Способ производства выстрела в пневматической метательной конструкции и устройство для его осуществления

Способ производства выстрела в пневматической метательной конструкции и устройство для его осуществления

Реферат

Изобретение относится к области метательных устройств и может быть использовано для метания различных снарядов при проведении спасательных работ (доставка пострадавшим баллонов с кислородом, огнетушителей, контейнеров с пищей и лекарствами и т.д.), а также при создании ручного пневматического оружия для полиции, спортивных мероприятий, тренировочного процесса и охоты не мелких зверей и птиц.

Известен способ производства выстрела в пневматической метательной конструкции, заключающийся в том, что в рабочий объем цилиндра перед выстрелом подается воздух (см., например, патент РФ №2098736 «Винтовка пневматическая Федорова», МПК F04B 11/00, опубл. 10.12.1997).

Известен также способ производства выстрела в пневматической метательной конструкции, заключающийся в том, что в рабочий объем цилиндра перед выстрелом вместе с воздухом подается жидкое топливо с образование рабочей смеси воздуха и топлива, после чего производится сжатие рабочего объема цилиндра и горение этой смеси с образованием газов повышенного давления, и вытеснение метательного снаряда этими газами через ствол в направлении к цели (см. патент РФ №130681 «Спортивно-охотничье ружье», МПК F41C 7/00, опубл. 27.07.2013).

К недостатку этих способов относятся невысокие удельные показатели по мощности выстрела и низкая точность попадания.

При использовании для производства выстрела только воздуха, для образования высокого давления и большого количества сжатого воздуха заряжающему стрелку требуется произвести большую механическую работу, что затягивает по времени процесс заряжания и приводит к высокому утомлению при необходимости произвести сравнительно много выстрелов. Большое время заряжания и утомление отрицательно сказываются на возможности произвести своевременный и точный выстрел.

При использовании для производства выстрела топливовоздушной смеси возникает большая проблема с ее испарением, которое необходимо для организации полноценного сгорания. При зимних температурах испарение может быть настолько слабым, что возгорание топливовоздушной смеси вообще не произойдет. Кроме того, при производстве нескольких выстрелов подряд в любых условиях происходит прогрев цилиндра, условия испарения изменяются, изменяется (увеличивается) мощность воздействия на метательный снаряд и, соответственно, изменяется траектория его движения, что ухудшает точность попадания снаряда в цель.

Задачей изобретения является повышение надежности и точности выстрела.

Указанная задача решается тем, что при осуществлении известного способа топливо подается в рабочий объем цилиндра перед его расширением, после чего производится расширение этого объема, и в конце процесса расширения в него подается атмосферный воздух.

В устройстве для производства способа выстрела, содержащем рабочий цилиндр, имеющий дно и торец, соединенный отверстием со стволом, и с размещенным в нем подпружиненным пружиной сжатия в направлении торца поршнем, причем один конец пружины уперт в дно цилиндра, а другой конец - в тыльную часть поршня, днище которого обращено в сторону ствола, и механизм для впрыска жидкого топлива в цилиндр, имеющий канал для впрыска топлива в цилиндр, при полностью распрямленной в пределах цилиндра пружине между днищем поршня и отверстием, соединяющим торец цилиндра со стволом, размещен дополнительный мертвый объем, соединенный с каналом для впрыска топлива, причем свободная длина пружины может быть больше расстояния между дном цилиндра и тыльной частью поршня при положении поршня, упертом в торец цилиндра.

Сущность изобретения показана на чертежах применительно к стрелковому оружию, например, в применении к пневматической винтовке или к пневматическому ружью.

На фиг. 1 показана конструктивная схема оружия в зоне казенной части в момент подачи топлива в цилиндр.

На фиг. 2 показан момент окончания процесса увеличения объема рабочего цилиндра с впуском в него наружного воздуха и фиксацией поршня.

На фиг. 3 показан момент начала прямого хода сжатия поршня с уменьшением объема рабочего цилиндра.

На фиг. 4 показан момент окончания хода сжатия с самовоспламенением рабочей смеси и началом движения метательного снаряда по стволу.

На фиг. 5. показана конструкция с воспламенением рабочей смеси от искровой системы зажигания до начала подготовки к выстрелу.

На фиг. 6 показана электрическая схема системы искрового зажигания в момент времени, соответствующий состоянию оружия на фиг. 5.

На фиг. 7. показано состояние конструкции, изображенной на фиг. 5, в момент поджигания сжатой рабочей смеси электрической искрой.

На фиг. 8. Показано состояние искровой системы зажигания в момент образования электрической искры.

На фиг. 9. показан метательный снаряд в виде пули, на фиг. 10 - то же самое в виде дробового заряда.

Винтовка (или ружье) состоит (см. фиг. 1) из казенной части 1, закрепленной на прикладе 2 и содержащей механизм спуска, состоящий из спускового крючка 3, установленного на оси 4, и рычага 5, который установлен на оси 6 и имеет упор 7, к которому он прижат пружиной сжатия 8.

На казенной части 1 установлен рабочий цилиндр 9, имеющий дно 10 и торец 11, с размещенным в нем подпружиненным в направлении торца 11 пружиной сжатия 12 поршнем 13, имеющим поршневое уплотнение (на рисунке не обозначено). Один конец пружины 12 уперт в дно 10, а другой конец - в тыльную часть поршня 13. Днище поршня 13 обращено в сторону ствола 14, а торец 11 цилиндра 9 соединен отверстием 15 со стволом 14 через дополнительный мертвый объем 16, размещенный между днищем поршня 13 и отверстием 15 при полностью распрямленной в пределах цилиндра 9 пружине 12, когда днище поршня 13 контактирует с торцом 11 цилиндра 9. В данном примере свободная длина пружины 12 больше расстояния L между дном цилиндра 9 и тыльной частью поршня 13 при положении поршня, упертом в торец цилиндра. То есть, если извлечь пружину 12 из цилиндра 9, то ее длина окажется больше величины L. Это означает, что пружина 12 находится в напряженном состоянии в цилиндре 9.

На цилиндре 9 установлен механизм для впрыска жидкого топлива, состоящий из емкости 17 с топливом, всасывающего канала 18 с обратным клапаном 19, цилиндра 20 с подпружиненным поршнем 21 со штоком 22, нагнетательного канала 23 с обратным клапаном 24, который служит для впрыска топлива в мертвый объем 16. Цилиндр 9 имеет устройство для впуска воздуха в виде сквозного отверстия 25, которое расположено между мертвым объемом 16 и днищем поршня 13 при его положении перед производством выстрела (фиг. 2). Поршень 13 снабжен штоком 26 с пятой 27.

Барабан 28 установлен с возможностью вращения на оси 29 и имеет отверстия 30 с конусом, обращенным в сторону отверстия 15, в которых устанавливаются метательные снаряды 31, причем оси отверстий 30 при повороте барабана поочередно совпадают с осью канала 15.

Эта конструкция предназначена для работы с самовоспламеняющейся рабочей смесью воздуха и топлива.

На фиг. 5 показана аналогичная конструкция, предназначенная для работы с принудительным воспламенением рабочей смеси воздуха и топлива. Она дополнительно содержит свечу зажигания 32 и выключатель 33, установленный на линии движения пяты 27 штока 26. Выключатель 33 и свеча 32 включены в искровую систему зажигания К.Ф. Кеттеринга, схема которой показана на фиг. 6. Эта система помимо свечи 32 и выключателя 33 (показан в нормально замкнутом состоянии) содержит высоковольтный трансформатор (катушку) 34, конденсатор 35 и источник питания 36. Свеча 32 своими контактами подключена параллельно обмотке высокого напряжения трансформатора 34, источник питания - параллельно обмотке низкого напряжения этого трансформатора. Конденсатор 33 служит для гашения искры на контактах выключателя 33 при его работе, а также для лучшего поджигания искры между контактами свечи 32. Источник питания 36 может располагаться в прикладе оружия, конденсатор 35 - рядом с выключателем 33, а трансформатор 34 - рядом с цилиндром 9 (закреплен на цилиндре 9) или в цевье оружия (на рисунке не показано).

На фиг. 9 показан метательный снаряд 31 в виде пули. Он содержит контейнер 37, выполненный, например, из упругой пластмассы (капрон, полиэтилен и т.д.), в который с небольшим натягом вставлен металлический, резиновый или металлический обрезиненный (в зависимости от назначения снаряда) сердечник 38. Контейнер 37 с тыльной стороны содержит конусный наконечник 39, который при нахождении пули в барабане 28 выполняет функции уплотнителя и клапана предельного давления.

На фиг. 10 показан снаряд, содержащий охотничью дробь 40, зафиксированную в контейнере 37 прокладкой 41.

Способ производства выстрела производится следующим образом.

Перед выстрелом (фиг. 1) стрелок нажимает на шток 22, поршень 21 движется вправо, сжимая пружину, объем цилиндра 20 уменьшается, давление в нем возрастает, и находящийся в цилиндре воздух выходит через клапан 24 и канал 23 в мертвый объем 16. Стрелок отпускает шток 22, и поршень 21 возвращается в прежнее положение, объем цилиндра 20 увеличивается, давление в нем падает, в связи с чем клапан 24 закрывается, а клапан 19 открывается, и цилиндр 20 заполняется жидким топливом из емкости 17 через канал 18. Эта процедура выполняется один раз перед началом стрельбы.

При следующем нажатии на шток 22 поршень 21 уменьшает объем цилиндра 20, и находящееся в нем топливо через клапан 24 и канал 23 впрыскивается в мертвый объем 16. Оба хода поршня 21 (вправо и влево) ограничены, в связи с чем производится впрыск строго определенного количества топлива.

После этого стрелок (фиг. 2) отводит влево по рисунку поршень 16, удерживая его через шток 26 за пяту 27 и сжимая пружину 12. При этом воздух, содержащийся в мертвом объеме 16, расширяется до низкого давления (порядка 0,1-0,2 бар), и топливо, находящееся в мертвом объеме 16, вскипает, превращаясь в пар даже при низкой температуре.

При движении поршня 13 он в конце хода расширения открывает отверстие 25, сообщая цилиндр 9 с атмосферой, и наружный воздух резко проникает в полость цилиндра 9, сжимая находящиеся в нем пары топлива до атмосферного давления. При этом температура паров несколько повышается, и даже при низкой температуре воздуха они не успевают сконденсироваться в крупные капли, оставаясь либо в виде паров, либо по истечении некоторого времени - в виде мельчайших капель тумана.

После прохождения отверстия 25 пята 27 сначала отжимает подпружиненный левый конец рычага 5 вниз, затем заходит за него, левое плечо рычага поднимается и после отпускания стрелком пяты 27 стопорит ее, а вместе с ней и поршень 13.

Далее стрелок наводит оружие на цель и нажимает спусковой крючок 3, он поворачивается вокруг оси 4 и своим свободным концом поворачивает рычаг 5 (фиг. 3), который освобождает пяту 27, и под действием пружины 12 поршень 13 движется вправо по рисунку, сжимая рабочую смесь воздуха и топлива, находящуюся перед ним в цилиндре 9.

При сжатии рабочая смесь нагревается, при этом происходит испарение оставшихся в жидком состоянии мельчайших капель топлива в связи их малой массой. При этом развиваемого поршнем 13 давления недостаточно, чтобы сдвинуть снаряд 31 с места, т.к. он удерживается конусным наконечником 39 (фиг. 9 и 10). Когда температура повышается до значения, большего, чем температура вспышки паров топлива, происходит возгорание топлива практически по всему объему, температура и давление в цилиндре 9 перед поршнем 13 резко возрастает (фиг. 4). Этого давления достаточно, чтобы преодолеть сопротивление наконечника 39, он деформируется, и снаряд 31 начинает движение по стволу в сторону цели под действием давления газов, образовавшихся после сгорания рабочей смеси топлива и воздуха. После вылета снаряда 31 из ствола поршень 13 под действием пружины 12 возвращается в исходное положение, показанное на фиг.1.

В этом варианте устройства пружина 12 всегда давит на поршень 13, т.к. ее длина в свободном состоянии больше величины L, ее усилие в сжатом (фиг. 2) состоянии велико и достаточно для создания в цилиндре при сжатии рабочей смеси температуры, которая выше температуры вспышки паров топлива. Эта температура зависит от рода топлива (спирт, бензин, керосин, ацетон и др.) и может быть достигнута при степени сжатия (отношение объема под поршнем при полностью сжатой пружине 12 - фиг. 1 - к объему, при котором происходит вспышка паров топлива - фиг. 4) ориентировочно 8-16.

При использовании менее мощной пружины 12 и более низкой степени сжатия применяется принудительное поджигание смеси воздуха и паров топлива, а работа устройства показана на фиг. 5-8. Пружина 12 в исходном состоянии, показанном на фиг. 5, может находиться не в натянутом состоянии, т.е. ее длина в свободном состоянии равна или несколько меньше величины L (фиг. 1).

Начало процесса выстрела происходит так же, как описано выше, а само устройство показано на фиг. 5, электрическая схема поджигания топлива электрической искрой - на фиг. 6.

При сжатии топливовоздушной смеси до заданного значения давления, которое определяется положением поршня 13 в цилиндре 9 (фиг. 7), пята 27 надвигается на выключатель 33 и разрывает его контакты (фиг. 8), при этом прерывается питание низковольтной обмотки трансформатора 34, и в его высоковольтной обмотке возникает ЭДС высокого напряжения, которое подведено к электродам свечи зажигания 32, в результате чего происходит пробой воздуха в зазоре между электродами свечи, и возникает искра, поджигающая пары топлива. В результате возгорания паров топлива в цилиндре 9 перед поршнем 13 возникает высокое давление, и снаряд 31 начинает движение по стволу к цели.

В предложенном способе и устройстве для его осуществления гарантировано практически полное испарение топлива независимо от температуры окружающей среды и температуры деталей, образующих полость, в которой происходит испарение топлива. Это обстоятельство позволяет стабилизировать процесс горения топлива, что повышает надежность использования устройства и точность выстрела.

1. Способ производства выстрела в пневматической метательной конструкции, заключающийся в том, что в рабочий объем цилиндра перед выстрелом вместе с воздухом подается жидкое топливо с образование рабочей смеси воздуха и топлива, после чего производится сжатие рабочего объема цилиндра и горение этой смеси с образованием газов повышенного давления и вытеснение метательного снаряда этими газами через ствол в направлении к цели, отличающийся тем, что топливо подается в рабочий объем цилиндра перед его расширением, после чего производится расширение этого объема, и в конце процесса расширения в него подается атмосферный воздух.

2. Устройство для производства способа выстрела, содержащее рабочий цилиндр, имеющий дно и торец, соединенный отверстием со стволом, и с размещенным в нем подпружиненным пружиной сжатия в направлении торца поршнем, причем один конец пружины уперт в дно цилиндра, а другой конец - в тыльную часть поршня, днище которого обращено в сторону ствола, и механизм для впрыска жидкого топлива в цилиндр, имеющий канал для впрыска топлива в цилиндр, отличающееся тем, что при полностью распрямленной в пределах цилиндра пружине между днищем поршня и отверстием, соединяющим торец цилиндра со стволом, размещен дополнительный мертвый объем, соединенный с каналом для впрыска топлива, а в цилиндре имеется устройство для впуска воздуха, размещенное между этим мертвым объемом и днищем поршня при его положении перед производством выстрела.

3. Устройство для производства способа выстрела по п. 2, отличающееся тем, что свободная длина пружины больше расстояния между дном цилиндра и тыльной частью поршня при положении поршня, упертом в торец цилиндра.