РАКЕТА ДЛЯ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ОБЛАКА Российский патент 1998 года по МПК A01G15/00 

Изобретение относится к метеорологическим ракетам для воздействия на облака с целью защиты сельхозкультур от градобитий и вызывания осадков.

Одной из важнейших проблем, возникающих при разработке средств для активного воздействия на облака, является проблема их безопасного использования в густонаселенной местности.

Перспективные противоградовые средства должны иметь вероятность безопасного использования не менее P - 0,99999, при доверительной вероятности γ = 0,9, повышенную эффективность и дальность действия до 12 - 16 км.

Известна противоградовая ракета с зарядом взрывчатого вещества для разрушения полой цилиндрической конструкции, в частности для самоликвидации топливных отсеков ракет (См. патент Франции N 2097895, кл. F 42 D 3/00, 1972 г.).

Наиболее близким по технической сущности устройством является противоградовая ракета "Алазань-2М" (см. прототип). Ракета "Алазань-2М" содержит двухрежимный двигатель, состоящий из двух корпусов, каждый из которых содержит пороховую шашку и пиротехническую шашку, соединенных между собой переходником, сопловой блок со стабилизатором, головную часть с шашкой активного дыма и корпусом с дымовыходными отверстиями, головной и донный дистанционные механизма, и разрывной заряд взрывчатого вещества цилиндрической формы, размещенный между двигателем и донным дистанционным механизмом.

Недостатком известного устройства является недостаточная эффективность цилиндрического разрывного заряда, что делает невозможным его использование в противоградовых ракетах нового поколения, имеющих большую дальность и, следовательно, двигатель увеличенной длины и более эффективную и, более сложную по конструкции, в частности кассетную, головную часть (например, аналогичную головной части ракеты "Метка", описанный в журнале "Гидрология и метеорология", N 1 за 1987 стр. 118 - 120, рис. а).

Задачей изобретения является повышение безопасности применения противоградовой ракеты в густонаселенной местности путем улучшения ее дробимости.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в известной ракете, включающей последовательно расположенные и размещенные в корпусах головную часть с обтекателем и дистанционным механизмом, донный дистанционный механизм (ликвидатор) с разрывным зарядом, двурежимный двигатель с сопловым блоком, составленный из двигателей первого и второго режимов и отделенный дном от разрывного заряда, и стабилизатор, причем корпуса двигателей двух режимов изготовлены из бумажно-бакелитовых труб, обтекатель и корпуса головной части и дистанционного механизма - из ударопрочного полистирола, а сопловый блок, муфта (переходник), дно двигателя и корпус ликвидатора - из реактопласта, в ней кумулятивный заряд длиной 1,14 - 1,71 калибра ракеты ограничен с двух торцов соосно расположенными кумулятивными выемками с облицовками, при этом обращенный к ликвидатору торец заряда выполнен с осевыми отверстием в облицовке и заряде диаметром 0,083 - 0,5,глубиной 0,6 - 0,92 диаметра заряда, а часть поверхности этого отверстия, прилегающая к облицовке на глубину 0,1 - 0,24 диаметра заряда, покрыта инертным материалом, например бумажной трубкой, толщиной 0,006 - 0,02 диаметра заряда, а обтекатель выполнен со ступенчатой внутренней поверхностью с высотой ступенек 0,1 - 0,025 и толщиной стенки в месте расположения ступеньки 0,03 - 0,06 калибра ракеты, и с расстоянием между ступеньками, равным 0,36 - 0,62 калибра ракеты.

При таком сочетании размеров кумулятивного заряда и элементов конструкции, при использовании для изготовления ракеты вышеперечисленных материалов, достигается оптимальное для обеспечения дробимости сочетания разрушающих факторов кумулятивного заряда, размеров элементов конструкции и свойств применяемых материалов.

К числу основных факторов, влияющих на дробление ракеты, относятся:
ударная волна в корпусе двигателя и в головной части;
действие продуктов детонации;
баллистические волны от кумулятивных струй;
давление от сгорания материала кумулятивных струй - алюминия.

В предлагаемой ракете указанные факторы действуют как в направлении двигателя (от облицовки без отверстия), так и в направлении головной части (от облицовки с отверстием).

Движение кумулятивных струй в корпусе головной части, обтекателе и двигателе сопровождается их диспергированием и горением, что в сочетании с баллистической волной и другими разрушающими факторами приводит к скачку давления и обеспечивает дробление ракеты на безопасные осколки.

В результате отработки установлено, что дробление ракеты на безопасные осколки обеспечивает заряд длиной 1,14 - 1,71 калибра ракеты. При длине менее 1,14 калибра активные массы заряда, направленные как в сторону двигателя, так и в сторону головной части, становятся недостаточными для дробления ракеты, при этом появляются крупные осколки.

Использование зарядов длиной более 1,71 калибра не приводит к дальнейшему улучшению ее дробимости, максимальная масса осколков практически не изменяется.

Диаметр заряда - 0,7 - 0,8 калибра ракеты, толщина и наружный диаметр облицовок, соответственно 0,025 - 0,075 и 0,75 - 0,8 диаметра заряда, материал облицовок - алюминий или другой легкогорючий металл - магний, цинк.

Обращенный к ликвидатору торец заряда выполнен с осевым отверстием в облицовке и заряде диаметром 0,083 - 0,5 и глубиной - 0,6 - 0,92 диаметра заряда.

В этом отверстии размещается содержатель - элемент ликвидатора, в котором находится детонатор, инициирующий заряд.

Минимальная величина отверстия ограничена минимально возможными размерами детонатора, что с учетом толщины корпуса содержателя составит не менее 0,083 диаметра заряда (на практике не менее 5 мм).

При диаметре отверстия более 0,5 диаметра заряда нарушаются условия обжатия облицовки, уменьшается активная масса заряда и он по существу перестает быть кумулятивным в этом направлении.

Заряд с отверстием, глубиной менее 0,6 его диаметра, становится малоэффективным из-за уменьшения активной массы, обеспечивающей обжатие облицовки с отверстием и формирование кумулятивной струи, направленной в сторону головной части.

Максимальной глубине отверстия, равной 0,92 диаметра заряда, соответствует активная масса, достаточная для дробления головной части. Дальнейшее увеличение глубины не приводит к существенному уменьшению максимальной массы осколков.

Часть поверхности отверстия в заряде, прилагающая к облицовке, на глубину 0,1 - 0,24 диаметра заряда, покрыта инертным материалом, например, бумажной трубкой, толщиной 0,006 - 0,02 диаметра заряда.

Покрытие инертным материалом необходимо для компенсации канального эффекта, проявляющегося в зазоре между взрывчатым веществом и содержателем. Этот эффект заключается в том, что фронт детонационной волны по поверхности взрывчатого вещества в канале опережает фронт детонационной волны в самом взрывчатом веществе. По этой причине фронт детонационной волны распространяется не только от дна, но и от стенок отверстия в заряде, что приводит к нарушению условий отжатия облицовки и фактическому уменьшению активной массы заряда, направленной в сторону головной части, а это в свою очередь ухудшает дробимость головной части.

Покрытия отверстия на глубину менее 0,1 диаметра заряда недостаточно для обеспечения нормального обжатия облицовки, т.к. при этом не образуется достаточной активной массы.

При глубине покрытия отверстия более 0,24 диаметра заряда перекрывается часть детонатора, находящегося в содержателе, а это уменьшает надежность передачи инициирующего импульса от детонатора к заряду.

Покрытия глубиной до 0,24 диаметра заряда достаточно для компенсации канального эффекта.

Покрытия отверстия толщиной менее 0,006 диаметра заряда, например, обычное лаковое покрытие, не обеспечивает защиту от действия канального эффекта, а покрытие толщиной 0,02 диаметра заряда является достаточным для такой защиты и дальнейшее его утолщение не требуется.

В качестве материала покрытия может быть использован любой инертный материал, химически нейтральный по отношению к взрывчатому веществу, например, бумажная трубка.

Отработку формы внутренней поверхности обтекателя проводили, исходя из обеспечения его стабильного дробления на безопасные осколки, при этом наружная поверхность обтекателя может быть любой обтекаемой формы: конической, параболической или оживальной, а дистанционный механизм может быть размещен, как в резьбовом очке, так и внутри обтекателя, путем крепления к корпусу головной части.

Удлинение и форма обтекателя выбираются, исходя из минимизации коэффициента лобового сопротивления. Практически удлинение обтекателя может быть в пределах 1,5 - 4 калибра.

Для обеспечения гарантированного дробления на безопасные осколки обтекатель выполнен со ступенчатой внутренней поверхностью с высотой ступенек 0,01 - 0,025, минимальной толщиной стенки 0,03 - 0,06 калибра ракеты и расстоянием между ступеньками, равным 0,36 - 0,62 калибра ракеты.

Ступеньки высотой менее 0,01 калибра ракеты при детонации заряда не создают в обтекателе отраженных ударных волн с параметрами, достаточными для его стабильного дробления, а высота ступенек свыше 0,025 калибра не требуется, т.к. ступеньки высотой до 0,025 калибра обеспечивают стабильное дробление обтекателя.

Минимальная толщина стенок обтекателя в месте расположения ступенек менее 0,03 калибра не приемлема из прочностных соображений, а толщина более 0,06 калибра не требуется, исходя из необходимой прочности, но создает предпосылки для образования крупных осколков.

Расстояние между ступеньками менее 0,36 калибра не требуется, т.к. при вышеуказанных высоте ступенек и толщине стенок при дроблении обтекателя образуются безопасные осколки, а расстояние между ступеньками более 0,62 калибра не допустимо из-за возможности образования опасных осколков.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг. 1 представлен разрез полностью снаряженной ракеты с кассетной головной частью.

На фиг. 2 - разрез той же ракеты после окончания работы двигателя (сгорания воспламенителей и топлива) и головной части (выгорания замедлителя, выброса пироэлементов).

На фиг. 3 - разрез системы самоликвидации, D - калибр ракеты, d - диаметр кумулятивного заряда.

На фиг. 4 - разрез обтекателя; вариант конструкции с размещением дистанционного устройства в резьбовом очке обтекателя.

На фиг. 5 - разрез обтекателя; вариант конструкции с размещением дистанционного устройства внутри обтекателя.

Ракета состоит из головной части (см. например, а. с. N 1037734, кл. F 42 В, 1982 г), двигателя (см. например, заявку N 4170782/23, кл. F 42 В, 1986 г) и системы самоликвидации.

Головная часть содержит дистанционный механизм 1, обтекатель 2, корпус 3 с пироэлементами 4, замедлитель 5 и ликвидатор 6. Двигатель состоит из корпусов первого 7 и второго 8 режимов, соплового блока 9 с мембраной 10, опорных решеток 11, канальных зарядов твердого топлива 12, компенсаторов 13, соединительного узла 14, дна 15.

В сопловом блоке установлен электрокапсюльный воспламенитель 16.

В решетке 11, расположенной у соплового блока, размещен воспламенитель двигателя первого режима 17.

Соединительный узел 14 состоит из муфты 18, пиротехнического генератор-замедлителя 19, расположенного в стакане 20 и воспламенителя двигателя второго режима 21.

Между ликвидатором и двигателем размещена система самоликвидации 22, состоящая из дна 15, с размещенным в нем кумулятивным зарядом 23, содержащим облицовку без отверстия 24, облицовку с отверстием 25 и инертное покрытие 26. В отверстие в заряде 23 введен содержатель 27 ликвидатора 6.

На сопловом блоке 9 установлены стабилизаторы 28.

Ракета работает следующим образом.

После подачи напряжения, срабатывает электрокапсюльный воспламенитель 16, который воспламеняет воспламенитель первого режима 17 и заряд топлива первого режима 12. При достижении давления 3,0 - 4,0 МПа вскрывается мембрана соплового блока, ракета сходит с направляющей и начинает движение по траектории. Во время движения ракеты по направляющей задействуется ликвидатор 6, при достижении заданной перегрузки - дистанционный механизм 1.

После выгорания заряда первого режима 12, генератор - замедлитель 19 горит автономно, обеспечивая заданное время замедления и задействование воспламенителя 21 и заряда 12 второго режима.

После срабатывания дистанционного механизма воспламеняется замедлитель 5 головной части, начинается последовательный выброс пироэлементов 4 из корпуса 3, их горение и выделение льдообразующего аэрозоля.

После окончании выброса пироэлементов, замедлитель передает огневой импульс на ликвидатор, задействует его прямой канал. Параллельно действует дублирующая огневая цепь ликвидатора. Ликвидатор инициирует кумулятивный заряд 23. В процессе детонации заряда происходит схлопывание кумулятивных облицовок и формирование кумулятивных струй, направленных в двигатель и в головную часть.

Движение кумулятивных струй сопровождается образованием баллистических волн диспергированием и горением струй, что в сочетании с действием ударной волны и продуктов детонации заряда приводит к скачку давления и разрушению корпусов двигателя и головной части.

Предлагаемое изобретение использовано в противоградовой ракете "Кристалл-3" и в дальнейшем введено в остальные противоградовые ракеты.

Использование: прикладная метеорология, а именно ракеты для воздействия на облака с целью предотвращения градобитий, вызывания осадков и т.п. Сущность изобретения: ракета содержит последовательно расположенные и размещенные в корпусах головную часть с обтекателем и дистанционным механизмом, ликвидатор с кумулятивным зарядом, двухрежимный двигатель с сопловым блоком, составленный из двигателей первого и второго режимов и отделенный дном от разрывного заряда, и стабилизаторы. Кумулятивный заряд длиной 1,4 - 1,71 калибра ракеты ограничен с обоих торцов соосно расположенными кумулятивными выемками с облицовками. Обращенный к ликвидатору торец заряда выполнен с осевым отверстием в облицовке и заряде диаметром 0,083 - 0,5, глубиной - 0,6 - 0,92 диаметра заряда, причем часть поверхности этого отверстия, прилегающая к облицовке на глубину 0,1 - 0,24 диаметра заряда, покрыта инертным материалом, например, бумажной трубкой, толщиной 0,006 - 0,02 диаметра заряда. Обтекатель выполнен со ступенчатой внутренней поверхностью с высотой ступенек 0,01 - 0,025 с минимальной толщиной стенки 0,03 - 0,06 калибра ракеты и расстоянием между ступеньками, равным 0,36 - 0,62 калибра ракеты. 3 з.п.ф-лы, 5 ил.

1. Ракета для воздействия на облака, включающая последовательно расположенные и размещенные в корпусах головную часть с дистанционным механизмом, ликвидатор с разрывным зарядом, двухрежимный двигатель с сопловым блоком, составленный из двигателей первого и второго режимов и отделенный дном от разрывного заряда, и стабилизатор, отличающаяся тем, что в ней разрывной кумулятивный заряд длиной 1,14 - 1,71 калибра ракеты ограничен с обоих торцов соосно расположенными кумулятивными выемками с облицовками. 2. Ракета по п.1, отличающаяся тем, что в ней обращенный к ликвидатору торец заряда выполнен с осевым отверстием в облицовке и заряде диаметром 0,083 - 0,5, глубиной - 0,6 - 0,92 диаметра заряда. 3. Ракета по п.2, отличающаяся тем, что в ней часть поверхности осевого отверстия в заряде, прилегающая к облицовке на глубину 0,1 - 0,24 диаметра заряда, покрыта инертным материалом, например, бумажной трубкой, толщиной 0,006 - 0,02 диаметра заряда. 4. Ракета по п. 1, отличающаяся тем, что в ней обтекатель выполнен со ступенчатой внутренней поверхностью с высотой ступенек 0,01 - 0,025, с минимальной толщиной стенки 0,03 - 0,06 калибра ракеты и расстоянием между ступеньками, равным 0,36 - 0,62 калибра ракеты.