ЗАЖИГАТЕЛЬНАЯ ГОЛОВНАЯ ЧАСТЬ ВРАЩАЮЩЕЙСЯ РАКЕТЫ Российский патент 2001 года по МПК F42B12/44 

Изобретение относится к военной технике, а именно ракетам, и может быть использовано при разработке вращающихся ракет, в том числе реактивных снарядов систем залпового огня.

Как известно, в настоящее время проводятся работы по повышению эффективности поражения целей за счет применения ракет с боевыми частями, снаряженными жидким наполнителем на основе нефтепродуктов зажигательного действия, для огневого поражения боевой техники и живой силы противника. Одним из основных критериев эффективности ракет с такими боевыми частями является количество жидкого наполнения, а также точность и кучность доставки боевой части к цели, так как жидкое наполнение из-за неустойчивости формы и трудностей ее сохранения в полете приводит к случайному дисбалансу масс ракеты в зависимости от динамических процессов, сопровождающих ее полет, что может привести к потере устойчивости полета, снижению точности и кучности стрельбы и боевой эффективности в целом.

Известна головная часть ракеты, содержащая обтекатель, тонкостенный корпус с взрывчатым веществом и инициирующий заряд-взрыватель (см., например, Куров В. Д., Должанский Ю.М. Основы проектирования пороховых ракетных снарядов.- М.: Оборонгиз, 1961, с. 11, фиг. 1.7).

Такое техническое решение позволяет обеспечить доставку и подрыв боеприпаса у цели, конструкция его достаточна проста, однако эффективность боеприпаса не достаточна для получения требуемых параметров огневого поражения цели.

Таким образом, задача данного технического решения заключалась в доставке и подрыве боеприпаса у цели без обеспечения требуемых параметров огневого поражения.

Общими признаками с предлагаемой авторами зажигательной головной частью вращающейся ракеты являются наличие обтекателя, тонкостенного корпуса и инициирующего заряда.

Наиболее близкой по технической сути и достигаемому техническому результату является зажигательная головная часть вращающейся ракеты с относительным удлинением 8...12 калибров, снаряженная жидким наполнителем на основе нефтепродуктов и имеющая воздушную полость и устройство для разбрасывания и воспламенения наполнителя, принятая авторами за прототип (патент РФ N 2154799).

Такая конструкция головной части позволяет решать задачу огневого поражения цели за счет ее снаряжения жидким наполнителем, для компенсации температурного расширения которого она снабжена воздушной полостью, так как отсутствие воздушной полости при температурных колебаниях может приводить к нарушению целостности головной части. Кроме того, в ней с целью снижения вероятности случайного смещения воздушной полости в процессе полета, отрицательно влияющего на устойчивость движения и боевую эффективность ракеты в целом, носовая часть-обтекатель выполнена торцевой с радиусом округления, зависящим от размаха оперения ракеты.

Особенно остро вопрос о фиксации воздушной полости в жидкости стоит для головных частей ракет залпового огня, характеризующихся большими значениями стартовых перегрузок и наличием интенсивных колебательных и изгибных движений корпуса, обусловленных высокими относительными удлинениями ракеты и головной части.

Поэтому в этих условиях для головных частей большого удлинения необходима гарантированная фиксация местоположения воздушной полости в головной части, случайное нарушение которой ведет к появлению значительного дисбаланса масс в головной части и ракеты в целом, возникновению локальной неустойчивости полета ракеты и, как следствие, потере точностных характеристик стрельбы и невозможности огневого поражения цели.

Такое явление объясняется тем, что в условиях нестационарного вращения тел большого удлинения под действием осевых перегрузок и интенсивных колебаний корпуса ракеты наблюдаются динамические процессы, приводящие к нарушению положения воздушной полости в головной части ракеты, случайному перемещению содержимого головной части и, как следствие, к изменению углов атаки и явлению неустойчивости полета. Эти обстоятельства приводят к необходимости гарантированной фиксации местоположения воздушной полости в головной части, нарушение которой ведет к возникновению дисбаланса масс в головной части и, как следствие, потере устойчивости полета ракеты вплоть до схода ее с траектории.

Таким образом, задачей данного технического решения (прототипа) являлось повышение огневого поражения цели за счет доставки к цели жидкого наполнителя в головной части с учетом влияния возмущающих факторов, вызванных наличием в жидкостном наполнении воздушной полости, с предъявлением специальных требований по обеспечению ее фиксации и устойчивого полета ракеты на траектории.

Общими признаками с предлагаемой авторами зажигательной головной частью вращающейся ракеты являются обтекатель, тонкостенный корпус-бак с жидким наполнителем на основе нефтепродуктов и воздушной полостью, устройство для разбрасывания и воспламенения наполнителя.

В отличие от прототипа в предлагаемой головной часте в баке позади центра масс головной части на удалении от него, не превышающем 3D. размещена диафрагма с осесимметрично расположенными отверстиями, а устройство для разбрасывания и воспламенения наполнителя выполнено в тонкостенном цилиндрическом стакане, установленном вдоль продольной оси головной части между обтекателем и диафрагмой, при этом площадь отверстий в диафрагме составляет (0,0005...0,0015)η•S, а диаметр стакана составляет (0,25...0,3)D,
где η - вязкость наполнителя (численная величина в пуазах).

S - площадь поперечного сечения бака;
D - диаметр бака.

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 предлагаемого изобретения является повышение эффективности огневого поражения цели зажигательной головной частью за счет учета влияния стартовых осевых перегрузок и колебательных движений корпуса ракеты на поведение в жидком наполнителе головной части воздушной полости и повышение устойчивости полета вращающейся ракеты путем гарантированного фиксирования положения воздушной полости в жидком наполнителе на стартовом участке траектории ракеты.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известной головной части, содержащей обтекатель, тонкостенный корпус-бак с жидким наполнителем на основе нефтепродуктов и воздушной полостью, устройство для разбрасывания и воспламенения наполнителя, в баке позади центра масс головной части на удалении от него, не превышающем 3D, размещена диафрагма с осесимметрично расположенными отверстиями, а устройство для разбрасывания и воспламенения наполнителя выполнено в тонкостенном цилиндрическом стакане, установленном вдоль продольной оси головной части между обтекателем и диафрагмой, при этом площадь отверстий в диафрагме составляет (0,0005-0,0015)η•S, а диаметр стакана составляет (0,25-0,3)D,
где η - вязкость наполнителя;
S - площадь поперечного сечения бака;
D - диаметр бака.

Новая совокупность конструктивных элементов, а также наличие связей между деталями заявляемой зажигательной головной части вращающейся ракеты, позволяют, в частности, за счет выполнения:
- в баке позади центра масс головной части на удалении от него, не превышающем 3D, диафрагмы с осесимметрично расположенными отверстиями, площадь которых составляет (0,0005-0,0015)η•S - обеспечить демфирование колебаний наполнителя с параметрами, функционально связанными с важнейшим параметром наполнителя (вязкостью), благодаря чему течение наполнителя и перемещение в нем воздушной полости происходят без колебаний, отрицательно влияющих на полет ракеты. При площади отверстий, меньшей 0,0005η•S, замедляется процесс формирования центральной воздушной полости, вызывая дисбаланс масс ракеты на стартовом участке траектории. При площади отверстий, большей 0,0015η•S, диафрагма теряет демпфирующие свойства, в баке возникают колебания жидкого наполнителя, сопровождающиеся распадом воздушной полости на отдельные части (воздушные пузыри), вызывающим также дисбаланс масс и потерю устойчивости полета ракеты. Таким образом для придания ракете, снаряженной жидким наполнителем, устойчивости в полете необходимо, чтобы при вращении ракеты процесс раскручивания массы жидкого наполнителя происходил с образованием устойчивого центрального воздушного канала или вихревой воронки (воздушной полости) (см., например, Л.И.Седов. Механика сплошной среды. - М. : Наука, 1976 г. , т. II, с. 304), так как обеспечения устойчивого режима вращения жидкости (без разрушения вихревой воронки) связано с процессом поглощения жидкости вихревой воронкой и зависит от осевых перегрузок ракеты и физических свойств жидкости;
- устройства для разбрасывания и воспламенения наполнителя в тонкостенном цилиндрическом стакане, установленном вдоль продольной оси головной части между обтекателем и диафрагмой, с диаметром, составляющим (0,25-0,3)D, - ускорить процесс формирования центрального воздушного канала за счет помещения в зону задемпфированных колебаний наполнителя жесткого однородного стержня (стакана), вокруг которого происходит замедление течения наполнителя, последующий его отрыв от стержня и формирование вихревой воронки вокруг него. При диаметре стакана, меньшем 0,25D, площадь его цилиндрической поверхности оказывается недостаточной для эффективного торможения наполнителя и последующего формирования вихревой воронки. При диаметре стакана, большем 0,3D, нарушается однородность формируемой вокруг стакана вихревой воронки, имеют место ее локальные разрывы, повышающие вероятность возникновения собственных колебаний вихревой воронки, и потери устойчивости полета ракеты.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где изображен общий вид головной части.

Предлагаемая головная часть вращающейся ракеты содержит обтекатель 1, тонкостенный корпус-бак 2, жидкий наполнитель 3, стакан 4, устройство для разбрасывания и воспламенения наполнителя 5, воздушную полость 6, диафрагму 7. На чертеже обозначены: X_цт - положение центра тяжести головной части, X_д - положение диафрагмы, d - диаметр стакана, D - диаметр бака.

Вышеописанное устройство работает следующим образом.

После запуска ракета раскручивается, при этом центробежные силы и осевые перегрузки перемещают в баке 2 жидкое наполнение 3 без возникновения колебаний в осевом и радиальном направлениях благодаря диафрагме 7, а воздушная полость 6 размещается устойчиво вдоль стакана 4 по продольной оси головной части, принимая устойчивую форму вихревой воронки в фиксированном относительно центра масс головной части положении, и сохраняет его во всех диапазонах изменения параметров движения ракеты до подхода ее к цели, срабатывания устройства для разбрасывания и воспламенения наполнителя 5 и последующего огневого поражения цели.

Выполнение головной части в соответствии с изобретением позволило повысить эффективность огневого поражения в 3-4 раза, а также повысить точность и кучность доставки боевой части к цели на 20-30%.

Изобретение может быть использовано при разработке вращающихся ракет, в том числе реактивных снарядов реактивных систем залпового огня с зажигательными головными частями.

Указанный положительный эффект подтвержден испытаниями опытных образцов вращающихся ракет зажигательными головными частями, выполненными в соответствии с изобретением.

В настоящее время разработана конструктивная документация, проведены государственные испытания, намечено серийное производство.

Изобретение относится к военной технике, а именно к ракетам, и может быть использовано при разработке вращающихся ракет, в том числе реактивных снарядов реактивных систем залпового огня. Сущность изобретения заключается в том, что в зажигательной головной части, содержащей обтекатель, тонкостенный корпус-бак с жидким наполнителем на основе нефтепродуктов и воздушной полостью, устройство для разбрасывания и воспламенения наполнителя, в отличие от прототипа, согласно изобретению, в баке, позади центра масс головной части на удалении от него, не превышающем 3D, размещена диафрагма с осесимметрично расположенными отверстиями, а устройство для разбрасывания и воспламенения наполнителя выполнено в тонкостенном цилиндрическом стакане, установленном вдоль продольной оси головной части между обтекателем и диафрагмой, при этом площадь отверстий в диафрагме составляет (0,0005 - 0,0015)η•S, а диаметр стакана составляет (0,25 - 0,3)D, где η - вязкость наполнителя; S - площадь поперечного сечения бака; D - диаметр бака. Выполнение головной части в соответствии с изобретение позволило повысить эффективность огневого поражения в 3 - 4 раза, а также повысить точность и кучность доставки боевой части к цели на 20 - 30%. 1 ил.

Зажигательная головная часть вращающейся ракеты, содержащая обтекатель, тонкостенный корпус-бак с жидким наполнителем на основе нефтепродуктов и воздушной полостью, устройство для разбрасывания и воспламенения наполнителя, отличающаяся тем, что в баке, позади центра масс головной части на удалении от него, не превышающем 3D, размещена диафрагма с осесимметрично расположенными отверстиями, а устройство для разбрасывания и воспламенения наполнителя выполнено в тонкостенном цилиндрическом стакане, установленном вдоль продольной оси головной части между обтекателем и диафрагмой, при этом площадь отверстий в диафрагме составляет (0,0005 - 0,0015)η • S, а диаметр стакана составляет (0,25 - 0,3)D, где η - вязкость наполнителя; S - площадь поперечного сечения бака, м²; D - диаметр бака, м.