Guns.ru Talks
  Оружейные идеи
  Система автоматики с управляемым затвором ( 1 )

вход | зарегистрироваться | поиск | реклама | картинки | ссылки | календарь | поиск оружия, магазинов | фотоконкурсы | Аукцион
  всего страниц: 7 :  1  2  3  4  5  6  7 
  следующая тема | предыдущая тема
Автор Тема:   Система автоматики с управляемым затвором    (просмотров: 5544)
 версия для печати
Wyvern
17-9-2012 11:52    

Посвящается Михаилу Тимофеевичу Калашникову, здоровья и долгих лет жизни ему
Автор не собирается патентовать данную идею, но будет преследовать всех, кто попытается это сделать (Н.Г.Зубков, 17.09.2012 )


Известен, т.н. свободный или инерционный затвор - продольно-скользящий затвор, не сцепленный с неподвижным стволом во время выстрела.
Отдача свободного затвора - принцип действия автоматики перезаряжания огнестрельного оружия, при котором продольно-скользящий затвор не сцеплён с неподвижным стволом, а его отход назад при выстреле замедляется преимущественно большой массой самого затвора и некоторыми вспомогательными силами, как то: силой трения стенок гильзы о патронник, силой сопротивления возвратной пружины и силой трения между затвором и стенками затворной коробки или направляющими (последние две силы пренебрежимо малы)

Данный тип автоматики имеет следующие преимущества:
1. Свободный затвор конструктивно проще любого другого типа запирания ствола.
2. Свободный затвор испытывает только деформацию сжатия. Что позволяет успешно использовать для изготовления свободного затвора сравнительно малопрочные, но дешёвые и простые в обработке материалы
3. Свободный затвор позволяет применять метод <стрельбы с выката>

И недостатки, вернее, если быть точным, один недостаток:
Потребность в большой массе затвора. Так как замедление затвора в первом приближение обеспечивается только его инерционностью, то, что бы затвор не откатывался раньше необходимого момента времени на большее, чем требуется расстояние, требуется наращивать его массу. Меньшая потребной масса затвора, приводит к:
1. Раннему отпиранию затвора на расстояние большее (примерно 1,5-2,5 мм) чем длинна утолщенной донной части гильзы, что приводит в конечном итоге к ее поперечному разрыву под давлением пороховых газов.
2. Чрезмерно высокому, неконтролируемому темпу стрельбы в очереди.
При этом, достаточная для обеспечения работы автоматики масса затвора не только увеличивает общую массу оружия, но и приводит к увеличению колебаний оружия при стрельбе очередями за счет быстрого возвратно-поступательного движения массивного затвора и (особенно) его ударов в крайних положениях.
Известны многочисленные попытки решить данную конструктивную проблему:
1. Снизить потребную массу свободного затвора за счет увеличения трения между стенкой гильзы и патронника. Из простейшего расчета видно, что если трение стенок (длина) гильзы превосходит некоторую предельную величину, система работать не будет, так как гильза при выстреле останется в патроннике и скорее всего получит поперечный разрыв, что приведёт к заклиниванию оружия и может стать причиной травмы стрелка. Особенно велик риск такого развития события при использовании гильз с высоким коэффициентом бутылочности из-за того, что пороховые газы давят как на донце такой гильзы, так и на её скат изнутри.
2. Применением механических систем, замедляющий перемещение затвора, т.е. применение т.н. полусвободного затвора. Это позволяет решить большую часть проблем, но лишает схему главного преимущества - конструктивной и физической простоты, делая такие системы не менее сложными, чем более надежные системы, например, с газовым двигателем.
3. Применение гидравлических или пневматических систем поглощения энергии. Эти системы имеют низкую надежность при высокой сложности изготовления.

edit log

Wyvern
17-9-2012 11:53    

Предлагается конструктивное решение проблемы за счет введения дополнительной немеханической силы замедляющей движение свободного затвора, причем обеспечивающей не только замедление перемещения, но и вообще контроль и управление этим движением.
Наиболее эффективными для выработки движущих сил (моментов)
оказываются устройства, основанные на преобразовании электрической энергии в
механическую.
Хорошо известны их преимущества: легкость преобразования параметров и передачи энергии, возможность максимального приближения электромеханического преобразователя к рабочему механизму, гибкость управления процессами преобразования.
При этом наилучшая гибкость управления механическим движением достигается за счет использования вентильного безколлекторного с электронной коммутацией управляемой микроконтроллером по обратной связи электромеханического преобразователя и исключения из состава электропривода механических элементов (редукторов). Такой электропривод обычно называется безредукторным, или прямым, электроприводом с вентильным двигателем.
Формула:

АВТОМАТИКА ОРУЖИЯ НА ОСНОВЕ МЕХАНИЧЕСКИ СВОБОДНОГО ЗАТВОРА ПЕРЕМЕЩЕНИЕ КОТОРОГО УПРАВЛЯЕТСЯ ПРЯМЫМ ЛИНЕЙНЫМ ОБРАТИМЫМ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ.


Особенности конструкции:
1. Все элементы прямого электромеханического преобразователя (ЭМП), включая схему управления, коммутатор-инвертор, устройство накопления электроэнергии встроены непосредственно в затвор, исключая только зубчатый статор, расположенный на ствольной коробке или любой другой неподвижной части конструкции оружия.
2. Система электромеханического преобразователя является замкнутой по энергии, не требующей внешних источников питания.
3. Наиболее подходящей конкретной системой ЭМП представляется линейная синхронная машина с сосредоточенными обмотками и зубчатыми полюсами с возбуждением от постоянных магнитов с микроконтроллерным управлением по бездатчиковой, основанной на анализе поведения электромагнитных переменных в основной электроцепи, схеме.
4. В качестве возбуждающих постоянных магнитов наиболее эффективным представляется применение высококоэрцитивных редкоземельных магнитов, в качестве накопителей электроэнергии - ионисторов, а в качестве элементов коммутатора - MOSFET или IGBT транзисторов.
5. В настоящее время стоимость электронных систем стала гораздо ниже высокоточных механических. Например, высокоскоростной микроконтроллер, типа <система-на-кристалле>, предназначенный для управления вентильным ЭМП в варианте <военной/аэрокосмической приемки> стоит менее $10. То же относится и к остальным элементам системы. В то же время цена изготовления прецизионной механики, с высокими требованиями к чистоте поверхности и точности геометрических размеров дорожает с каждым годом.

Элементарный модуль линейного вентильного шагового ЭМП:

320 x 240

edit log

Wyvern
17-9-2012 11:55    

Рассмотрим вариант конкретной реализации подобного устройства.
В системе имеет механический свободный затвор с возвратной пружиной и встроенным УСМ ударникового типа с боевой пружиной, запираемого двумя шепталами - одиночного огня с спуском от спускового крючка и автоматического огня с спуском при помощи соленоидной или пьезомеханической защелки. То же возможно и при курковом УСМ. На чашечке затвора находится экстрактор, в прорезь в теле затвора входит неподвижно закрепленный на направляющей ствольной коробки отражатель гильзы. Так же на ствольной коробке закреплен (или является ее конструктивной частью) зубчатый статор ЭМП. Вся конструкция ЭМП, а именно: управляющий микроконтроллер, электрическая схема с слаботочной и сильноточной частями, инвертор-коммутатор, токопроводящие шины, накопитель электроэнергии, катушки и магниты ротора непосредственно встроены в затвор и являются его конструктивной частью.
При освобождении бойка от удерживающего его шептала одиночного огня при нажатии на спусковой крючок, боек накалывает капсюль, происходит выстрел. Пороховые газы оказывают давление одновременно на пулю и на донце гильзы, последняя составляющая передаётся затвору и он начинает движение. При этом в электроцепи появляется электроток, запитывающий микроконтроллер (МК), что является моментом начала отработки им программы управления. Контролируя параметры тока в цепи, МК тормозит через ЭМП затвор, чтобы за то время, за которое пуля проходит по каналу ствола до дульного среза, затвор успел отойти лишь на несколько миллиметров, при этом гильза выходит из патронника только своей утолщённой частью, в которой расположен капсюль, что страхует её от разрыва. Для этого, возможно, потребуется работа ЭМП одновременно и в качестве генератора электроэнергии, тормозящего затвор и, частично, например, некоторыми обмотками из их ряда, в качестве электродвигателя, создающего обратный направлению движения момент (электротормоз). Так как МК контролирует параметры выстрела на всем его протяжение за счет контроля тока в цепи, то выбирает момент, когда давление газов в стволе падает до допустимого уровня, и освобождает затвор, который под остаточным давлением начинает движение к заднему положению. Извлечение гильзы происходит без участия закреплённого на затворе выбрасывателя - он лишь удерживает её в чашечке затвора. Гильза двигаясь назад, набегает на эжектор и выбрасывается вовне. МК контролирует параметры движения затвора, в т.ч. не допуская удара в заднем крайнем положении, используя для остановки накопленную при торможении энергию. При этом взводится боевая пружина, и боек становится на электромагнитное шептало автоматического огня. При движении затвора вперед, в зависимости от необходимых параметров движения, ЭМП может либо снова подтормаживать движение затвора, либо, например, для увеличения скорострельности, наоборот, разгонять затвор, опять так останавливая его для недопущения удара в крайнем переднем положении.
При этом возникает возможность стрельбы с <выката>, т.е. электромагнитное шептало освобождает боек до прихода в крайнее переднее положение, при незапертом затворе. Так как перемещение затвора и процесс выстрела полностью контролируется МК, то опасные ситуации связанные с затяжным выстрелом и разбросом параметров воспламенения и горения в разных патронах полностью исключаются. Таким образом, возможен режим автоматической стрельбы, в котором одиночный/первый выстрел происходит с закрытого затвора, а все последующие в очереди - с выката, с целью уменьшения отдачи.
Возникает так же интересная возможность автоматического извлечения осечного патрона, за счет перемещения затвора ЭМП только за счет энергии, накопленной в предыдущем выстреле. Если осечный патрон оказывается первым в очереди/или при одиночном выстреле, то он извлекается ручным перемещением затвора.

edit log

Wyvern
17-9-2012 12:06    

Интересным может является рассмотрение данной конструкции как <гаусс-ган наизнанку> Вместо того, что бы отказаться от пороха и ускорять метаемый элемент за счет электроэнергии, что является очень сложной задачей, в данном случае предлагается использовать преобразование энергии пороха в электромагнитную, с последующим ее использованием не для ускорения пули, а замедления свободного затвора.

Загадка: почему автор не делает (и не делал) никаких расчетов и при этом абсолютно уверен в том, что подобный затвор будет всегда легче простого свободного затвора?
(вопрос будет ли целесообразным применение такой системы в общем виде не ставится )

Wyvern
17-9-2012 12:12    

R

edit log

гул
17-9-2012 12:19    

quote:
легче простого свободного затвора?

сколько весят эти приблуды? ну катушки ,электромагниты?

edit log

Wyvern
17-9-2012 12:21    

Следует так же добавить, что подобная, электромеханическая система с микропроцессорным управлением открывает целый ряд просто реализуемых возможностей, перечень которых фактически ограничен только фантазией конструктора
Например, оружие с переменной скорострельностью, возможность установки отсечки очереди любой длинны, использование системы как источника энергии, например для прицельных комплексов и т.д. и т.п.
Wyvern
17-9-2012 12:22    

quote:
Originally posted by гул:

сколько весят эти приблуды? ну катушки ,електромагниты?

А какая разница? Прочтите ЕЩЕ раз, внимательно

abc55
17-9-2012 12:32    

подобное уже тут обсуждали
вся эта электрика бится водички
сложна в изготовлении
увеличивается вероятность отказа
в обычном оружии отказ - механика
в этом случае отказ - механика + электрика
гул
17-9-2012 12:40    

не я просто хочу разобраться.магнитное поле неменяется ведь так быстро в обмотках чтобы затвор затормозить,разогнать, снова затормозить чтобы затвор не стукнулся об ствол или я чего не понял процесы на милисикунды идут..
Wyvern
17-9-2012 12:41    

quote:
Originally posted by abc55:
подобное уже тут обсуждали
вся эта электрика бится водички (1)
сложна в изготовлении(2)
увеличивается вероятность отказа(3)
в обычном оружии отказ - механика
в этом случае отказ - механика + электрика(4)

(1) - никакой "водички" она не боится: ВСЯ электроника и электрика ВНУТРИ полости металлического затвора, залита компаундом. Никаких контактов ВОВНЕ/СНАРУЖИ не имеет. По той же причине она не боится никаких ЭМИ (кроме тех, что расплавят затвор )
(2) - однозначно проще в изготовлении сложной механики. Иначе никто бы не заморачивался с тотальным переходом на прямые электроприводы, что наблюдается повсеместно уже лет как 20-30. Грубо говоря, изготовить механический элемент с точностью в микроны и отпидор@сить его до 7-8 класса чистоты(как в АК) стоит в разы дороже сборки даже очень сложной электросхемы.
(3,4) - электроника уже лет как -дцать много надежней любой механики.

edit log

Wyvern
17-9-2012 12:45    

quote:
Originally posted by гул:
не я просто хочу разобраться.магнитное поле неменяется ведь так быстро в обмотках чтобы затвор затормозить,разогнать, снова затормозить чтобы затвор не стукнулся об ствол или я чего не понял процесы на милисикунды идут..

Ну, посчитайте скорость управления в элетродвигателе/генераторе с частотой вращения 10000-20000об/мин - обычные, в принципе, двигатели
В роботизированных системах расстояния перемения и их точность вообще измеряется в микронах, время - в микросекундах, при больших, в десятки-сотни кгс усилиях.

automatiq
17-9-2012 13:01    

Грязь в магнитном зазоре - и весь затвор со всей электроникой дружно летят в лоб стрелку.

Можно такой постулат сформулировать:

Попытка заменить трёхмерный материальный обьект(в данном случае - запирающие выступы затвора, коробки) на двухмерное поле (электрическое, магнитное) ведёт к усложнению конструкции на порядок(в 10 раз)и удорожанию на два порядка(в 100 раз).

edit log

abc55
17-9-2012 13:04    

в ПП электрику пихать не стоит
ПП - примитивное оружие ближнего боя
можно поизгаляться с автоматами - сделать электроотпирание-перезаряд без
отвода газа - позволит темп контролировать
с винтарями покумекать - сделать электроспуск и электроотпирание-перезаряд
электроспуск (электрозапал) позволит воспламенять порох без единого колебания -
повышение точности выстрела

edit log

Wyvern
17-9-2012 13:15    

quote:
Originally posted by automatiq:
Грязь в магнитном зазоре - и весь затвор со всей электроникой дружно летят в лоб стрелку.

С какого такого? Обычно, у шаговых двигателей величина воздушного зазора составляет примерно 0,1 мм +-1-3% - это ОЧЕНЬ МНОГО по меркам механических устройств - почитайте какие зазоры обычно в автоматике оружия, например, в том же АК. И шаговые двигатели абсолютно НЕчувствительны к загрязнению воздушного зазора НЕметаллическими загрязнениями. В отличии от. А так как в собранном виде воздушный зазор может быть герметичным то и проблемы нет. (но чистить оружие, хотя и реже, чем с механикой - все же надо )

quote:
Originally posted by automatiq:
Можно такой постулат сформулировать:
Попытка заменить трёхмерный материальный обьект(в данном случае - запирающие выступы затвора, коробки) на двухмерное поле (электрическое, магнитное) ведёт к усложнению конструкции на порядок(в 10 раз)и удорожанию на два порядка(в 100 раз).

Абсолютно правильный постулат. Только строго наоборот
Замена механических элементов на электромагнитные упрощает конструкцию на порядок и удешевляет ее на два порядка
(И кто Вам сказал, что электромагнитное поле обязательно ДВУмерное?) Хотя и в этом случае никаких проблем нет.

640 x 512

Wyvern
17-9-2012 13:33    

quote:
Originally posted by abc55:
в ПП электрику пихать не стоит....
можно поизгаляться с автоматами....
с винтарями покумекать....повышение точности выстрела


Судя по всему даже в ПП будет выгодно применить такую схему - хотя и спорно. В автоматах/штурмовых винтовках такая схема позолит:
1. Уменьшить массу оружия (надо считать конкретные конструкции)
2. Уменьшить колебания оружия при автоматической стрельбе, может быть даже до почти нулевых
3. Сделать оружие более надежным, с минимумом механических деталей. При том же электровоспламенении (что видится мне следующим шагом, так как затрагивает патрон) механических подвижных частей станет вообще минимум - затвор и его пружина.
4. Сделать автомат абсолютно нечувствительным к типу и качеству патрона.
5. Добавить множество интересных фич(описанно чуть выше)

Надо так же четко понимать: механически такая система остается простым свободным затвором Электрическая часть должна принимать на себя только часть энергии - какую именно можно выяснить только при расчетах конкретной системы, в зависимости от того, что конструктор от нее хочет .

edit log

automatiq
17-9-2012 13:56    

quote:
Originally posted by Wyvern:

Абсолютно правильный постулат. Только строго наоборот



То-то я смотрю все уже перевооружаются на карманные рельсотроны и гаусс-пушки, ага.

quote:
Originally posted by Wyvern:

(И кто Вам сказал, что электромагнитное поле обязательно ДВУмерное?) Хотя и в этом случае никаких проблем нет.



А вы можете доказать обратное?

Простой пример - два магнитных потока проходят друг через друга под углом 90 градусов, а взаимодействия между ними нет - силовые линии их полей перпендикулярны. Взаимодействовать полностью они будут лишь оказавшись параллельны одной оси. Поле - конечно вид материи, но в нашей метрике пространства сила взаимодействия зависит от взаимного расположения полей. В гипотетическом плоском двуХмерном пространстве этой проблемы не было бы.

А теперь представьте, что два материальных обьекта, пусть даже толщиной в атом, проходят друг сквозь друга под прямым углом. Будут они взаимодействовать? Да, будут. Частица, в отличие от кванта поля, по определению трёхмерна, и взаимодействия частиц описываются скалярными величинами, а полей - векторными.

Wyvern
17-9-2012 14:25    

quote:
Originally posted by automatiq:

А вы можете доказать обратное?....(остальное поскипанно для ясности )

Во-1х с какого беса ОДНОмерный механизм - продольно-СКОЛЬЗЯЩИЙ затвор должен иметь какие то эфемерные "трехмерные взаимодействия"?
Во-2х на рисунке приведенном мной, виден, например, вариант цилиндрической линейной машины Он ОДНОмерный?

Вообщем, почитайте: moj.3dn.ru>privod/introduction.pdf

Wyvern
17-9-2012 15:08    

quote:
Originally posted by automatiq:

То-то я смотрю все уже перевооружаются на карманные рельсотроны и гаусс-пушки, ага.

И как говорится "не надо грязи"(с) Предлагаемая система принципиально отличается от вышеперечисленных, действительно черезмерно сложных и непрактичных систем:
1. Используется энергия пороха, как в обычным стрелковом оружии
2. Электроэнергией не разгоняется пуля, а тормозится затвор. В первом приближении это просто неуправляемый вихретоковый тормоз - контсрукция отличающаяся высочайшей надежностью, многократно превосходящей любые механические тормоза, простая и легкая.
3. Система замкнута по энергии, и не требует внешнего источника питания и вообще никакой связи вовне Ни источников тока, ни контактов, ни проводов.

edit log

automatiq
17-9-2012 18:33    

Я бы порекомендовал произвести расчёт давления, действующего на затвор, вычислить из этого силу, необходимую для удержания затвора, посчитать, какой магнитный поток даст искомое значение силы, вычислить необходимый для его возникновения электрический ток. Далее - прикинуть время действия газов на затвор, посчитать, какая мощность нужна для поддержания заданного тока в течении нужного времени, посчитать тепловые потери на обмотках и силовых элементах схемы, вычислить тепловую мощность потерь, которая будет выделяться на затворе, сложить все энергозатраты и получить искомую ёмкость накопителя электрической энергии, который в этот затвор должен быть встроен. Потом выяснить удельную ёмкость и зарядный/разрядный ток самых лучших накопителей, любого типа, и отказаться от этой идеи.

  всего страниц: 7 :  1  2  3  4  5  6  7 

новая тема  Ответить
следующая тема | предыдущая тема

  Guns.ru Talks
  Оружейные идеи
  Система автоматики с управляемым затвором ( 1 )
guns.ru home