Технические решения строительных артиллерийских орудий

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ  

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 

Федеральное государственное бюджетное 

образовательное учреждение высшего образования 

«ПЕРМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ 

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» 

 

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА  

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 

Федеральное государственное бюджетное  

образовательное учреждение высшего образования  

«ПЕРМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  

АГРАРНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ  
ИМЕНИ АКАДЕМИКА Д.Н. ПРЯНИШНИКОВА» 

 
 

О.Г. Пенский 

 

ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ 

АРТИЛЛЕРИЙСКИХ ОРУДИЙ 

 
 

МОНОГРАФИЯ 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

Пермь 2018 

 

УДК 6.62; 6.691 
ББК 3.34 

П25 

 
 
П25 

Пенский О. Г.

Технические решения строительных артиллерийских орудий: 
монография / О. Г. Пенский; Перм. гос. нац. исслед. ун-т. – 
Пермь, 2018. – 124 с. 

ISBN 978-5-7944-3164-3 

 

Приведена краткая историческая справка создания артиллерийских 

орудий, предназначенных для застреливания строительных элементов 
в грунт. Описаны технологии использования пушек при решении задач 
строительства. На основе математических моделей предложены принципиальные пути конструкторских решений строительных артиллерийских 
орудий. Приведены тексты патентов РФ на изобретения, посвященные 
конструкциям строительных пушек. Приведены акты о внедрении строительных орудий в промышленность СССР и РФ. 

Издание предназначено для специалистов, занимающихся разработ
кой пороховых машин для гражданской практики. 

 
 
 

УДК 6.62; 6.691 

ББК 3.34 

 

Печатается по решению кафедры механики и математического моделирования 
Пермского государственного национального исследовательского университета 

 

Рецензенты: д-р техн. наук, проф., заведующий кафедрой «Математическое 

обеспечение и применение ЭВМ» Пензенского государственного 
университета П. П. Макарычев; 
 

д-р техн. наук, проф., профессор кафедры «Автоматика и 
телемеханика» Пермского национального исследовательского 
политехнического университета С. Ф. Тюрин 

 
 
 
 

 
ISBN  978-5-7944-3164-3 

© Пенский О. Г., 2018 
© ПГНИУ, ПГТАУ, 2018 

 

СОДЕРЖАНИЕ 

 

Введение……………………………………………………………………...…5 
1. Артиллерийские строительные технологии. Теория 

и практика .................................................................................................... 6 

1.1. Историческая справка ...................................................................... 6 
1.2. Результаты современных исследований 
строительных пушек ............................................................................. 20 
1.3. Газодинамические строительные артиллерийские  
системы .................................................................................................. 26 

Литература к разделу 1 ................................................................................... 34 
2. Комплекс программ POZVB для решения 

основной задачи внутренней баллистики ............................................. 36 

2.1. Функциональное назначение комплекса POZVB  ........................ 36 
2.2. Программы третьего уровня .......................................................... 37 
2.3. О целесообразности разработки комплекса  
программ POZVB .................................................................................. 43 

Литература к разделу 2 ................................................................................... 44 
3. Основные авторские патенты РФ на изобретения по техническим 

решениям строительных артиллерийских орудий .............................. 44 

3.1. Поршни-забойники для одноствольных орудий ........................... 44 

3.1.1. Способ закрепления трубопровода выстреливаемыми 
анкерами и поршень-забойник для осуществления способа .......... 45 
3.1.2. Поршень-забойник для застреливания свай в грунт .............. 50 
3.1.3. Поршень-забойник для застреливания строительных 
элементов из артиллерийских орудий .............................................. 54 

3.2. Газодинамическое строительное артиллерийское орудие ........... 59 
3.3. Патенты для обеспечения вертикального застреливания свай 
в донный грунт с водной поверхности ................................................. 63 

3.3.1. Устройство для отслеживания вертикального положения 
ствола строительного артиллерийского орудия, находящегося 
на качающейся платформе ................................................................ 63 
3.3.2. Устройство, отслеживающее вертикальное положение  
ствола строительного артиллерийского орудия, находящегося 
на качающейся платформе ................................................................ 69 

3.4. Многоствольная установка для погружения в грунт 

строительных элементов и поршни-забойники ............................... 74 
3.4.1. Установка для погружения в грунт строительных  
элементов ........................................................................................... 74 
3.4.2. Поршень-забойник для двуствольного артиллерийского 
орудия ................................................................................................ 79 
3.4.3. Поршень-забойник для многоствольных строительных 
артиллерийских орудий .................................................................... 83 
 

3.4.4. Способ размещения артиллерийских орудий  
в многоствольной строительной артиллерийской системе ............ 88 

Литература к разделу 3................................................................................... 93 
4. Многоствольное орудие для извлечения свай из грунта .................... 94 

4.1. Конструкторская реализация орудия ............................................ 94 
4.2. Математические модели извлечения свай из грунта с помощью 
многоствольных артиллерийских систем ............................................ 98 

4.2.1. Математическая модель ......................................................... 99 
4.2.2. Численные эксперименты..................................................... 102 

4.3. Программа решения основной задачи внутренней баллистики 
извлечения свай из грунта .................................................................. 104 

Литература к разделу 4................................................................................. 105 
5. Устройство доставки веществ, предназначенных для тушения 
пожаров в замкнутых пространствах ...................................................... 107 
Литература к разделу 5................................................................................. 111 
6. Акты о внедрениях разработок по строительным артиллерийским  
орудиям в промышленность СССР и РФ ............................................... 112 
Заключение ................................................................................................... 123 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ВВЕДЕНИЕ 

 

В монографии кратко описана история создания математической 

теории и эксплуатация артиллерийских орудий, предназначенных для 
застреливания строительных элементов в грунт. Историческая справка 
охватывает временной период от 30-х годов до середины 90-х годов 20 
века. В монографии кратко описаны созданные в России установка для 
застреливания анкеров УВА-2, успешно эксплуатировавшаяся в Тюмени 
при креплении трубопроводов от всплытия на болотах, и многофункциональная установка для застреливания анкеров и свай УЗАС-2, 
приведены фотографии УЗАС-2 при вертикальном застреливании свай и 
горизонтальном проколе возвышенностей. В книге описан способ 
импульсного вдавливания свай в грунт, предложенный в середине 90-х 
годов, 
приведены 
численные 
характеристики 
эффективности 
и 

производительности УЗАС-2, полученные в результате промышленной 
эксплуатации 
установки 
при 
обустройстве 
нефтяных 
и 
газовых 

месторождений Западной Сибири и промышленном строительстве на 
Урале. В монографии описаны особенности конструкции одноствольных 
орудий, которые можно применять при проведении строительных работ на 
воде, а также обосновывается использование способа импульсного 
вдавливания длинных строительных элементов в донный грунт из пушек, 
расположенных на водной поверхности. В книге приведены основные 
результаты современных исследований, начинающиеся с 2000 годов. В 
частности, приведены принципиальная схема конструкции и математическая модель многоствольных строительных артиллерийских орудий. 
Численные эксперименты, проведенные на основе математических 
моделей многоствольных строительных пушек, позволяют предполагать 
то, что многоствольные пушки при решении задач строительства будут 
также эффективны, как и одноствольные, так, например, численными 
экспериментами показана возможность застреливания свай в грунты 
средней плотности из многоствольных пушек на глубину свыше 30м. В 
монографии приведены математические модели и результаты численных 
экспериментов, касающиеся использования для забивки свай в грунт 
газодинамических артиллерийских орудий. Также в книге приведены 
тексты основных патентов РФ на изобретения, полученных сотрудниками 
Пермского государственного национального исследовательского университета и посвященные принципиальным схемам строительных артиллерийских орудий. В последнем разделе монографии приведены копии 
актов о внедрении в промышленность технических решений строительных 
артиллерийских орудий, описанных в монографии. 
 
 
 
 

1. АРТИЛЛЕРИЙСКИЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ. ТЕОРИЯ 

И ПРАКТИКА 

 

В настоящее время в Пермском государственном университете и 

Пермском государственном аграрно-технологическом университете имени 
академика Д.Н. Прянишникова (Россия) проводятся активные исследования, связанные с созданием нового класса строительной техники – 
артиллерийских орудий. Следует отметить, что эти исследования не имеют 
аналогов в современной технической науке. Настоящий раздел посвящен 
краткому обзору российских достижений в создании и эксплуатации 
строительных пушек, в том числе в промышленности.  

 

1.1. Историческая справка 

 

Впервые исследования по использованию энергии пороха для 

застреливания свай в грунт начали проводиться в Советском Союзе в г. 
Одесса в конце 30-х годов прошлого века. Исследования носили 
экспериментальный характер и не предполагали создания математической 
теории, описывающей внутреннюю и конечную баллистики застреливаемых строительных элементов. Однако по неизвестным для автора 
монографии причинам работы в Одессе были прекращены в 1939 году. 

В 1956 году в Соединенных Штатах Америки была разработана 

артиллерийская система, предназначенная для застреливания анкеров в 
донный грунт водоемов. Анкеры предназначались для крепления буев, 
используемых для определения фарватера рек и озер [1]. Для производства 
выстрела пушка опускалась на дно водоема, ствол пушки поднимался над 
поверхностью донного грунта так, чтобы анкер после выстрела полностью 
выходил из канала ствола, а затем погружался в грунт. 

В 70-х годах прошлого века в Советском Союзе была разработана 

строительная артиллерийская система на основе гарпунно-китобойной 
пушки большой мощности ГКП-БМ. Эта система носила индекс УВА-2 
(установка для выстреливания анкеров, см. рис.1.1) и была предназначена 
для застреливания анкеров в грунт при креплении нефтетрубопроводов и 
газотрубопроводов на болотах Западной Сибири для предотвращения 
всплытия трубопроводов во время эксплуатации [2]. Установка позволяла 
погружать в грунт короткие анкеры диаметром 0,2м и массой до 40кг на 
глубину до 2м. 

Однако при создании установки УВА-2 инженер В.А. Гагин [3] и его 

коллеги не применяли в расчетах баллистических теорий. Также ими не 
была создана универсальная теория, позволяющей рассчитывать и 
конструировать строительные пушки на базе любых боевых орудий. 

Впервые создавать строительные орудия на научной основе начали 

профессора 
Пермского 
политехнического 
института 
(Россия) 
В.А. 

Романова и М.Ю. Цирульников. Первые результаты научных исследований 

по общей теории строительных пушек с описанием результатов эксплуатации пушек в нефтепромысловом строительстве были опубликованы 
группой М.Ю. Цирульникова уже после его смерти в монографии [4]. В 
этой монографии В.Н. Григорьевым впервые описан способ определения 
несущей способности строительных элементов, застреленных в грунт 
средней плотности.  

 

 

 

Рисунок 1.1. Установка УВА-2 

 

 

 

 
Рисунок 1.2. Измерение несущей способности трубчатых свай после 
застреливания в грунт 

 

В.Н. Григорьев экспериментами показал возможности практического 

использования боевых пушек для застреливания в грунт не только анкеров, 
но и свай, в том числе железобетонных, на глубину до четырех метров. Он 
также показал, что несущая способность застреленных свай позволяет 
возводить легкие свайные фундаменты.  

На основе исследований группы М.Ю. Цирульникова, в которую 

входил автор настоящей монографии, была создана установка для 
застреливания анкеров и свай, носящая индекс УЗАС-2 [5]. Отличительными особенностями установки являлось то, что в качестве погружающего устройства была использована снятая с вооружения в Советской 
Армии устаревшая крупнокалиберная пушка М-47, а для транспортной 
платформы использовался устаревший трелевочный трактор ТТ-16.  

Приведем технические характеристики УЗАС-2 [4]: длина канала 

ствола – 2.345 м, вес заряда – 3 н, калибр ствола – 0.170 м, объем каморы – 
0.001026 м3, сила пороха – 950000 дж/кг, плотность пороха – 1600 кг/м3, 
коволюм пороховых газов – 0.98 10-3 м3/кг, полный импульс давления газов 
во время сгорания пороха (импульс пороха) – 367000 Па с, вес откатных 
частей орудия – 36000 н, диаметр головной части строительного элемента – 
0.168 м. 

В авторском свидетельстве СССР на изобретение [5], полученном 

М.Ю. Цирульниковым и членами его группы, с целью уменьшения 
скорости и величины отката пушки предложено увеличить вес откатных 
частей 
застреливающего 
устройства 
путем 
введения 
массивного 

противовеса. В частности, для установки УЗАС-2 масса противовеса была 
выбрана равной 240 кг. 

На рис.1.3 – 1.5 изображена установка УЗАС-2 в транспортном 

положении, положении перед выстрелом и в начале выстрела.  

 
 
 
 
 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Рисунок 1.3. Установка УЗАС-2 в транспортном положении. 

Рисунок 1.4. Установка УЗАС-2 перед выстрелом 

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Рисунок 1.5. Установка УЗАС-2 в начале выстрела 

 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
 
 

 

Рисунок 1.6. УЗАС-2 перед работой в черте города 

 
 

Отличительной особенностью УЗАС-2 является малое дульное 

давление при выстреле, которое обеспечивает тихий шум при ее работе и 
возможность 
использования 
установки 
при 
возведении 
свайных 

фундаментов в черте населенных пунктов. Так при массе заряде 0,308 кг 
дульное давление равно 1,6 МПа. 

Установка УЗАС-2 применялась в производственном объединении 

«Запсибнефтестрой» и производственном объединении «Пермнефть» при 
обустройстве нефтяных месторождений. Эксплуатация установки в этих 
структурах дало снижение себестоимости работ по сравнению с 
существующими методами в 3 – 4 раза и увеличении производительности в 
5 – 6 раз. При работе установки использовались устаревшие боевые 
пороха, 
подлежащие 
утилизации. 
Одна 
гильза 
применялась 
для 

производства 300 выстрелов. Для застреливания свай в качестве несущих 
строительных 
элементов 
использовались 
бывшие 
в 
употреблении 

бурильные трубы, ранее направляемые на утилизацию.  

 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
 
 
 

 

Рисунок 1.7. Гильза с капсюльными втулками 

 
Основным недостатком установки стала ее высокая производи
тельность: установка выполняла годовой план за 2 – 3 месяца, а затем 
простаивала без работы. 

Для облегчения помещения сваи в ствол в одной из модификаций 

УЗАС-2 использовался манипулятор (см. рис. 1.8). 

Экспериментально были определены пространственные зоны безопас
ности при застреливании свай в грунт из установки УЗАС-2 (рис. 1.9). 

 
 
 
 
 
 

Рисунок 1.8. Использование манипулятора для размещения сваи в 
стволе УЗАС-2 
 
 

 
Рисунок 1.9. Зоны безопасности при работе УЗАС-2 
 
Для установки точки наведения выстрела пульт управления был 

выведен за кабину водителя УЗАС-2 (рис. 1.10). 

 

Рисунок 1.10. Пульт управления УЗАС-2 
 
Для предотвращения нежелательного большого проникания трубчатых 

свай в грунт М.Ю. Цирульников предложил использовать ограничительную тарель (рис. 1.11), прикрепляемую к застреливаемой свае. 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Рисунок 1.11.. Трубчатая свая с ограничительной тарелью