НЕУПРАВЛЯЕМЫЙ РЕАКТИВНЫЙ СНАРЯД, ЗАПУСКАЕМЫЙ ИЗ ТРУБЧАТОЙ НАПРАВЛЯЮЩЕЙ Российский патент 1998 года по МПК F42B10/14 

Изобретение относится к неуправляемым реактивным снарядам, запускаемым из трубчатой направляющей, в частности к снарядам с относительным удлинением 20 - 25 калибров, и может найти применение в известных 122 мм системах залпового огня (РСЗО) при модернизации последних с точки зрения улучшения их технических характеристик без существенных конструктивных изменений.

Объект изобретения представляет собой реактивный снаряд с повышенными характеристиками кучности стрельбы, спроектированный с учетом оптимальных соотношений геометрических размеров отдельных его узлов и элементов, находящихся в функциональной связи.

В настоящее время для успешной борьбы со многими наземными целями широкое применение нашли реактивные системы залпового огня. Они стали одним из массовых видов ракетно-артиллерийского вооружения благодаря исключительно высокой боевой эффективности при относительной простоте конструкции снарядов.

С увеличением дальности стрельбы РСЗО возникает задача снижения рассеивания снарядов - фактора, связанного с их расходом на поражение целей и боевой эффективностью.

Как показали исследования, решение этой задачи целесообразно осуществлять без применения средств управления и коррекции траектории, усложняющих и удорожающих снаряд. Указанные средства целесообразно применять согласно военно-экономической оценке при дальностях стрельбы свыше 40 км. В состав каждой из таких систем входят реактивные снаряды, каждый из которых снабжен головной частью, твердотопливным ракетным двигателем, ведущим штифтом и аэродинамическим стабилизатором. При запуске такого снаряда за счет взаимодействия его ведущего штифта с винтовым пазом направляющей осуществляется начальная закрутка снаряда, поддерживаемая на траектории полета косопоставленными лопастями аэродинамического стабилизатора. Проворот снаряда позволяет осреднить газодинамический эксцентриситет его двигателя и аэродинамический эксцентриситет снаряда в целом и тем самым обеспечить повышение характеристик кучности стрельбы по сравнению с непроворачивающимися снарядами. Указанные снаряды решают задачу поражения наземных целей на относительно небольших дальностях примерно 30 км.

Однако постоянно возрастающие требования по надежности поражения целей выдвигают задачи не только по разработке новых образцов этого вида вооружения, но и по совершенствованию уже известных в направлении повышения их дальности и характеристик кучности стрельбы (складывающихся из составляющих, определяемых как собственно пусковой установкой и условиями взаимодействия снаряда с ее направляющей, так и определяемых самим снарядом) за счет установления оптимальных соотношений геометрических размеров отдельных узлов и элементов снаряда (без существенных их конструктивных изменений).

Поэтому изыскание технических решений, уменьшающих рассеивание неуправляемых снарядов, является важнейшей и чрезвычайно сложной задачей, связанной с уменьшением начальных возмущений снарядов, отклоняющего действия аэродинамического эксцентриситета и эксцентриситета реактивной силы ракетного двигателя, снижения чувствительности снаряда к ветровым возмущениям и другим факторам.

В настоящее время известны технические решения, позволяющие в значительной степени уменьшить воздействие отклоняющих факторов. Так, известен 122 мм реактивный снаряд с относительным удлинением 20 - 25 калибров к реактивной системе залпового огня FIROS 25/30, разработанной фирмой SNIA BPD, Италия, предназначенной для стрельбы по площадям на дальностях от 8 до 33 км. (Техника и вооружение сухопутных войск капиталистических государств, 1987, вып. 22(94), с. 7), - аналог. Он запускается из трубчатой направляющей и содержит головную часть, взрыватель, двигатель с сопловым блоком, стабилизатор с лопастями, контактную крышку и ведущий штифт.

Головная часть представляет собой несколько видов, является неотделяемой, двигатель его выполнен на смесевом топливе, стабилизатор является раскрывающимся на траектории, а каждая из его лопастей установлена под углом примерно 2^o относительно продольной оси снаряда.

Дальность стрельбы его 8 - 33 км, оперение его выполнено складывающимся. По основным техническим характеристикам он соответствует современным требованиям, особенно по уровню максимальной дальности, но имеет некоторые недостатки. А именно минимальная дальность стрельбы его составляет 8 км, в то время как по требованиям, предъявляемым к таким системам, она не должна превышать 5 км.

Кроме того, кучность стрельбы на промежуточные дальности, и особенно на минимальную дальность, уступает известным системам. Это связано с тем, что стрельбу таким снарядом ведут под малыми углами наведения.

Таким образом, задачей данного технического решения являлась разработка реактивного снаряда с повышенной дальностью стрельбы для данного класса снарядов, обеспечивающего удовлетворительные характеристики кучности стрельбы на промежуточных дальностях и минимальной дальности, и высокими на максимальных дальностях стрельбы.

Общими признаками с предлагаемым неуправляемым реактивным снарядом является наличие в составе реактивного снаряда головной части, взрывателя, двигателя на твердом топливе с сопловым блоком, стабилизатора с косопоставленными лопастями и ведущего штифта.

Проведенные экспериментально-теоретические исследования для снарядов систем залпового огня 122 калибра с относительным удлинением порядка 20 - 25 калибров по дальнейшей оптимизации соотношений геометрических параметров узлов снаряда дали положительные результаты, которые и легли в основу для модернизации такого класса снарядов.

Наиболее близким по технической сути и достигаемому техническому эффекту к изобретению является неуправляемый реактивный снаряд М-210Ф (Боевая машина БМ-21. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. - М.: Воениздат, 1982, с.89 - 97) - прототип.

Он включает головную часть, взрыватель, двигатель на баллиститном топливе с воспламенителем и многосопловым блоком, стабилизатор с раскрывающимся оперением на траектории, контактную крышку с шунтом, кольцо стабилизатора и ведущий штифт.

Для обеспечения приемлемой кучности стрельбы на минимальных дальностях головная часть его выполнена с посадочным местом под тормозные кольца, для осреднения аэродинамического эксцентриситета снаряда в целом стабилизирующее устройство его размещено на корпусе задиафрагменного участка двигателя, а каждая из раскрывающих лопастей его установлена под углом 1^o20' относительно продольной оси снаряда. Реактивный снаряд для обеспечения приемлемой кучности на минимальные дальности (1,4 - 15,9 км) укомплектован большими и малыми тормозными кольцами, которые устанавливаются в посадочное место, выполненное на головной части. Малое - на дальностях 11,7 - 15,9 км, а большое - на дальностях 1,4 - 11,7 км. Причем снаряды М-210Ф комплектуются из расчета: один залп - большими тормозными кольцами; один залп - малыми тормозными кольцами; один залп - без тормозных колец.

Реактивный снаряд, принятый за прототип, функционирует следующим образом.

При подаче импульса электрического тока срабатывает воспламенитель, который воспламеняет пороховой заряд. Образовавшиеся газы срывают контактную крышку, и начинается истечение пороховых газов через сопло.

По достижении реактивной силы определенной величины ведущий штифт выходит из стопорного устройства трубы и начинается движение снаряда. За счет взаимодействия ведущего штифта снаряда с винтовым пазом направляющей осуществляется начальная его закрутка.

При вылете снаряда из направляющей лопасти раскрываются, и за счет их установки под углом к оси снаряда поддерживается вращение снаряда на траектории с нарастанием частоты вращения на сверхзвуковой скорости. В конце активного участка траектории полета снаряда происходит взведение взрывателя в боевое положение. При встрече снаряда с преградой детонационный импульс от взрывателя передается разрывному заряду и происходит срабатывание головной части.

Однако прототип имеет ряд недостатков, к которым следует отнести следующее:
угол наклона лопастей стабилизатора, выполненный под углом 1^o20', является неоптимальным, в связи с чем снаряд имеет повышенное рассеивание;
установка ведущего штифта снаряда без ориентации по отношению к лопасти стабилизатора приводит к тому, что в процессе движения по направляющей лопасти стабилизатора могут задевать (и задевают) за винтовой паз направляющей, что ведет к увеличению колебаний направляющей при сходе снарядов;
месторасположение и размеры тормозных колец являются неоптимальными. Это ведет к тому, что получение требуемого диапазона дальностей стрельбы и приемлемых характеристик кучности на минимальные дальности обеспечивается несколько хуже, чем на максимальные дальности стрельбы.

Таким образом, задачей технического решения-прототипа являлась разработка реактивного снаряда, обеспечивающего поражение целей с повышенными характеристиками кучности стрельбы по сравнению с аналогом, особенно на минимальных дальностях стрельбы.

Общими признаками с предлагаемым реактивным снарядом являются наличие головной части с посадочным местом под тормозные кольца, взрывателя, двигателя с контактной крышкой, стабилизатора с косопоставленными лопастями, кольца стабилизатора и ведущего штифта.

В отличие от прототипа в предлагаемом реактивном снаряде каждая из его раскрывающихся лопастей выполнена изогнутой с профилем по винтовой линии, причем образующая лопасти расположена под углом относительно его продольной оси, выбранным из соотношения (град), а передняя кромка лопасти с внешней ее стороны имеет скос длиной l_с = (0,04 - 0,1)d, выполненный под углом α_c= (10-16)α₀ , ведущий штифт установлен на корпусе двигателя в плоскости, проходящей через ось крепления одной из лопастей стабилизатора, и продольную ось снаряда, на расстоянии до среза сопла снаряда l, не превышающем (1,8 - 2,0) его калибра, причем посадочное место под тормозные кольца расположено от носика взрывателя на расстоянии L_т, не превышающем (1,2 - 1,5) калибра снаряда, наружный диаметр малых тормозных колец составляет (0,7 - 0,8) калибра снаряда, а больших тормозных колец (0,9 - 0,95), где ω - масса заряда твердого топлива двигателя, а L, q_n, d и α_c - длина, пассивная масса, калибр снаряда и угол скоса передней кромки лопасти соответственно.

Именно это позволяет сделать вывод о наличии причинно-следственной связи между совокупностью существенных признаков заявляемого технического решения и достигаемым техническим результатом.

Указанные признаки, отличительные от прототипа и на которые распространяется испрашиваемый объем правовой защиты, во всех случаях достаточны.

Задачей изобретения является создание неуправляемого реактивного снаряда, запускаемого из трубчатой направляющей, обеспечивающего за счет установления оптимальных соотношений геометрических размеров отдельных узлов и элементов на снаряде, находящихся в функциональной связи (без существенных конструктивных изменений), улучшение по сравнению с прототипом характеристик кучности стрельбы и, следовательно, эффективности поражения целей.

Новое соотношение размеров и других их параметров, а также особенности выполнения отдельных узлов позволяют, в частности, за счет выполнения:
каждой из лопастей стабилизатора изогнутой с профилем по винтовой линии и под углом образующей лопасти относительно продольной оси снаряда , а передней кромки каждой лопасти с внешней ее стороны со скосом длиной l_с= (0,04 - 0,1)d и углом α_c= (10-16)α₀ устранить возможность возникновения в полете резонансных явлений, отрицательно сказывающихся на характеристиках кучности;
установки ведущего штифта на корпусе двигателя в плоскости, проходящей через ось крепления одной из лопастей стабилизатора и продольную ось снаряда на расстоянии до среза сопла снаряда, не превышающем (1,8 - 2,0) его калибра, - исключить задевание лопастями стабилизатора снаряда в процессе его перемещения по направляющей за ведущий паз направляющей, что ведет к уменьшению колебаний направляющей в процессе схода снаряда;
посадочного места под тормозные кольца от носика взрывателя на расстоянии L_т, не превышающем (1,2 - 1,5) калибра снаряда, наружного диаметра малых тормозных колец (0,7 - 0,8) калибра снаряда, а больших тормозных колец (0,9 - 0 , 95) калибра снаряда, позволяет получить широкий диапазон дальностей стрельбы 1,4 - 11,7 км с большими тормозными кольцами и 11,7 - 15,9 км с малыми тормозными с характеристиками по кучности стрельбы, идентичными по кучности на максимальную дальность стрельбы.

Важной особенностью функционирования снарядов большого удлинения является возможность возникновения в полете резонансных явлений, отрицательно сказывающихся на характеристиках кучности.

При превышении в конце активного участка траектории скорости вращения снаряда некоторого максимально допустимого значения наступает явление "локальной неустойчивости" и снаряд получает дополнительные возмущения.

Простое уменьшение угловой скорости (например, за счет изменения угла наклона винтового паза, угла наклона оперения) не дает положительных результатов, т.к. для каждого снаряда существует минимально допустимая угловая скорость.

При этом максимально допустимая угловая скорость вращения определяется частотой собственных колебаний снаряда, а минимально допустимая угловая скорость определяется частотой экваториальных колебаний. Чем больше частота собственных колебаний, тем большие угловые скорости может выдержать снаряд. То есть должно выполняться соотношение [ω_min]<ω<1,8[ω_max] , где ω - угловая скорость вращения снаряда; - максимально допустимая угловая скорость вращения; - минимально допустимая угловая скорость.

Экспериментально теоретическими исследованиями было установлено, что требуемая угловая скорость связана определенным соотношением с параметрами снаряда, а угол наклона лопасти, который определяет скорость вращения, равен (град).

Так как снаряды большого удлинения обычно являются сверхзвуковыми и их скорость полета достигает 4 М (М - число маха), то чтобы его эффективность проявлялась во всем диапазоне скоростей, необходимо передние кромки лопастей с внешних их сторон выполнить со скосом.

Как показали исследования в аэродинамических трубах ЦАГИ, наличие скоса с приведенными величинами приводит к уменьшению оборотов на дозвуковых скоростях полета, что приводит за счет уменьшения угла наклона лопасти к снижению максимальных оборотов в конце активного участка и как следствие позволяет устранить возможность возникновения резонансных явлений.

Опыт отработки снарядов РСЗО большого удлинения показал, что ведущий штифт должен быть ориентирован по отношению к лопастям стабилизатора так, чтобы исключить их задевание за ведущий паз направляющей. Специальными опытами было установлено, что ведущий штифт должен располагаться в одной плоскости с лопастью на расстоянии от среза сопла не более (1,8 - 2,0) калибра снаряда.

Постановка тормозных колец (ТК) на снаряде осуществляется для того, чтобы получить требуемый диапазон дальностей стрельбы.

При полете с (ТК) резко изменяется структура обтекания снаряда, особенно на сверхзвуковых скоростях. Перед (ТК) возникает скачок уплотнения, который зависит от места расположения и диаметра (ТК).

Продувками в ЦАГИ установлено, что наилучшие результаты получаются при наличии 2 (ТК), если они расположены от носика взрывателя на расстоянии не более (1,2 - 1,5) калибра снаряда, при этом диаметр большого (ТК) равен (0,7 - 0,8)d, а диаметр малого (ТК) равен (0,9 - 0,95)d.

Это позволило получить широкий диапазон дальностей стрельбы с большими (ТК) 1,4 - 11,7 км, с малыми (ТК) 11,7 - 15,9 км и без (ТК) от 15,9 км до максимальной дальности.

Сущность изобретения заключается в том, что в неуправляемом реактивном снаряде, запускаемом из трубчатой направляющей, содержащем головную часть с посадочным местом под тормозные кольца, взрыватель, двигатель с контактной крышкой, стабилизатор с косопоставленными лопастями, кольцо стабилизатора и ведущий штифт, в отличие от прототипа каждая из его раскрывающихся лопастей выполнена изогнутой с профилем по винтовой линии, причем образующая лопасти расположена под углом относительно его продольной оси, выбранным из соотношения (град), а передняя кромка лопасти с внешней ее стороны имеет скос длиной l_с = (0,04 - 0,1)d, выполненный под углом α_c= (10-16)α₀ , ведущий штифт установлен на корпусе двигателя в плоскости, проходящей через ось крепления одной из лопастей стабилизатора и продольную ось снаряда, на расстоянии до среза сопла снаряда, не превышающем (1,8 - 2,0) его калибра, причем посадочное место под тормозные кольца расположено от носика взрывателя на расстоянии, не превышающем (1,2 - 1,5) калибра снаряда, наружный диаметр малых тормозных колец составляет (0,7 - 0,8) калибра снаряда, а больших тормозных колец - (0,9 - 0,95) калибра снаряда.

На фиг. 1 изображен общий вид неуправляемого реактивного снаряда; на фиг. 2 - одна из лопастей стабилизатора; на фиг. 3 - головная часть с тормозными кольцами.

Неуправляемый реактивный снаряд состоит из головной части 1, взрывателя 2, двигателя 3, стабилизатора 4 с косопоставленными лопастями 5, контактной крышки 6, ведущего штифта 7 и кольца стабилизатора 8.

Головная часть 1 его выполнена с посадочным местом 9 под тормозные кольца 10, 11, а стабилизатор 4 размещен на задиафрагменном участке двигателя 3.

Каждая из раскрывающихся лопастей 5 стабилизатора 4 выполнена изогнутой с профилем по винтовой линии и под углом образующей лопасти 5 относительно оси снаряда.

Ведущий штифт 7 его установлен на двигателе 3 в плоскости, проходящей через ось 12 крепления одной из лопастей 5 и продольную ось снаряда. Ведущий штифт 7 установлен от среза сопла 13 на расстоянии, не превышающем (1,8 - 2,0) его калибра.

Образующая лопасти 5 выполнена под углом, выбранным из соотношения (град). Передняя кромка каждой из лопастей с внешней ее стороны выполнена со скосом длиной l_с = (0,04 - 0,1)d и под углом α_c= (10-16)α₀ . Посадочное место 9 под тормозное кольцо (большое или малое) 10, 11 головной части 1 расположено на расстоянии от носика взрывателя 2, не превышающем (1,2 - 1,5) калибра снаряда. Малые тормозные кольца 10 выполнены с наружным диаметром, составляющим (0,7 - 0,8) калибра снаряда, а большие тормозные кольца 11 - с диаметром, составляющим (0,9...0,95) калибра снаряда.

Неуправляемый реактивный снаряд функционирует следующим образом. В закрытом положении лопасти 5 удерживаются кольцом стабилизатора 8. При подаче импульса электрического тока срабатывает двигатель 3 снаряда. Образовавшиеся газы срывают контактную крышку 6, и начинается истечение пороховых газов через сопло 13. По достижении реактивной силы определенной величины ведущий штифт 7 снаряда выходит из стопорного устройства пусковой трубы, и начинается движение снаряда.

Поскольку наружный диаметр кольца стабилизатора 8, удерживающего лопасти 5 в закрытом положении, больше внутреннего диаметра пусковой трубы, то оно при движении снаряда вперед остается за казенным срезом трубы и при сходе снаряда под действием пружин лопасти 5 раскрываются и фиксируются.

В конце активного участка траектории полета снаряда происходит взведение взрывателя 2 в боевое положение. При встрече снаряда с преградой детонационный импульс от взрывателя 2 передается разрывному заряду и происходит ее срабатывание.

Как показали многочисленные экспериментально-теоретические исследования, выполнение реактивного снаряда в соответствии с изобретением позволило:
исключить явления резонансной неустойчивости, повысить надежность функционирования снаряда и улучшить характеристики кучности;
исключить возможность попадания лопастей в ведущий паз направляющей и тем самым уменьшить начальные возмущения снаряда в момент схода;
получить требуемый диапазон дальностей стрельбы, включая минимальную с приемлемыми характеристиками кучности.

Все вместе взятое позволило по сравнению с прототипом улучшить характеристики кучности стрельбы примерно в 1,2 - 1,5 раза.

Указанный положительный эффект подтвержден летно-конструкторскими испытаниями опытных образцов снарядов, выполненных в соответствии с изобретением.

В настоящее время на предприятии ведется разработка рабочей конструкторской документации, запланированы изготовление и проведение предварительных испытаний опытных образцов с последующей передачей документации на лицензионной основе в одну из заинтересованных стран.

Изобретение относится к неуправляемым реактивным снарядам, запускаемым из трубчатых направляющих, и может найти применение в системах залпового огня. Сущность изобретения заключается в том, что неуправляемый реактивный снаряд, запускаемый из трубчатой направляющей, содержит головную часть с посадочным местом под тормозные кольца, взрыватель, двигатель с контактной крышкой, стабилизатор с косопоставленными лопастями, тормозные кольца и ведущий штифт. Каждая из раскрывающихся лопастей стабилизатора выполнена изогнутой с профилем по винтовой линии. Образующая лопасти расположена относительно его продольной оси под углом (град.). Передняя кромка лопасти с внешней стороны имеет скос длиной l_c = (0,04 - 0,1)d, выполненный под углом α_c= (10-16)α₀. Ведущий штифт установлен на корпусе двигателя в плоскости, проходящей через ось крепления одной из лопастей стабилизатора и продольную ось снаряда на расстоянии (1,8 - 2,0)d от среза сопла. Посадочное место под тормозные кольца расположено от носика взрывателя на расстоянии (1,2 - 1,5)d. Наружный диаметр малых тормозных колец составляет (0,7 - 0,8)d, а больших тормозных колец - (0,9 - 0,95)d, где ω - масса заряда твердого топлива двигателя, а L, q_n, d, α_c - длина, пассивная масса, калибр снаряда и угол скоса передней кромки лопасти соответственно. Технический результат заключается в повышении дальности стрельбы для данного класса снарядов. 3 ил.

Неуправляемый реактивный снаряд, запускаемый из трубчатой направляющей, содержащий головную часть с посадочным местом под малое или большое тормозное кольцо, взрыватель, двигатель с контактной крышкой и ведущий штифтом на его корпусе, стабилизатор с косопоставленными раскрывающимися лопастями и кольцом, отличающийся тем, что каждая лопасть стабилизатора выполнена изогнутой с профилем по винтовой линии, образующая лопасти расположена под углом к продольной оси снаряда, передняя кромка лопасти с внешней стороны выполнена со скосом под углом α_c= (10-16)α_o длиной l_с= (0,04 - 0,1)d ведущий штиф установлен в плоскости, проходящей через ось крепления одной из лопастей стабилизатора и продольную ось снаряда, на расстоянии (1,8 - 2,0)d от среза сопла двигателя, при этом посадочное место под тормозные кольца расположено на расстоянии (1,2 - 1,5)d от носика взрывателя, малые тормозные кольца выполнены с наружным диаметром равным (0,7 - 0,8)d, а большие - с наружным диаметром (0,9 - 0,95)d, где ω - масса заряда твердого топлива двигателя, L, q_n, d и α_c - длина, пассивная масса, калибр снаряда и угол скоса передней кромки лопасти стабилизатора соответственно.