Пневмоелектричне оружня

Пневмоэлектрическое оружие

Игорь Лисин.

Описание пневмоэлектрического зброї, як спадкоємця огнестрельного.

На протязі останніх століть основним інструментом ведення великої війни було вогнепальна зброя. Нині, лише стрілецьке вогнепальну зброю, виробляють понад 1000 компаній у 98 країнах, у кількості близько 8 млн. одиниць щорічно. Світовими лідерами у виробництві та експорті є США, Росія, Китай.

Общее кількість стрілецького вогнепальної зброї у світі становить 639 млн. одиниць, приватних осіб належить 377 млн. одиниць чи 59%. З часу появи і по нашого часу вогнепальна зброя дуже змінилося. Воно удосконалювалося, в процесі еволюції підвищувалися його бойові характеристики і поліпшувалися експлуатаційні якості. Через війну багатовікового розвитку вогнепальну зброю досягло високого рівня технічного досконалості. Але як і будь-яке технічний механізм має і свої недоліки.

Основным недоліком є надто великий розмір порохового патрона. Це пов’язано з низькою удільної теплотою згоряння пороху (близько 3800 кдж/кг). У цей час, переважно зразків вогнепальної зброї використовуються одні й самі патрони, розроблені багато десятиліть тому, чи їх модифікації. Нові патрони винаходяться рідко, і вогнепальна зброя навіть найбільш сучасної конструкції, зазвичай створюється під вже наявний патрон. Великі розміри порохового патрона неможливо значно підвищити бойові характеристики і поліпшити експлуатаційні якості вогнепальної зброї.

В цій статті розглядається альтернативне зброю, робота, що заснована дещо інших принципах. Це пневмоэлектрическое зброю, у якому замість пороху використовується ефективне паливо металл-кислород. Метали має значно більшу питому теплоту згоряння (до 43 000кДж/кг), що дозволяє можливість вирішувати такі. По-перше, збільшувати початкову швидкість і дульную енергію кулі. Це дозволить зменшити калібр кулі, збільшити дальність і точність стрільби, посилити нищівну силу кулі. По-друге: зменшувати розміри патрона. Це дозволить зменшити розміри зброї, зробити його легшим і більше зручним, збільшити боєзапас.

Пневмоэлектрическое зброю цей прилад для метання снаряда (кулі), яке з таких основних елементів: стовбур, джерело електричного струму, пневмоэлектрический патрон. Пневмоэлектрический патрон є конструкцію, у якій з допомогою гільзи, об'єднують у одне снаряд, система подачі стиснутого газу та сгорающий елемент. Сгорающий елемент виконано з матеріалу, що є пальним стосовно стиснутому газу.

В якій як пальне можна використовувати метали, як стиснутого газу кисень. Для виробництва пострілу замикається електричний контакт між джерелом електричного струму і сгорающимэлементом. Під впливом електричного струму, сгорающий елемент нагрівається до високої температури. У результаті нагрівання відбувається хімічна реакція горіння між металом і стиснутим киснем, й виділяється значну кількість тепла. Стиснутий кисень нагрівається, та її тиск у гільзі зростає. Під тиском нагрітого кисню, куля з гільзи виштовхується в стовбур. Нагрітий кисень різко розширюється й продовжує тиском снаряд. У результаті куля з прискоренням рухається в каналі стовбура, набуває велику швидкість і звідти вилітає із жерла. Отже, відбувається постріл.

В ролі джерела електричного струму можна використовувати електричний конденсатор і батарея для зарядки конденсатора. Для зниження температури запалення у матеріал, з яких виготовляється сгорающий елемент, може додаватися вещество-катализатор.

Преимущества пневмоэлектрического зброї проти вогнепальною зброєю такі. Перше: велика питома теплота згоряння палива металл-кислород. Після згоряння порохового заряду пістолетного 9 мм патрона залишається 0,25 грн. порохових газів і виділяється 950 Дж енергії. Після згоряння сгорающего елемента 9 мм пневмоэлектрического патрона, залишається 0,24 грн. кисню й швидко виділяється 1400 Дж енергії (див. нижче). Порохові гази і кисень мають однакову молекулярну масу, відповідно 14 — 19 і 16 атомних одиниць маси. При однакових розмірах і втрачає однакової кількості розширюваного газу, 9 мм пневмоэлектрический патрон у півтора рази перевершує аналогічний 9 мм пороховий патрон, по кількості виділеної енергії.

Для виготовлення сгорающего елемента можна використовувати різні матеріали. Наприклад, вуглець. Вуглецевий сгорающий елемент може нагріватися електричним струмом (з вуглецю виготовляються електричні нагрівальні елементи). Основним недоліком є можливість самовоспламенения. Найбільш стійкими проти самовоспламенения, є метали. З іншого боку, метали мають також низку потрібних якостей.

В початкових експериментах виготовлення сгорающих елементів можуть використовуватися кульгали (під назвою жаростойких сплавів металевих сплавів, містять 17 — 30% хрому, 4,5 — 6% алюмінію, інше — залізо). Для промислового застосування знадобляться спеціальні сплави, які мають оптимальним поєднанням наступних якостей. Низька питома теплота запалення (під удільної теплотою запалення мається на увазі кількість теплової енергії, необхідне нагрівання 1 кг матеріалу до температури горіння), висока питома теплота згоряння, велика щільність, електропровідність, високе електричне опір. З іншого боку, можливо промислове виготовлення сгорающего елемента із існуючих матеріалів, шляхом застосування особливої конструкції. Наприклад, двухслойная конструкція: матеріал з великим електричним опором використовується виготовлення серцевини, а оболонка сгорающего елемента виготовляється з легкозаймистого матеріалу.

За основу виготовлення експериментального пневмоэлектрического патрона, може бути взятий 9 мм пороховий патрон з трассирующей кулею, конструкторів У. У. Трунова і П. Ф. Сазонова. Його параметри такі: калібр 9 мм, маса патрона 10 грн., маса кулі 6,1 грн., маса порохового заряду близько 0,25 грн., довжина патрона 25 мм, довжина кулі 12,35 мм, довжина гільзи 18,1 мм, довжина камери заряджання 12,25 мм, обсяг камери заряджання 0,56 див?, максимальне давдующими характеристиками: питома теплота згоряння близько 30 000кДж/кг, щільність близько 2700кг/м?, питома теплоємність близько 0,88 кдж/(кг*К). Сгорающий елемент може бути виготовлений із дроту, діаметром 0,45 мм довжиною 108 мм. Дріт має форму спіралі довжиною 12,25 мм, 8 витків, діаметр витка 5 мм. Обсяг сгорающего елемента становитиме 0,0172 див? чи 3% обсягу камери заряджання, маса 0,046 грн. Для ефективного перебігу хімічної реакції сгорающий елемент потрібно нагріти до температури близько 250 °C. І тому знадобиться енергія приблизно 10 Дж.

Начало горіння металевого сплаву за такої порівняно низької температури, можливо з допомогою високої густини і тиску кисню, і навіть додавання в сплав вещества-катализатора. За повної згорянні сгорающего елемента витрачається 0,041 грн. кисню (15% його кількості в камері заряджання), і виділяється 1,4кДж теплової енергії. Існують резерви значного підйому кількості виділеної енергії, без збільшення розмірів пневмоэлектрического патрона. Так, за умов зростання тиску кисню до 400 атмосфер, та її 50-відсотковою втрати при згорянні, маса сгорающего елемента зростає у 6 разів, і становитиме 0,3 грн. За повної згорянні виділяється 9кДж теплової енергії (в 9 — 10 разів більше, ніж в базового пістолетного патрона). Для нагрівання сгорающего елемента масою 0,3 грн. до температури 250 °C знадобиться енергія 60 Дж. за рахунок більшої удільної теплоти згоряння можна зменшити масу кулі і збільшити початкову швидкість до 3 000 м/сек, що дозволить підвищити бойові характеристики стрілецької зброї.

Кроме того, можна значно зменшити розміри патрона, що дозволить поліпшити експлуатаційні якості. Друге: значно менше зусилля, необхідне роботи автоматики, т. до. непотрібно здійснювати взвод ударно-спускового механізму. У пневмоэлектрическом зброї можуть ефективно застосовуватися більш прості, компактні й легкі системи автоматики, зокрема ті, застосування яких виявилося недоцільним для вогнепальної зброї. Замість ударно-спускового механізму пневмоэлектрическое зброю містить джерело імпульсного електричного струму (електричний конденсатор і батарею).

Для отримання потужного електричного розряду з енергією 10 Дж можна використовувати конденсатор ємністю 100 мкФ, заряджений до різниці потенціалів 300 У. При таких параметрах маса побутового конденсатора становить близько сорока грн. (існують конденсатори, маса яких менший). Енергоємність батареї визначається, як збільшується кількість ватт-часов, які у батареї і одно твору напруги батареї їхньому ємність в ампер-часах (посилання). Батарейка Lithium Photo модель CRP2P має ємність 1300мАч, напруга 6 В і важить 37гр. Її енергоємність 7,8ватт-часов чи 28кДж.

В реальних умов батарея не віддає всю накопичену енергію, а лише деякі з її, в залежність від співвідношення найманої потужності і номінальною енергоємності батареї. Чим більший снимаемая потужність щодо енергоємності батареї, тим менше вона віддасть енергії, т. е. тим нижче від її ККД. При витратах енергії однією постріл 10 Дж і ККД зазначеної батарейки 70%, її енергоємності достатньо виробництва близько 2000 пострілів. Такий ресурс значно перевищує фактичні потреби і обумовлений залежністю між енергоємністю і найманої потужністю. Максимальна снимаемая потужність чисельно приблизно ррелов в секунду (пістолет — кулемет). За більш потужному патроні й у подальшого підвищення скорострільності, доцільно застосування потужніших батарейок і акумуляторів. У окремих випадках можна застосовувати стаціонарні джерела електричного струму (для танкових кулеметів, авіаційних кулеметів, артилерійських систем тощо. буд.). Третє: можливість управління процесом горіння сгорающего елемента. Здійснюється шляхом зміни енергії електричного розряду, хімічного складу і форми сгорающего елемента, тиску і відсоткового змісту кисню. Дозволяє застосовувати досить потужні патрони і оптимально використовувати їх енергію.

В вогнепальній зброї процес горіння порохового заряду є некерованим. Це спричиняє великим пікових давлениям, що може викликати розрив стовбура, роздування гільзи тощо. буд., і одна із чинників, обмежують потужність порохового патрона. Нераціональне розподіл тиску порохових газів різними етапах пострілу, до неефективного перетворенню енергії газів у енергію кулі, (ККД вогнепальної зброї становить 30 — 35%). Оскільки, в пневмоэлектрическом зброї температура розширюваного кисню значно вища, ніж в порохових газів, може бути вищий ККД. З іншого боку ККД може бути підвищений з допомогою раціонального розподілу тиску розширюваного кисню різними етапах пострілу. Вищий ККД наводить до зменшення нагрівання стовбура. Зниження пікових тисків дозволяє зменшити масу зброї. Четверте: можливість застосування електричного приводу автоматики. Відсутність ударно-спускового механізму дозволяє вживати нетрадиційні рішення.

Пневмоэлектрический пістолет з електричним механізмом заряджання має багато з фотоапаратом. Ті ж електричні батарейки. Замість фотоспалаху імпульс електричного струму ініціює постріл. Замість перемотування фотоплівки відбувається заряджання патроном. Така зброя може бути більш компактним. Для вогнепальної стрілецької зброї використання електричного приводу автоматики неможливо, оскільки необхідно значне зусилля для взводу ударно-спускового механізму.

Пятое: можливість роботи механізму з допомогою зусилля натискання на спусковий гачок. У вогнепальній зброї таку схему реалізує пистолет-револьвер подвійного дії. Для натискання з його спусковий гачок необхідно зусилля 5 — 6кгс, оскільки за такому натисканні здійснюється взвод ударно-спускового механізму, і поворот барабана. У пневмоэлектрическом зброї, функцію ударно-спускового механізму виконує джерело імпульсного електричного струму. Тому, зусилля натискання на спусковий гачок використовується тільки до повороту барабана, і становить 1 — 2 кг. З іншого боку, пневмоэлектрический пистолет-револьвер має дуже просту конструкцію: стовбур, барабан, спусковий гачок, електричний контакт і механізм обертання барабана з приводом від спускового гачка, джерело імпульсного електричного струму.

Возможные технічних причин неотримання очікуваних результатів і їх усунення такі. Перше: інтенсивна хімічна реакція між киснем і внутрішньої поверхнею стовбура, унаслідок чого може відбутися різке зменшення обсягів і тиску кисню. Цей то може ослабшати після перших пострілів, оскільки внутрішня поверхню стовбура покриється окисом заліза, шар якої перешкоджати контакту кисню з залізом. Можна спеціально покрити внутрішню поверхню стовбура захисним шаром, чи застосовувати хімічно менш активну суміш кисню з інертним газом. Друге: загоряння гільзи патрона чи частин зброї внаслідок взаємодії з розпеченим киснем. Для усунення цього ефекту знадобиться застосування стійких матеріалів, нанесення захисних покриттів, чи застосування метання снаряда хімічно менш активної суміші кисню з інертними газами. Третє: недостатня швидкість горіння сгорающего елемента. На підвищення швидкості горіння, можна додати у матеріал сгорающего елемента вещество-катализатор, змінити форму сгорающего елемента збільшення площі поверхні, збільшити потужність електричного розряду підвищення температури. Можна збільшити всередині патрона тиск кисню або його концентрацію (у разі використання суміші кисню з інертними газами), використовуватиме виготовлення сгорающего елемента матеріал з зниженою теплотою запалення. Четверте: внаслідок згоряння металу утворюються тверді абразивні частки окислів металу, які впливають до зносу внутрішньої поверхні стовбура, інших частин 17-ї та механізмів пневмоэлектрического зброї, можуть викликати заклинювання автоматики.

Для усунення можливих наслідків можна використовуватиме виготовлення сгорающего елемента неметалеві матеріали, застосовувати схеми автоматики без відводу частини газів (наприклад, з допомогою енергії віддачі), застосовувати електричний привід автоматики. П’яте: внаслідок впливу вологи на джерело імпульсного електричного струму, пневмоэлектрическое зброю може бути недостатньо надійним. Розробка може застосовуватися у виробництві стрілецького зброї, кулеметів великого калібру, артилерійські системи, і навіть боєприпасів.

Ожидаемые ефекти від неї застосування такі. Перше: загальне підвищення експлуатаційних якостей і бойових характеристик стрілецької зброї. Друге: зменшення калібру і розмірів стрілецької зброї. Третє: перерозподіл сфер застосування різних типів стрілецької зброї (наприклад, пневмоэлектрический пістолет-кулемет зможе виконувати функції штурмової гвинтівки; пневмоэлектрическая гвинтівка зможе застосовуватися для поразки легкобронированных цілей). Четверте: використання пневмоэлектрических кулеметів великого калібру для поразки легкобронированных цілей на дистанції понад 1 км. П’яте: використання пневмоэлектрических артилерійські системи малого калібру для боротьби з танками. Шосте: використання пневмоэлектрических артилерійські системи середнього та великого калібру для поразки цілей на дистанції понад 100 км. Сьоме: проблема переозброєння при виявленні значного переваги деяких видів пневмоэлектрического зброї. Восьме: зменшення обсягів споживання і виробництва пороху. Дев’яте: проблема утилізації вогнепальної зброї та боєприпасів порохових боєприпасів. Десяте: зростання обсягу виробництва та споживання кисню. Одинадцяте: збільшення споживання і виробництва батарейок і акумуляторів.

Пневмоэлектрическое зброю є окремим виглядом зброї, поруч із пневматичним і вогнепальною зброєю. Попередні розрахунки доводять його значну перевагу, по відношенню як до пневматическому зброї, до вогнепальному. Потенційні можливості цього виду зброї дуже великі. Якщо передбачувані технічні результати отримають повному обсязі, можна робити і виробляти різні моделі пневмоэлектрического зброї, які замінять вогнепальну зброю. Якщо передбачувані результати отримають над обсязі, чи пневмоэлектрическое зброю виявиться занадто складним, дорогим і ненадійним в експлуатації, воно становитиме обмежену конкуренцію вогнепальному зброї (наприклад, у сфері виробництва елітного і спеціального зброї). Якщо передбачувані результати ні отримані, пневмоэлектрическое зброю зможе виявитися вдалим комерційним проектом (наприклад, у сфері виробництва спортивного, мисливського, сувенірного та інших. зброї). У кожному разі, можливо значне поліпшення технічних результатів, як у результаті доводки окремих образцов, так і під час розвитку цього виду зброї загалом.

Список литературы

Для підготовки даної роботи було використані матеріали із сайту internet.