НЕУПРАВЛЯЕМЫЙ РЕАКТИВНЫЙ СНАРЯД Российский патент 2000 года по МПК F42B10/14 

Изобретение относится к области ракетной техники, а именно к неуправляемым реактивным снарядам (НУРС), и может найти применение при разработке новых образцов НУРС для реактивных систем залпового огня (РСЗО).

Основной тенденцией в развитии РСЗО является повышение их боевого могущества с одновременным увеличением дальности полета и улучшением кучности стрельбы.

Известен НУРС М-13 (см. кн. "Основы проектирования пороховых ракетных снарядов". М. : Оборонгиз 1961 г., стр. 11), состоящий из головного взрывателя, боевой части, ракетного двигателя с зарядом твердого топлива (РДТТ) и стабилизатора.

Стабилизатор состоит из нескольких жестких пластин, значительно выступающих за калибр снаряда и неподвижно закрепленных на обтекателе, который, в свою очередь, установлен на сопловом блоке двигателя.

Запуск НУРС производится из пусковой установки (ПУ) с рельсовыми направляющими.

Конструкция НУРС предельно проста и технологична.

Возросшие требования по дальности и кучности стрельбы вызвали необходимость существенного повышения длины НУРС (для увеличения массы заряда твердого топлива), придания НУРС вращения вокруг его продольной оси (для осреднения влияния разбросов его технологических и конструктивных параметров на траекторию полета) и использования складывающегося в калибр снаряда стабилизатора (для запуска из ПУ с максимальной плотностью направляющих, т.е. из ПУ с трубчатыми направляющими).

Таким образом, задачей данного технического решения (аналога) являлась разработка НУРС предельно простой и технологичной конструкции, но не отвечающего возросшим требованиям по дальности и боевому могуществу РСЗО.

Общими признаками с предлагаемым авторами НУРС являются наличие головного взрывателя, боевой части, РДТТ и лопастного стабилизатора с обтекателем.

Оптимальной конструкцией НУРС, удовлетворяющей возросшим требованиям по дальности, кучности стрельбы и боевому могуществу, являлась бы конструкция НУРС большого удлинения (за счет использования мощного РДТТ), вращающегося в полете и имеющего складывающийся в его калибр стабилизатор.

Наиболее близким по технической сути и достигаемому техническому результату является НУРС, описанный в "Боевая машина 9П138. Техническое описание и инструкция по эксплуатации". часть 3 кн.1 Военное издательство М., 1986 г. ", принятый авторами за прототип.

НУРС содержит головной взрыватель, боевую часть, РДТТ и стабилизатор со складывающимися лопастями с узлами крепления.

Стабилизатор состоит из изогнутых пластин (лопастей) с одинаковой по их размаху толщиной, которые установлены на обтекателе с возможностью их поворота и фиксации в открытом положении. В закрытом положении лопасти не выступают за калибр снаряда и полностью облегают наружную поверхность обтекателя, не перекрывая друг друга.

Задняя кромка каждой лопасти выполнена с участком, перпендикулярным продольной оси НУРС в районе концевой хорды лопасти.

При выходе НУРС из направляющей, лопасти под действием пружин поворачиваются в узлах крепления и фиксируются в открытом положении, при этом их корневая часть в открытом положении практически перпендикулярна к поверхности обтекателя.

Для обеспечения стабильного полета снаряда на повышенных скоростях, характерных для современных НУРС, необходимо увеличивать размах лопастей, что вызывает определенные трудности с их размещением в сложенном положении.

С увеличением скорости полета и размаха лопастей также увеличивается и угловая скорость вращения НУРС, что может привести к ее совпадению с частотой изгибных колебаний корпуса НУРС. Это вызовет потерю динамической устойчивости и разрушение НУРС на траектории.

Увеличение скорости полета и размаха лопастей также приводит к возрастанию знакопеременных (из-за вращения НУРС) нагрузок, действующих на лопасти, что может вызывать их аэроупругие колебания и потерю ими динамической устойчивости (явление флаттера), что вызовет потерю устойчивости и разрушение самого снаряда.

Вероятность появления флаттера значительно возрастает при несовпадении центра давления и оси изгиба самой лопасти.

Совместное действие этих факторов существенно повышает вероятность потери динамической устойчивости НУРС и его разрушения на траектории.

Таким образом, известный НУРС (прототип) обладает существенными недостатками:
- выполнение лопастей стабилизатора с постоянной по их размаху толщиной не позволяет ввести их частичное перекрытие в закрытом положении без изменения размеров и формы газодинамического тракта и ухудшения внутрибаллистических характеристик двигателя;
- угол поворота лопасти при раскрытии не оптимален с точки зрения получения максимального размаха при заданной высоте самой лопасти;
- выполнение задней кромки лопасти с участком, перпендикулярным к продольной оси снаряда в районе концевой хорды приводит к несовпадению центра давления и оси изгиба самой лопасти, что при повышенной скорости полета может приводить к потере динамической устойчивости лопасти, к потере устойчивости и разрушению самого НУРС.

Кроме того, наличие такого участка, в сочетании с расположением лопастей на снаряде, приводит к появлению (особенно при повышенных скоростях полета) дополнительных высокочастотных вибрационных нагрузок в задних сечениях лопастей при работе двигателя.

Это обусловлено взаимодействием недорасширенной струи РДТТ с пограничным слоем обтекающего снаряд потока, образованием отрывной зоны и висячего λ-образного скачка уплотнения перед ней.

Ввиду турбулентного характера течения в пограничном слое на корпусе и торце РДТТ смешение потоков носит нестационарный характер и сопровождается высокочастотными колебаниями давления, индуцирующими нагрузки на лопасть.

Эти вибрационные нагрузки резко возрастают при увеличении скорости полета и провоцируют появление аэроупругих колебаний типа флаттера, приводящих к разрушению лопастей, потере устойчивости и разрушению самого НУРС.

Таким образом, задачей данного технического решения (прототипа) являлось обеспечение возможности использования в системах залпового огня с высокой плотностью размещения направляющих на ПУ, но не обеспечивающего применения реактивного снаряда при повышенных скоростях полета, свойственных современным НУРС.

Общими признаками с предлагаемым авторами НУРС являются наличие головного взрывателя, боевой части, ракетного двигателя твердого топлива и стабилизатора со складывающимися лопастями с узлами крепления.

В отличие от прототипа в предлагаемом авторами НУРС лопасти выполнены с уменьшающейся в сторону концевой хорды толщиной, в среднем поперечном сечении концевая хорда лопасти, ось ее поворота и ось снаряда расположены на одной прямой, размах лопастей составляет 2,0...2,3 калибра, узлы крепления лопастей размещены на расстоянии 0,18...0,21 и 0,65...0,70 длины лопасти от ее передней кромки, участок задней кромки лопасти, прилегающий к корневой хорде, выполнен с углом 26 ... 30^o и длиной 0,15 ... 0,22 калибра, участок задней кромки лопасти, прилегающий к концевой хорде, выполнен с обратной стреловидностью с углом 19 ... 29^o, а расстояние от задней кромки лопасти до среза сопла составляет 0,1 ... 0,3 калибра.

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

Задачей предлагаемого изобретения является повышение устойчивости полета реактивного снаряда при увеличенных линейных и угловых скоростях.

Новая совокупность конструктивных элементов, а также наличие связей между деталями заявляемого НУРС позволяют:
- за счет выполнения лопастей с уменьшающейся в сторону концевой хорды толщиной ввести частичное перекрытие в закрытом положении одной лопасти другой, увеличить размах оперения и обеспечить их невыступание за калибр НУРС в закрытом положении;
- за счет расположения концевой хорды лопасти, оси ее поворота и оси снаряда на одной прямой в среднем поперечном сечении обеспечить требуемый размах оперения при минимальной высоте самой лопасти, уменьшить величину частичного взаимного перекрытия лопастей и облегчить их укладку в калибр снаряда при закрытии;
- за счет выполнения размаха лопастей в пределах 2,0 ... 2,3 калибра обеспечить необходимый запас устойчивости НУРС. (При уменьшении размаха полет НУРС становится неустойчивым, а при увеличении сверх заявляемых пределов - резко усложняется задача по размещению сложенных лопастей в калибре снаряда);
- за счет расположения передних и задних узлов крепления лопасти на расстоянии 0,18 . .. 0,21 и 0,65 ... 0,70 ее длины от передней кромки в сочетании с выполнением задней кромки лопасти с участками с разной (у корневой хорды и у концевой хорды) стреловидностью с заявляемыми углами стреловидности и длиной участков обеспечить совпадение центра давления и оси изгиба лопасти и исключить потерю ею динамической устойчивости;
- за счет расположения задней кромки лопасти на расстоянии 0,1...0,3 калибра до среза сопла исключить или значительно ослабить вибрационные нагрузки в районе задних кромок лопастей от интерференционного взаимодействия газовой струи работающего двигателя с набегающим потоком, что существенно уменьшает вероятность появления аэроупругих колебаний лопасти типа флаттера и разрушения самой лопасти.

Иные сочетания параметров (место расположения узлов крепления лопасти, форма и размеры участков задней кромки, расстояние лопастей от среза сопла), чем заявляемые, не обеспечивают совпадения центра давления и оси изгиба лопасти, а также не исключают возникновения вибрационных нагрузок интерференционной природы в районе задних кромок во время работы двигателя.

Сущность изобретения заключается в том, что в неуправляемом реактивном снаряде, содержащем головной взрыватель, боевую часть, ракетный двигатель твердого топлива и стабилизатор со складывающимися лопастями с узлами крепления, в отличие от прототипа, согласно изобретению лопасти выполнены с уменьшающейся в сторону концевой хорды толщиной, а в среднем поперечном сечении концевая хорда лопасти, ось ее поворота и ось снаряда расположены на одной прямой, размах лопастей составляет 2,0 ... 2,3 калибра, узлы крепления лопастей размещены на расстоянии 0,18 ... 0,21 и 0,65 ... 0,70 длины лопасти от ее передней кромки, участок задней кромки лопасти, прилегающий к корневой хорде, выполнен с углом 26 ... 30^o и длиной 0,15 ... 0,22 калибра, участок задней кромки лопасти, прилегающей к концевой хорде, выполнен с обратной стреловидностью с углом 19 ... 21^o, а расстояние от задней кромки лопасти до среза сопла составляет 0,1 ... 0,3 калибра.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен общий вид НУРС с раскрытым оперением, на фиг. 2 - схема, показывающая влияние взаимного расположения оси поворота лопасти, ее концевой хорды и оси снаряда на высоту лопасти для обеспечения заданного размаха, на фиг. 3 - положение оси изгиба и центра давления для лопастей с различными формами.

НУРС (фиг. 1) содержит головной взрыватель 1, боевую часть 2, ракетный двигатель твердого топлива 3, стабилизатор 4 со складывающимися лопастями 5. Лопасти 5 установлены на стабилизаторе 4 посредством узлов крепления 6 и могут поворачиваться и фиксироваться в открытом положении.

Размах лопастей Б составляет 2,0 ... 2,3 калибра снаряда d.

Узлы крепления 6 лопастей 5 размещены на расстоянии В и Г от ее передней кромки. Расстояние В составляет 0,18 ... 0,22, а расстояние Г - 0,65 ... 0,70 длины лопасти Д. Сами лопасти выполнены с уменьшающейся от E до E₁ толщиной в сторону концевой хорды.

В среднем сечении лопасти А-А, (лежащем на 1/2 длины Д), ее концевая хорда Ж, ось поворота лопасти 3 и ось снаряда И расположены на одной прямой.

Задняя кромка К лопасти 5 имеет два участка: участок, прилегающий к корневой хорде Л (фиг. 1) выполнен с углом α и длиной М, а участок, прилегающий к концевой хорде H выполнен с обратной стреловидностью с углом β, при этом угол α составляет 26 ... 30^o, длина М составляет 0,15 ... 0,22 калибра, а угол β составляет 19 ... 22^o.

Стабилизатор 4 размещен на снаряде так, что задняя кромка К лопасти 5 расположена на расстоянии П от среза сопла Р. Расстояние П составляет 0,1... 0,3 калибра НУРС.

Для придания НУРС в полете вращения лопасти установлены под углом к его продольной оси.

Снаряд функционирует следующим образом:
При срабатывании системы воспламенения двигателя воспламеняется заряд твердого топлива, и при достижении тяги двигателя величины, равной усилию форсирования, снаряд начинает движение по трубчатой направляющей пусковой установки.

При выходе снаряда из направляющей лопасти поворачиваются и фиксируются в открытом положении, при этом концевая хорда лопасти, ось снаряда и ось поворота лопасти располагаются на одной прямой.

За счет того, что лопасти наклонены под углом к продольной оси снаряда, НУРС получает вращение вокруг продольной оси в требуемом диапазоне угловых скоростей.

Нагрузки, действующие на лопасти, воспринимаются передним и задним узлами их крепления, положение которых обеспечивает совпадение оси изгиба и центра давления лопасти.

На схеме (фиг. 2) обозначено:
Б - необходимый размах лопастей 5.

З - ось поворота лопасти при открытии.

И - ось снаряда.

Ж, Ж₁ - положение концевых хорд открытой лопасти.

Из схемы (фиг. 2) видно, что при нахождении концевой хорды в положении Ж, оси поворота лопасти З и оси снаряда И на одной прямой, для обеспечения требуемого размаха лопастей Б достаточно лопасти с длиной дуги ЖЗ.

В случае, если Ж₁, З, И не лежат на одной прямой, для обеспечения требуемого размаха Б требуется лопасть с длиной дуги Ж₁З, что на отрезок ЖЖ₁ больше предыдущей.

Таким образом, при расположении концевой хорды в положении Ж, оси поворота лопасти З и оси снаряда И на одной прямой требуемый размах оперения Б обеспечивается при минимальной высоте лопасти, при любом другом положении концевой хорды относительно линии "ось поворота лопасти - ось снаряда" требуемый размах лопастей Б обеспечивается уже при большей высоте лопастей.

На схеме (фиг. 3) обозначено:
С-С - ось изгиба лопасти;
Т - центр тяжести лопасти;
У₁ - центр давления лопасти с участком задней кромки К₁, перпендикулярным продольной оси НУРС;
У - центр давления лопасти с участком задней кромки К (выполненным с обратной стреловидностью).

На схеме (фиг. 3) видно, что расположение узлов крепления 6 лопасти 5 и заявляемая геометрия лопасти позволяют обеспечить совпадение центра давления и оси изгиба лопасти и исключить потерю ее динамической устойчивости.

Предлагаемая конструкция снаряда позволила обеспечить его устойчивый полет на максимальных скоростях (3, 5 ... 4) М и более чем в 2 раза повысить дальность стрельбы.

С использованием предлагаемого изобретения была разработана конструкторская документация и изготовлена партия снарядов для проведения летных испытаний, которые подтвердили указанный положительный эффект.

В настоящее время проведены летные испытания, производится подготовка производства для серийного изготовления НУРС.

Изобретение относится к ракетной технике Неуправляемый реактивный снаряд содержит головной взрыватель, боевую часть, реактивный двигатель твердого топлива и стабилизатор со складывающимися лопастями. Лопасти выполнены с уменьшающейся в сторону концевой хорды толщиной. В среднем поперечном сечении концевая хорда лопасти, ось ее поворота и ось снаряда расположены на одной прямой. Размах лопастей составляет 2,0 - 2,3 калибра. Узлы крепления лопастей размещены на расстоянии 0,18 - 0,21 и 0,65 - 0,70 длины лопасти от ее передней кромки. Участок задней кромки лопасти, прилегающий к корневой хорде, выполнен с углом 26 - 30^o и длиной 0,15 - 0,22 калибра. Участок задней кромки лопасти, прилегающей к концевой хорде, выполнен с обратной стреловидностью с углом 19 - 21^o, а расстояние от задней кромки лопасти до среза сопла составляет 0,1 - 0,3 калибра. Изобретение позволяет повысить устойчивость полета снаряда на максимальных скоростях и увеличить дальность полета снаряда. 3 ил.

Неуправляемый реактивный снаряд, содержащий головной взрыватель, боевую часть, ракетный двигатель твердого топлива и стабилизатор со складывающимися лопастями с узлами крепления, отличающийся тем, что в нем лопасти выполнены с уменьшающейся в сторону концевой хорды толщиной, в среднем поперечном сечении концевая хорда лопасти, ось ее поворота и ось снаряда расположены на одной прямой, размах лопастей составляет 2,0 - 2,3 калибра, узлы крепления лопастей размещены на расстоянии 0,18 - 0,22 и 0,65 - 0,70 длины лопасти от ее передней кромки, участок задней кромки лопасти, прилегающей к корневой хорде, выполнен с углом 26 - 30^o и длиной 0,15 - 0,22 калибра, участок задней кромки лопасти, прилегающий к концевой хорде, выполнен с обратной стреловидностью с углом 19 - 29^o, а расстояние от задней кромки лопасти до среза сопла составляет 0,1 - 0,3 калибра.