НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

УДК 623.451

Россия, МГТУ им. Н.Э. Баумана

vkozlov38@yandex.ru

Введение

           В практике боевых стрельб приходится сталкиваться со случаями преждевременных разрывов боеприпасов (БП), происходящих в канале орудия или в непосредственной близости от него. Вполне очевидно, что нарушение безопасности стрельбы даже в единичных случаях отрицательно влияет на моральный дух солдат и порождает недоверие к боевой технике. Поэтому полная безопасность боеприпасов при выстреле – одно из важнейших требований, к выполнению которого необходимо стремиться еще на стадии проектирования и испытаний отдельных элементов выстрела. Преждевременное действие БП может быть обусловлено причинами конструктивного, производственного и эксплуатационного характера. Две последние категории причин – результат недостаточного знания устройства материальной части и принципа ее действия. Причины, зависящие от несовершенства или недоработки конструкции БП, не всегда могут быть учтены заранее и поэтому требуют особого изучения и исследования.

            Цель работы состоит в анализе нештатных срабатываний и отказов боеприпасов БП и ВУ в их составе на основе опыта их применения в период Второй мировой войны и послевоенной их модернизации.

            Научная новизна работы заключается в обобщении полученных при этом результатов и рекомендаций на их основе мероприятий по дальнейшему совершенствованию БП и ВУ. Предложена обобщающая модель по выявлению причин нештатного действия БП или ВУ (т.н. «метод исключения»).

            Статья основана на исследованиях по анализу нештатных действий БП и ВУ, проведенном в целом ряде предшествующих работ [1-7]. Изложенные в них результаты и причины внештатного действия БП и ВУ, позволили систематизировать их по основных этапам функционирования, а также обосновать методику их выявления в результате теоретических и экспериментальных исследований. Полученные при этом выводы в статье проиллюстрированы на примерах реальных послевоенных модернизаций конкретных ВУ.

Преждевременные разрывы БП могут происходить в канале ствола орудия и после вылета из орудия: в первом случае вследствие аномального поведения орудия и отдельных элементов выстрела, а во втором – главным образом по вине взрывателя (ВУ). Можно указать следующие основные причины преждевременных разрывов в канале ствола орудия.

1) Изменение структуры порохового (метательного) заряда  при низких температурах (от 40 до 50 ⁰С) и, как следствие, – более быстрое сгорание пороха, сопровождающиеся резким повышением давления в канале ствола, при котором прочность стенок орудия может оказаться недостаточной.

2) Недосылка снаряда при заряжании, т.е. изменение нормальных условий воспламенения заряда, что может привести к резкому увеличению давления и, соответственно, разрыву стенок канала ствола орудия или даже отрыву казенной части.

3) Недостаточная прочность стенок корпуса БП и его головной части, что может привести к деформированию или разрушению и, соответственно, к воспламенению взрывчатых веществ (ВВ) в БП и разрыву орудия.

4) Наличие дефектов в металле доньев БП (трещины, раковины и др.), через которые газы заряда проникают к ВВ БП и вызывают его горение, обычно при этом происходит заклинивание БП в канале ствола, что может вызвать преждевременное срабатывание ВУ и полный разрыв орудия.

5) Отсутствие надежной обтюрации в БП с ввинтным дном (обычно с помощью свинцовых прокладок), что также может привести к прорыву пороховых газов.

6) Дефекты снаряжения БП (раковины, трещины, пузырчатость и др.), вызывающие перемещение частиц ВВ в момент выстрела или местное повышение давления, вследствие чего может произойти взрыв ВВ.

7) Недостаточная стойкость ВВ к сотрясению при выстреле; следует, однако, отметить, что современные ВВ достаточно изучены и могут послужить причиной преждевременных взрывов при выстреле крайне редко.

8) Конструктивные и производственные недостатки взрывателей и их узлов:

– неправильная сборка;

– недостаточный учет климатических и эксплуатационных факторов;

– чувствительность к сотрясению при выстреле капсюля – воспламенителя (КВ) и капсюля детонатора (КД);

При установлении причины преждевременных разрывов БП необходимо в первую очередь тщательно изучить условия, при которых они возникали, осмотреть сомнительные элементы выстрелов, провести необходимые расчеты и затем проверку стрельбой.

Если не удается выявить конкретную причину, проверку стрельбой следует вести «методом исключения». Если, например, предполагаемыми причинами преждевременного разрыва являются дефекты корпуса БП, боевого заряда (БЗ) или взрывателя, то производят последовательные испытания этих элементов, начиная с корпусов БП, снаряженных инертным веществом и приведенных к нормальному весу, с холостой втулкой вместо взрывателя. Если не обнаруживаются дефекты корпусов БП, то следующим этапом испытаний является стрельба БП, снаряженных ВВ, с холостой втулкой или охолощенным ВУ. Если и при этом не получают преждевременные разрывы, что указывает на отсутствие дефектов ВВ и снаряжения, то третьим и последним этапом испытаний является отстрел БП с полным снаряжением с ВУ.

Отметим возможные случаи неправильного действия ВУ, способные привести к   преждевременному разрыву:

1) При выстреле во время движения БП в канале орудия:

– самопроизвольное действие капсюлей от сотрясения при выстреле (РГМ-2). Здесь и далее под этим понимается маркировка взрывателя (в данном случае РГМ-2 – Рдултовский головной мембранный 2-й модификации);

– преждевременное или неправильное действие ударных механизмов (слабая контр­предохранительная пружина – КТД);

– для донных ВУ – ненадежная обтюрация ВУ в местах соединения его с БП.

2) Непосредственно после вылета БП из канала ствола:

– неправильное действие узлов и деталей ВУ;

– самопроизвольное воспламенение капсюлей.

3) Во время полета БП на траектории:

– нутация БП, приводящая к преждевременному действию ВУ (РГМ-2);

– влияние метеоосадков (дождь, снег и т.д.) (МГ-37).

Рассмотрим теперь более подробно основные конструктивные меры, направленные на устранение разрывов БП по вине ВУ.

1 Самопроизвольное действие капсюлей от сотрясения при выстреле

Основной мерой является включение в состав ВУ механизмов изоляции капсюлей – предохранительно-воспламенительного устройства (ПВУ) или предохранительно-детонирующего устройства (ПДУ). Следует отметить, что изоляция КВ (в ПВУ) ввиду возможной недостаточной стойкости обязательна. Исключением является взрыватель РГМ-6, в котором для этой цели используется блокирующий механизм (стопор ныряло) (рисунок 1). Здесь и далее на рисунках красным цветом отмечены элементы модернизации и ВУ (пояснения в тексте). Этот механизм относится к блокирующим устройствам, т.е. работает лишь в аномальном действии ВУ – главным образом самопроизвольное срабатывание КВ при выстреле (от сотрясения) при установке ВУ на замедленное действие. В этом случае стопор блокирующего механизма под действием пороховых газов срабатывающего КВ срезает предохранительную чеку, опускается вниз и фиксирует поворотную втулку ВУ.

Изоляция КД оправдывает себя в тех случаях, когда эти капсюли не обладают необходимой стойкостью, а также в ВУ для БП крупных калибров, в частности к донным взрывателям (ДБТ). Следует отметить, что включение в состав ВУ ПДУ практически исключает необходимость включать в их состав ПВУ.

Рис. 1 – РГМ-6

2 Неполная обтюрация в донных взрывателях

Для обеспечения обтюрации этих ВУ в местах соединения с БП или закрепления установочного крана обычно используют свинцовые или медные кольца и прокладки. Данная мера эффективна, когда толщина колец превосходит глубину канавок во фланце корпуса ВУ, а поджим происходит усилием, достаточным для деформирования металла  и заполнения всех зазоров в местах соединения.

3 Неправильное действие ударных механизмов

Срабатывание этих механизмов в канале ствола возможно, если предохранители взводятся и освобождают ударник до вылета БП из канала ствола (что происходит крайне редко). Во ВУ с инерционным ударным механизмом это может произойти в результате торможения движения БП (при засоренном стволе). К основным причинам срабатывания ударного механизма на траектории следует отнести:

– набегание инерционного ударника вследствие падения скорости БП после вылета из канала ствола;

– нутацию и прецессию БП;

– воздействие метеоосадков;

– отдачу предохранительных и взводящих пружин, вызывающую при некоторых сочетаниях допусков перемещение инерционного ударника;

– недосылку снаряда при заряжании.

Недосылка БП при заряжании и падение скорости вращения на траектории – основные причины преждевременных разрывов в этот период. При недосылке БП может произойти срыв ведущего пояска при выстреле в момент врезания в нарезы, вследствие чего БП не получает должного вращения вокруг оси и вращается произвольно относительно центра массы. На детали ВУ, удаленные от ц.м., действует центробежная сила инерции, вследствие чего они перемещаются по оси БП. Чаще всего это – инерционный ударник, при достаточной величине ускорения способный преодолеть сопротивление относительно слабой контрпредохранительной пружины. Опыт показывает, что преждевременные разрывы БП происходят на расстояниях от нескольких десятков до нескольких сотен метров от орудия.

Вследствие падения угловой скорости снаряда на траектории возрастает угол атаки, что приводит к снижению устойчивости. При нормальном полете угол атаки на всем протяжении траектории достаточно мал и не влияет заметным образом на поведение подвижных деталей взрывателя. Однако при стрельбе на большие дальности происходит заметное увеличение этого угла, что приводит к снижению кучности.

Существенным недостатком современных пьезоэлектрических ВУ является хрупкость пьезоэлемента как чувствительного элемента генератора. Например, для уменьшения влияния этого фактора на функционирование ГПВ-2 пьезогенератор (ПГ)  при сборке предварительно поджимается с усилием, превосходящем усилие траекторных возмущений, а в головном взрывателе ВП-16 применяется специальное демпфирующее устройство (рисунок 2).

Рис. 2 – Головная часть ВП-16

4. Пути совершенствования ВУ ствольной артиллерии на основе опыта применения их в период Второй  мировой войны

Основной недостаток ВУ этого периода состоял в малом значении высоты безопасного падения (), составляющей по прежним тактико – техническим требованиям (ТТТ) 0,75 м, что в несколько раз меньше требуемого. В результате этого наблюдались преждевременные разрывы БП при стрельбе с взрывателями РГМ, предварительно взведенными при случайных падениях 76-мм БП данной частью вниз с высоты более 0,75 м (при погрузочно-разгрузочных работах), а ВУ ГВМЗ без предохранительного колпачка могли срабатывать при случайном падении в  этих условиях на лед головной частью вниз.

Рис. 3 – Головная часть РГМ-2

Было также установлено, что ВУ КТМ и РГМ-2 преждевременно срабатывали при стрельбе из сильно изношенных стволов (втрой и третьей степени износа). Противонутационный механизм ВУ РГМ-6 разработан в результате выведения из состава ВУ РГМ-2 (рисунок 3) жесткого контрпредохранителя, удерживающего инерционный ударник. В этом случае под действием силы нутации происходит подъем инерционного ударника, что исключает разделение его и гильзы инерционно – предохранительного механизма (ИПМ), а, следовательно, и выкатывания предохранительного шарика. При дальнейшем движении БП на траектории его угловая скорость уменьшается, это приводит к уменьшению силы нутации, в результате чего в определенный момент ударник и гильза разделяются, а шарик выкатывается, приводя ВУ в боевое положение. ВУ РГМ-2 работал нестабильно при стрельбе с установкой на замедление без предохранительного колпачка по влажному и болотистому грунту, вследствие того, что влага попадала внутрь ВУ и гасила замедлитель. Те же ВУ с колпачком давали отказы (камуфлеты) при соударении с грунтом.

Помимо сил набегания и нутации преждевременные срабатывания ВУ могут вызвать и метрологические факторы, действующие на мембрану головного взрывателя при встрече с каплями дождя, хлопьями снега и крупинками града. Особую важность это имеет при проектировании и отработке ВУ к высокоскоростным зенитным и авиационным ВУ, т.е. необходимо разрабатывать так называемы всепогодные ВУ.

Однако этим свойством должны обладать и ВУ для БП наземной артиллерии. Так, в модернизированном ВУ РГМ-6 (рисунок 4), в отличие от ВУ РГМ-2, реакционный ударник упирается не в мембрану, а в специальный выступ корпуса взрывателя, что при относительно небольшой скорости подобных БП дает положительный результат.

Рис. 4 – РГМ-6

Во всепогодном ВУ В-19У (рисунок 5) для зенитных БП, имеющих значительно большие скорости, мембрана заменена колпаком конической формы толщиной от 0,3 до 0,35 мм с неподвижной центральной частью. В этом случае для срабатывания ВУ необходимо обжать колпачок по его боковой поверхности и перенести шарики в сторону ударника, обеспечивающего накол КВ. В этом случае обжатие колпачка возможно только при ударе о сплошную преграду, а не при встрече с отдельными дождевыми каплями, поскольку составляющая силы капли по нормали к стенке колпачка недостаточна для срабатывания ВУ.

Рис. 5 – В-19У

К современным ВУ артиллерийских БП предъявляется требование обеспечения необходимости избирательности действия. Так, во ВУ ГПВ-2 она недостаточна, так как в случае промаха по основной цели (танк) и при соударении с грунтом не обеспечивается поражение пехоты противника, сопровождающей танк. Разработанный модернизированный ВУ ГПВ-3 (рисунок 6) обладает более широкой избирательностью действия, обеспечивающей поражение бронецелей, укрытых за кустами или защищенных легким металлическим (сетчатым) экраном, а также срабатывание по грунту в случае промаха за счет избирательного колпачка. При встрече БП с грунтом последний затекает в специальные заборные отверстия в корпусе головной части ВУ и обеспечивают срабатывание ВУ. Экран же при соударении «сходит» с прочного корпуса, не вызывая срабатывания ВУ.

Рис. 6 – ГПВ-3

Отметим, что ВУ КТМ давали преждевременные разрывы БП при случайном засорении ствола. Недостатком ВУ типа МР являлась возможность взведения при случайных падениях БП донной частью, а также недостаточная прочность узла детонатора (из-за чего были случаи неполных разрывов при стрельбе по броне). Применявшейся для комплектации кумулятивных БП взрыватель В-22 из-за недостаточно высокой мгновенности действия обеспечивал пробитие брони только при углах встречи, близких к прямому.

Следует отметить и другие недостатки ВУ периода Второй мировой войны:

– отсутствие у большинства ВУ механизмов дальнего взведения (МДВ);

– низкая чувствительность ВУ при встрече БП с преградой под малыми углами и отказы (заклинивание ударника) при стрельбе по скальным грунтам (ВУ ГВМ3);

– нечеткая работа замедлителей, что в ряде случаев приводит к камуфлетам и поверхностным разрывам (РГМ-2, ГВМ3);

– отсутствие унифицированных узлов у ВУ, разработанных по сходным ТТТ (РГМ-6, КТМ, ГВМ3).

Основными недостатками донных артиллерийских ВУ являлись:

– неудобство эксплуатации ВУ типа КТД из-за наличия механизмов походного предохранения (во время боя его иногда забывали снимать);

– низкая чувствительность и отсутствие в составе ВУ авторегулируемого замедлителя (КТД);

– основными недостатками ВУ МД-5 были недостаточно прочное крепление взрывателя в БП, приводящее к отказам при встрече с преградой, и нестабильная работа авторегулируемого замедлителя.

При встрече БП с броней должна была происходить подпрессовка шайбой порохового замедлителя, однако, согласно рабочим чертежам ВУ, усилие прессования порохового замедлителя от 400 до 500 Н, но при массе шайбы 0,06г для подпрессовки требуется  перегрузка более , что нереально.

Разрабатываемые в настоящее время контактные механические ВУ проектируются с учетом необходимости исключения отмеченных выше недостатков. Особую сложность представляет реализация новых требований и прежде всего :

– обеспечение безопасности ВУ при стрельбе из засоренных стволов;

– исключение траекторных срабатываний ВУ при стрельбе из стволов 3-й категории износа;

– повышение эффективности кумулятивных БП при встрече с броней под большими углами;

– обеспечение безопасности стрельбы в случае двойного заряжания миномета и повышение высоты безопасного падения снарядов;

– разработка всепогодных взрывателей.

Отметим некоторые конструктивные усовершенствования ВУ, проведенных в послевоенное время: Б-23 – В19У, ГВМ3 – ГВМ37, ДБР – ДБР-2, КТД – ДБТ, РГМ – РГМ-6, ГК-2 – ВП-16 [8-10] и т.д. Дальнейшее совершенствование артиллерийских контактных механических ВУ идет по пути их унификации, стандартизации, повышения безопасности и безотказности, разработки ВУ для высокоточных БП, разработки методов автоматизированного проектирования, изготовления и испытаний ВУ.

Заключение

Анализ указанных недостатков проведен с целью обоснования путей дальнейшего совершенствования ВУ. Нельзя, кстати, не отметить, что отечественные взрыватели данного типа по своим характеристикам признаны лучшими в мире. Так, по отзывам специалистов стран – участников Второй мировой войны (США, Англия, Германия, Франция) лучшим механическим взрывателем признан РГМ-2, который давал одно преждевременное срабатывание на 600 тысяч выстрелов, а лучшие немецкие взрыватели данного типа  – одно преждевременное срабатывание на 10 тысяч выстрелов.

Список литературы

1.               Третьяков Г.М. Боеприпасы артиллерии. М.: Воениздат, 1946. 531 с.

2.               Дорофеев А.Н. Взрыватели ракет. М.: Воениздат, 1963. 87 с.

3.               Орлов Б.В., Морозов Ю.Н. Королев А.А. Материальная часть и основы проектирования артиллерийских систем. М.: ЦНИИНТИ, 1974. 408 с.

4.               Прохоров Б.А. Боеприпасы артиллерии. М.: Машиностроение, 1973. 512 с.

5.               Дмитриевский А.А. Лысенко Л.Н. Внешняя баллистика: учебник для вузов. 4-е изд. М.: Машиностроение, 2005. 608 с.

6.               Физические основы устройства и функционирования стрелково-пушечного, артиллерийского и ракетного оружия. Ч. 1. Физические основы устройства и функционирования стрелково-пушечного и артиллерийского оружия: учебник / В.Л. Баранов, А.В. Белов, В.С. Васильев, В.В. Ветров, В.А. Власов, Ю.Л. Вященко, В.А. Девяткин, Н.И. Жуков, А.С. Зайцев, А.А. Коновалов, А.А. Королев, В.Г. Кучеров, В.А. Мальцев, Л.Е. Михайлов, В.И. Садовников, М.А. Тарасов, И.О. Толкачева, Б.Н. Фитилев, Г.В. Ханов, С.Е. Червонцев, В.Г. Черный; под ред. чл.-кор. РАРАН А.А. Королева и чл.-кор. МАНПО В.Г. Кучерова. Волгоград: ВолгГТУ, 2002. 560 с.

7.               Баллистика ствольных систем / РАРАН; под. ред. Л.Н. Лысенко и А.М. Липанова. М.: Машиностроение, 2005. 461 с.

8.               Взрыватели боевых частей. Физические основы устройства и функционирования стрелково-пушечного и ракетного оружия: учебник. В 2 ч. Ч. 2 / под. ред. В.В. Ветрова и В.П. Строгалева. Тула: Изд-во ТулГУ, 2007. 784 с.

9.                Черный В.Г., Охитин В.Н., Козлов В.И. Конструкции и эксплуатации импульсных тепловых машин: учеб. пособие. Ч. 4. М: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1999. 100 с.

10.            Козлов В.И. Анализ технических решений взрывательных устройств к боеприпасам различных классов // Автономные информационные и управляющие системы: в 4 т.  / под ред. А.Б. Борзова. М.: ООО НИЦ "Инженер";  ООО «Онико-М», 2011. Т. 1, Гл. 3. С. 337-407.