УПРАВЛЯЕМЫЙ СНАРЯД Российский патент 1999 года по МПК F42B15/00 

Изобретение относится к оборонной технике, а более конкретно к управляемым реактивным снарядам (УРС) и управляемым ракетам (УР).

Известно, что надежность и точность современных УРС и УР в большой степени зависят от стабильности работы их автопилотов и, в первую очередь, их гироскопов. Известно, что в УРС и УР с малым временем (до 1 мин) используются импульсные гироскопы, запускаемые перед выстрелом и работающие на выбеге ротора, раскрученного до больших оборотов, известно также, что время работы таких гироскопов, их точность и надежность во многом зависят от величины и стабильности моментов трения, действующих по их гироскопическим осям, которые пропорционально растут при увеличении нагрузок, действующих на широкоподшипниковые опоры гироскопа.

Развитие и совершенствование УРС и УР идет по пути повышения скорости и увеличению дальности стрельбы. Это провидит к необходимости увеличения начальной скорости и, как следствие этого, к росту стартовых линейных ускорений, которые могут достигать 100000 м/с² (10000 g) и более. Такие линейные перегрузки крайне неблагоприятно сказываются на основных характеристиках гироскопов (их точности и времени работы): из-за резкого увеличения моментов трения в их широкоподшипниковых опорах и падения оборотов ротора при выстреле (до 30%) соответственно уменьшается и кинетический момент ротора, что приводит к уменьшению времени складывания рамок и к увеличению уходов гироскопов. Для компенсации потери кинетического момента, вызванной действием статорных линейных перегрузок, в некоторых УРС и УР используются устройства для уменьшения трения в подшипниках гироскопа, путем придания его гироподвесу вынужденных периодических колебаний. С этой целью, например, гироскоп (патент США N 3406575, кл. G 01 C 19/04, 1968) снабжен специальным двигателем, который с помощью системы зубчатых колес создает периодические двухциклические колебания промежуточных обойм подшипников в противоположных направленных с равной амплитудой в диапазоне углов меньше 180^o и более 90^o, с одинаковым периодом колебаний. Такое техническое решение позволяет уменьшить моменты трения в подшипниках гироскопа, сократить потери кинетического момента ротора при выстреле, однако получаемый эффект достигается путем значительного усложнения конструкции гироскопа и УРС в целом, что снижает надежность их работы.

Кроме того, необходимость установки двигателя, а также дополнительное энергообеспечение его работы делают такую конструкцию не рациональной для УРС и УР малого калибра, чем ограничивается область ее применения.

На французской ракете "Акра" (А.Н.Латухин, Противотанковое вооружение. - М. : Воен. изд. МО СССР, 1974, с. 230-235), содержащей корпус, электронную аппаратуру управления, блок электропитания, рулевой привод, двигатель, гироскоп стабилизации по крену, выстреливаемой из ствола танка (или бронемашины) со сверхзвуковой скоростью (500 м/с), задача обеспечения точности и надежности работы гироскопа после воздействия больших стартовых перегрузок решена посредством максимально возможной миниатюризации гироскопа за счет введения бесконтактного датчика, формирующего опорный сигнал (вместо широко распространенного на УРС и УР в прошлом щеточного датчика). В результате резко уменьшились масса гироскопа, его гиромотора и ротора, а также нагрузки на их широкоподшипниковые опоры, следствием чего стало уменьшение потери оборотов ротора при выстреле снаряда, однако в связи с малым кинетическим моментом ротора эти потери ощутимы, и, учитывая, что при сверхзвуковой скорости снаряда на гироскоп могут действовать значительные траекторные нагрузки, разброс характеристик гироскопов (по точности и времени работы) может изменяться в широких пределах, к тому же гироскоп с малым кинетическим моментом очень чувствителен к попаданию в его подшипники пыли и влаги, что особенно сказывается при низких температурах и может быть причиной преждевременного складывания гироскопа и отказа снаряда.

Целью предлагаемого изобретения является повышение точности и надежности УРС путем линеаризации моментов трения в широкоподшипниковых опорах его гироскопа за счет воздействия на них высокочастотных вынужденных колебаний, возникающих при работе рулевого привода.

Для достижения этой цели в известном управляемом снаряде, содержащем корпус, электронную аппаратуру управления, блок электропитания, рулевой привод и гироскоп с бесконтактным датчиком, рулевой привод и гироскоп жестко закреплены на поверхностях, выполненных на единой опоре, связанной с корпусом снаряда, причем рулевой привод закреплен консольно по отношению к опоре и с зазором к корпусу снаряда, а его элементы крепления размещены вокруг гироскопа и его места крепления к опоре.

На фиг. 1 представлен общий вид управляемого снаряда; на фиг. 2 - его поперечное сечение.

Управляемый снаряд имеет корпус 1, внутри которого установлены электронная аппаратура управления 2, блок электропитания 3, рулевой привод 4 с рулями 5, гироскоп 6 с бесконтактным датчиком. Для крепления рулевого привода и гироскопа внутри снаряда имеется опора 7, связанная с его корпусом, на которой перпендикулярно оси снаряда выполнены стыковочные поверхности "а" и "в". На поверхности "а" с помощью фланца закреплен гироскоп, а на поверхности "в" - рулевой привод. Рулевой привод закреплен консольно по отношению к опоре с помощью винтов и проушин "с" и отделен от корпуса снаряда зазором "d", при этом его места крепления расположены по окружности вокруг гироскопа и его места крепления к опоре.

Такое техническое выполнение позволяет не только повысить точность и стабильность работы гироскопа и в целом всего снаряда, но и дает возможность обеспечить надежное его управление (при использовании одного и того же гироскопа) на значительно большой дистанции по сравнению с ракетой "Акра", максимальная дальность стрельбы которой не превышает 3300 м (А.Н.Латухин "Противотанковое вооружение" с. 219, табл. 14). Это стало возможным благодаря линеаризации моментов трения в шарикоподшипниках гироскопа за счет воздействия на них высокочастотных колебаний, возникающих при работе рулевого привода, от соударения его подвижных частей с упорами, ограничивающими угловые отклонения аэродинамических рулей, амплитуда виброускорений этих колебаний при частоте 60-150 Гц достигает 15-20 м/с² (1,5-2g). Предложенная конструкция снаряда позволяет с большим эффектом использовать эти колебания для улучшения характеристик гироскопа без введения специальных устройств, а только за счет максимального контакта гироскопа и рулевого привода в конструкции снаряда. Это достигается путем закрепления рулевого привода и гироскопа на единой опоре, что создает благоприятные условия для передачи колебаний на гироскоп и его шарикоподшипники. Установка рулевого привода на опоре консольно и с зазором по отношению к корпусу снаряда позволяет в значительной степени исключить гашение колебаний корпусом снаряда и его элементами, а размещение мест крепления рулевого привода вокруг гироскопа и его места крепления к опоре позволяет симметрировать приложение колебательных нагрузок на гироскоп и обеспечить их более равномерное распределение на его шарикоподшипники.

Следует отметить, что такая конструкция эффективна при использовании гироскопов с бесконтактным датчиком; при использовании щеточных датчиков колебания гироскопа могут стать серьезным источником искажения снимаемого с датчика сигнала (из-за дребезга щеток).

По циклограмме функционирование снаряда при выстреле начинается с включения блока электропитания 3 и запуска гироскопа 6. Во время движения снаряда по стволу гироскоп теряет часть своего кинетического момента из-за действия больших стартовых перегрузок, что неизбежно при любой конструкции гироскопа.

После раскрытия рулей 5 (по стрелке Б) и включения рулевого привода 4 колебания, возникающие при его работе, через опору 7 передаются на гироскоп и его шарикоподшипники. В результате действия колебаний моменты трения шарикоподшипников уменьшаются в несколько раз, соответственно замедляется уход рамки гиромотора и увеличивается время складывания гироскопа, а это позволяет обеспечивать надежное управление снарядом на значительно большей дистанции при сохранении высокой точности.

Экспериментальные образцы управляемых снарядов, изготовленные по предлагаемому техническому решению, показали его высокую эффективность. Параметры точности и стабильности характеристик гироскопа в составе снаряда возросли по сравнению с прототипом (ракета "Акра") примерно в 2-2,5 раза, при этом уменьшился разброс этих параметров при испытаниях на различных температурных режимах, а также значительно уменьшилась чувствительность гироскопа к засорению его подшипников (из-за попадания в них пыли или влаги), которая является большим недостатком современных миниатюрных гироскопов с малым кинетическим моментом.

Предлагаемое техническое решение в ближайшее время будет использовано на ряде разрабатываемых образцов.

Изобретение относится к реактивному оружию. В корпусе снаряда размещены электронная аппаратура управления, блок электропитания, рулевой привод и гироскоп с бесконтактным датчиком. Рулевой привод и гироскоп жестко закреплены на поверхностях единой опоры, связанной с корпусом снаряда. При этом рулевой привод закреплен консольно по отношению к опоре и с зазором к корпусу снаряда, а его элементы крепления размещены вокруг гироскопа и его мест крепления к опоре. Изобретение позволяет повысить точность и надежность управляемого снаряда путем линеаризации моментов трения в шарикоподшипниковых опорах гироскопа за счет воздействия на них колебаний, возникающих при работе рулевого привода. 2 ил.

Управляемый снаряд, содержащий корпус, электронную аппаратуру управления, блок электропитания, рулевой привод и гироскоп с бесконтактным датчиком, отличающийся тем, что в нем рулевой привод и гироскоп жестко закреплены на поверхностях, выполненных на единой опоре, связанной с корпусом снаряда, причем рулевой привод закреплен консольно по отношению к опоре и с зазором к корпусу снаряда, а его элементы крепления размещены вокруг гироскопа и его места крепления к опоре.