РЕАКТИВНЫЙ СНАРЯД С ОТДЕЛЯЕМЫМ ДВИГАТЕЛЕМ Российский патент 2001 года по МПК F42B15/10 

Изобретение относится к области ракетной техники.

Известен реактивный снаряд с головным временным взрывателем дистанционного действия [1], подрывающим снаряд в полете, без соприкосновения с целью, по истечении определенного времени, что достигается соответствующей его установкой.

Однако данная конструкция реактивного снаряда с временным исполнительным механизмом дистанционного действия (взрыватель), при всех своих достоинствах, имеет небольшой недостаток, существенно влияющий на подрыв снаряда, а именно все временные взрыватели одной партии изготовления и тем более разных партий изготовления имеют временной разброс времени срабатывания даже внутри партии, что дает возможность подорвать снаряд раньше или позже в пределах временного разброса.

Установка такого временного исполнительного механизма в зенитные ракеты для дистанционного отделения двигателя приведет:
1) при раннем срабатывании, когда топливо еще не выгорело, к догону и удару по корме маршевой ступени двигателем, что недопустимо;
2) при позднем срабатывании, когда топливо полностью выгорело, а разделения еще нет, приведет к потере скорости из-за пассивной массы двигателя, что также недопустимо.

Известен реактивный снаряд с отделяемым двигателем [2], содержащий устройство стыковки разнокалиберных ступеней снаряда, включающее переходной конический обтекатель с центральной трубой, охватывающей маршевую ступень снаряда и позволяющей двигателю скользить параллельно оси в направлении, противоположном маршевой ступени, и механизм разделения в виде щелевого канального устройства на конусной части обтекателя, сообщающегося, с одной стороны, с полостью маршевой ступени, а с другой - с аэродинамическим потоком движущегося снаряда.

Данная конструкция реактивного снаряда с отделяемым двигателем применима в неуправляемых реактивных снарядах и неприемлема для управляемых реактивных снарядов (ракет), поскольку отделение двигателя начинается при превышении силой лобового сопротивления набегающего потока тяги двигателя при ее спаде, а поскольку двигатель еще работает, и под конец работы тонкая оболочка порохового заряда под действием боковых перегрузок рушится, при этом увеличивается площадь горения и возрастает давление, двигатель получает приращение тяги, и неизбежен удар по кормовой части маршевой ступени, что недопустимо.

Поэтому задачей предлагаемого изобретения является устранение указанных выше недостатков, а именно обеспечение надежного срабатывания механизма разделения ступеней реактивного снаряда по падению тяги двигателя (изменение осевого ускорения), при котором происходит надежное отделение двигателя от маршевой ступени без соударения.

Указанная задача достигается тем, что в реактивном снаряде с отделяемым двигателем, содержащем маршевую ступень и пристыкованный к ней двигатель с механизмом paзделения ступеней, в маршевой ступени перед механизмом разделения ступеней, параллельно продольной оси снаряда, установлен исполнительный механизм дистанционного инерционного действия, выполненный в виде токонепроводящего корпуса с неподвижной контактной группой, токопроводящего инерционного тела, запираемого силовой пружиной в сторону механизма разделения ступеней, при этом инерционное тело выполнено в виде цилиндра с внутренним конусным отверстием, переходящим в цилиндр, причем масса инерционного тела и силовая пружина рассчитаны из условия срабатывания при осевом ускорении, определяемом формулой:
(1)
где F/m = d - осевое ускорение реактивного снаряда;
F - рабочее усилие пружины в момент замыкания контактной группы;
m - масса инерционного тела;
X_м - сила лобового сопротивления маршевой ступени в момент отделения двигателя;
G_м - масса маршевой ступени в момент отделения двигателя;
X_д - сила лобового сопротивления двигателя в момент отделения маршевой ступени
G_д - масса двигателя в момент отделения маршевой ступени.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что данная конструкция реактивного снаряда с исполнительным механизмом дистанционного инерционного действия позволяет с большой точностью и надежностью обеспечить разделение ступеней реактивного снаряда по падению тяги двигателя без соударения ступеней.

На прилагаемом чертеже фиг. 1 приведена предлагаемая конструкция реактивного снаряда с отделяемым двигателем, где:
1 - маршевая ступень;
2 - двигатель;
3 - механизм разделения ступеней;
4 - исполнительный механизм дистанционного инерционного действия (фиг. 2);
5 - токонепроводящий корпус;
6 - токопроводящее инерционное тело;
7 - конусное отверстие, переходящее в цилиндр;
8 - силовая пружина;
9 - контактная группа.

Сборка и принцип работы реактивного снаряда с отделяемым двигателем заключается в следующем: в маршевую ступень 1 перед механизмом разделения ступеней 3, заранее состыкованным с двигателем 2, в разрыв электрической цепи, между источником тока и электровоспламенителем механизма разделения, устанавливают исполнительный механизм дистанционного инерционного действия 4, который состоит из токонепроводящего корпуса 5 с неподвижной контактной группой 9, токопроводящего инерционного тела 6 с внутренним конусным отверстием 7, переходящим в цилиндр, подпираемого силовой пружиной 8 в сторону механизма разделения ступеней 3.

При пуске реактивного снаряда на стартовом участке траектории полета инерционное тело 6 исполнительного механизма дистанционного инерционного действия 4 прижимается к торцу корпуса 5 силовой пружиной 8 и инерционной силой, за счет осевого ускорения снаряда при работающем двигателе 2. В конце работы двигателя 2 его тяга обнуляется и осевое ускорение снаряда меняет знак на обратный за счет торможения снаряда силами лобового сопротивления. При этом на инерционное тело действует сила F в направлении носика снаряда F = m • a (2), где m - масса инерционного тела, а d - осевое ускорение. Под действием этой силы инерционное тело 6 перемещается вдоль продольной оси в сторону носика снаряда, преодолевая усилие силовой пружины 8 и усилие сжатия контактов контактной группы 9, которые скользят по внутренней конусной поверхности 7 инерционного тела 6 и надежно улавливаются в цилиндрическом отверстии конуса, перемыкая контакты. При этом формируется электрическая цепь, по которой подается напряжение на электровоспламенитель механизма разделения ступеней 3, который срабатывает, при этом происходит отделение маршевой ступени 1 от двигателя 2.

При условии если сила силовой пружины 8 велика, а масса инерционного тела 6 мала, то возможны два варианта: либо не будет срабатывание исполнительного механизма 4, либо замыкание инерционного тела будет происходить c большим запаздыванием относительно момента времени окончания работы двигателя 2, что приведет к потере скорости реактивного снаряда за счет его торможения силами лобового сопротивления, действующими на двигатель большего калибра.

При условии если сила силовой пружины 8 мала, а масса инерционного тела 6 велика, то инерционное тело 6 может беспрепятственно перемещаться вдоль корпуса 5 под действием транспортных перегрузок при перевозках снарядов, что приведет к износу токопроводящего покрытия инерционного тела и контактов контактной группы 9, что снизит надежность исполнительного механизма. В этом случае также происходит срабатывание исполнительного механизма в конце работы стартового двигателя при спаде его тяги до величины немного меньшей сил лобового сопротивления, т. е. сигнал на срабатывание механизма разделения ступеней 3 поступит еще при наличии тяги двигателя, что приведет к соударению ступеней реактивного снаряда при их разделении. Поэтому, чтобы разделение ступеней происходило при неработающем двигателе, а также чтобы снаряд не находился в полете с пристыкованным неработающем двигателем значительное время, теряя при этом скорость, усилие силовой пружины и масса инерционного тела рассчитываются таким образом, чтобы обеспечить выдачу сигнала на механизм разделения ступеней реактивного снаряда строго в момент окончания работы двигателя.

Надежное несрабатывание исполнительного механизма на стартовом участке траектории полета вытекает из условия, когда

где d = F/m - ускорение, при котором происходит срабатывание исполнительного механизма дистанционного инерционного действия;
X_м - сила лобового (аэродинамического) сопротивления (сила торможения) маршевой ступени реактивного снаряда;
X_д - сила лобового (аэродинамического) сопротивления двигателя;
G_м - масса маршевой ступени реактивного снаряда;
G_д - масса двигателя реактивного снаряда.

Для реактивного снаряда на стартовом участке траектории полета осевое ускорение

где ΣX - суммарная сила лобового (аэродинамического) сопротивления;
ΣG - суммарная масса реактивного снаряда;
R - сила тяги двигателя;
Из формулы (4) следует, что R = ΣX - aΣG, где ΣX = X_м + X_д; ΣG = G_д + G_м;
осевое ускорение двигателя на стартовом участке:

Осевое ускорение, действующее на маршевую ступень ракеты a_м = X_м/G_м.

По условию разделения ступеней: d_д/d_м > 1 (5), подставляя в формулу (5) значения a_д и d_м, получим

Проводим преобразование этой формулы:
a • ΣG • G_м - X_мG_д > G_д•X_м;

т.е. a > X_м/G_м (6).

Объединяя формулы (3) и (6), получаем условие оптимального срабатывания исполнительного механизма дистанционного инерционного действия:

Источники информации
1. Большая Советская энциклопедия, том 7, второе издание. стр. 632 - 633 - аналог.

2. Заявка Франции N 2629583, МКИ⁵ A 42 B 15/00, опубл. 06.10.89 г. - прототип.

Изобретение относится к реактивным боеприпасам. Реактивный снаряд содержит маршевую ступень и пристыкованный к ней двигатель с механизмом разделения ступеней. Параллельно продольной оси снаряда установлен исполнительный механизм дистанционного инерционного действия. Механизм выполнен в виде токонепроводящего корпуса с неподвижной контактной группой и токопроводящего инерционного тела, поджатого силовой пружиной в сторону механизма разделения ступеней. Инерционное тело выполнено в виде цилиндра с внутренним конусным отверстием, переходящим в цилиндр. Масса инерционного тела и усилие силовой пружины рассчитаны по зависимости, приведенной в формуле изобретения, и обеспечивают выдачу сигнала на механизм разделения ступеней в момент окончания работы двигателя снаряда. Изобретение обеспечивает надежное отделение двигателя от маршевой ступени без соударения. 2 ил.

Реактивный снаряд с отделяемым двигателем, содержащий маршевую ступень и пристыкованный к ней двигатель с механизмом разделения ступеней, отличающийся тем, что в маршевой ступени перед механизмом разделения ступеней параллельно продольной оси снаряда установлен исполнительный механизм дистанционного инерционного действия, выполненный в виде токонепроводящего корпуса с неподвижной контактной группой, токопроводящего инерционного тела, запираемого силовой пружиной в сторону механизма разделения ступеней, при этом инерционное тело выполнено в виде цилиндра с внутренним конусным отверстием, переходящим в цилиндр, причем масса инерционного тела и силовая пружина рассчитаны из условия срабатывания при осевом ускорении, определяемом по формуле

где F/m = d - осевое ускорение реактивного снаряда;
F - рабочее усилие пружины в момент замыкания;
m - масса инерционного тела;
X_м - сила лобового сопротивления маршевой ступени в момент отделения двигателя;
G_м - масса маршевой ступени в момент отделения двигателя;
X_d - сила лобового сопротивления двигателя в момент отделения маршевой ступени;
G_d - масса двигателя в момент отделения маршевой ступени.