для пули, тормозящая пороховые газы внутри глушителя, отличающийся тем, что он снабжен перфорированным завихрителем в виде винтообразной лестницы, имеющей 45 ступенек с отверстиями, выполненными в форме кольцевых секториальных областей.

РИСУНКИ

Categories: BD_2376000-2376999