ОТДЕЛЯЕМАЯ ГОЛОВНАЯ ЧАСТЬ РЕАКТИВНОГО СНАРЯДА Российский патент 2001 года по МПК F42B12/00 F42B12/02 

Изобретение относится к области ракетной техники, а именно к реактивным снарядам систем залпового огня (РСЗО).

Объект изобретения представляет собой отделяемую головную часть (ОГЧ) повышенной эффективности со стабилизатором в виде парашюта к реактивному снаряду.

Для повышения боевой эффективности ОГЧ за счет получения требуемого осколочного поля необходимо обеспечить парирование начальных угловых возмущений при отделении ее от носителя и вертикальный подход к грунту с нулевыми углами атаки (см. , например, Гогин В., Федосеев А. Перспективы развития реактивных систем залпового огня. - "Зарубежное военное обозрение", N 1, 1995 г.; Анисимов В. Боеприпасы с высокоточными боевыми элементами. - "Зарубежное военное обозрение". N 11, 1994 г.).

Амплитуда колебаний и балансировочное значение угла атаки влияют на угол подхода ОГЧ к грунту. Это связано с тем, что при ее движении с балансировочным углом атаки появляется подъемная сила, которая приводит к изменению траектории движения. Устройство стабилизации и торможения ОГЧ должно обладать минимально возможной массой и габаритами.

Стабилизация ОГЧ возможна с помощью раскрывающихся стабилизаторов, например, как в снаряде М-21 ОФ (см. Боевая машина БМ-21. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. - М.: Военное издательство МО СССР, 1977 г., с. 74-75). Стабилизатор содержит раскрывающиеся дугообразные лопасти.

Недостатком ОГЧ с таким стабилизатором является небольшой (C_x ≈ 0,2... 0,4) коэффициент лобового сопротивления, что не позволяет обеспечить требуемое торможение и вертикальный подход к грунту.

Кроме того, такой стабилизатор обладает значительным весом и имеет габариты до 30...40% длины ОГЧ.

Форма носовой части ОГЧ обычно идентична форме носовой части снаряда и выполнена заостренной с целью снижения сопротивления и увеличения дальности стрельбы.

Наиболее компактными для торможения и стабилизации ОГЧ являются парашюты. Их преимущество по сравнению с раскрывающимися жесткими устройствами увеличивается по мере увеличения веса ОГЧ.

В аэродинамике парашюта для безразмерного коэффициента силы лобового сопротивления обычно используют обозначение C_п и при его определении за характерную площадь принята площадь купола (см. Динамика движения парашютных систем. - М.: Машиностроение, 1982 г., с. 8). Величина его зависит от конструктивных параметров, формы купола, диаметра купола в раскрое на плоскость, удаления от корпуса груза и т.п.

Наиболее распространенной формой купола парашюта является круглая.

Известна, например, конструкция спускаемого груза на парашюте (см. Р.А. Стасевич. Основы проектирования и расчет грузовых парашютных систем. Ленинградская военно-инженерная академия им. А.Ф. Можайского, 1969 г., с. 17), содержащая корпус груза с заостренной носовой частью, парашют с круглым куполом.

Известна также конструкция устройства по заявке Великобритании N 1548081 по кл. F 42 B 13/38, 23/04 опубл. в 1979 г. в бюллетене "Изобретения в СССР и за рубежом", N 12, 1979 г., с. 7, выбранная заявителем в качестве прототипа, содержащая цилиндрический корпус с заостренной носовой частью, парашют с круглым куполом, полюсное отверстие, стропы и узел их крепления к корпусу.

Такая конструкция устройства позволяет обеспечить снижение скорости боеприпаса при подходе к цели, но не позволяет получить нулевые углы атаки, а, следовательно, требуемый угол подхода к цели.

Таким образом, задачей данного технического решения являлось торможение боеприпаса без обеспечения нулевых углов атаки и требуемого угла подхода к цели.

Общими признаками с заявляемым техническим решением являются наличие корпуса с заостренной носовой частью, парашюта с круглым куполом и полюсным отверстием.

Для ОГЧ характерным является наличие угловых возмущений (угла атаки) в момент отделения от реактивного снаряда, лежащих в пределах 0-180^o.

Требуемые размеры парашюта для стабилизации и торможения ОГЧ гораздо меньше, чем у спасательных парашютов, а при их определении необходимо учитывать влияние геометрических параметров корпуса ОГЧ, взаимное влияние его и парашюта в процессе динамики движения относительно центра тяжести при парировании больших углов атаки (α = 0^°...180^o).

Движение системы груз-парашют даже в простейших случаях описывается сложной системой нелинейных дифференциальных уравнений. Эти уравнения не имеют аналитического решения, и поэтому анализ их производится приближенными аналитическими методами (см. Динамика движения парашютных систем. - М.: Машиностроение, 1982 г., с. 86).

Опыт отработки ОГЧ с различными типами стабилизаторов показывает, что на динамику вращательного движения ОГЧ относительно центра тяжести на поведение купола парашюта существенно влияют такие факторы, как геометрические параметры и координата центра тяжести ОГЧ удаление купола парашюта от корпуса, утлы атаки.

Поэтому разработка конструкции ОГЧ с парашютом повышенной устойчивости, имеющей минимальные размеры и вес парашютного отсека, а, следовательно, повышенную боевую эффективность за счет увеличения веса боевой части, обеспечения нулевых углов атаки и требуемого угла подхода к цели, является актуальной задачей.

В отличие от прототипа в предлагаемой отделяемой головной части реактивного снаряда парашют снабжен кольцевым поясом, диаметр входного сечения которого выбран в пределах 0,35...0,8 диаметра купола, ширина пояса 0,25... 0,35 диаметра купола, а полюсное отверстие выполнено диаметром 0,15...0,28 диаметра купола, прячем диаметр купола парашюта составляет не менее 4,5d_мC_т, а расстояние от донного среза корпуса до входного сечения кольцевого пояса составляет 7. . .11 диаметров корпуса и отношение длины заостренной носовой части к длине корпуса находится в пределах 0,20...0,55, где С_т=X_ц.т./L - относительная координата центра тяжести отделяемой головной части, X_ц.т. - расстояние от передней части корпуса до центра тяжести, L - длина корпуса, d_м - диаметр корпуса.

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 создание отделяемой головной части реактивного снаряда с парашютом повышенной боевой эффективности за счет получения минимальных габаритов и веса парашюта при обеспечении необходимой устойчивости и надежного парирования любых начальных угловых возмущений при отделении от реактивного двигателя, обеспечение нулевых углов атаки и требуемого угла подхода к цели.

Указанный технический результат достигается тем, что в отделяемой головной части реактивного снаряда, содержащей корпус с заостренной носовой частью, парашют с круглым куполом и полюсным отверстием, согласно изобретению парашют снабжен кольцевым поясом, диаметр входного сечения которого выбран в пределах 0,35...0.8 диаметра купола, ширина пояса 0,25...0,35 диаметра купола, а полюсное отверстие выполнено диаметром 0,15...0,28 диаметра купола, причем диаметр купола парашюта составляет не менее 4,5d_мС_т, а расстояние от донного среза корпуса до входного сечения кольцевого пояса составляет 7...11 диаметров корпуса и отношение длины заостренной носовой части к длине корпуса находится в пределах 0,20...0,55, где C_т=X_ц.т./L - относительная координата центра тяжести отделяемой головной части, Х_ц.т. - расстояние от передней части корпуса до центра тяжести, L - длина корпуса, d_м - диаметр корпуса.

Авторы предлагаемого изобретения провели большой объем теоретических и экспериментальных исследований на моделях и натурных макетах ОГЧ в аэродинамических трубах, летные испытания.

Исследования в аэродинамических трубах на натурных макетах ОГЧ проведены при скоростях потока до 120 м/с, охватывающих весь диапазон ее у цели, углах атаки 0^o...180^o.

Исследовано влияние геометрических параметров купола парашюта, геометрических параметров корпуса, удаления парашюта от корпуса на динамику возмущенного движения.

Кроме того, на уменьшенных моделях проведены испытания влияния следа за корпусом ОГЧ на аэродинамические характеристики объектов за ним при различном их удалении. Установлено, что при удалении купола парашюта от ОГЧ свыше 11 калибров ОГЧ увеличения С_п практически не происходит.

Полученные результаты позволили выявить влияние доминирующих факторов на параметры динамики возмущенного движения ОГЧ, определить необходимые геометрические параметры парашюта для обеспечения надежного парирования любых начальных угловых возмущений, лежащих в пределах 0...180^o, обеспечить нулевые значения углов атаки у цели, а, следовательно, требуемый угол подхода ОГЧ к цели, от которого зависит ее боевая эффективность.

Например, круглый парашют с отношением площади купола к площади миделевого сечения корпуса = 8 при удалении от корпуса на расстояние 6d_м независимо от начальных угловых возмущений приводит к появлению незатухающих колебаний с амплитудой 5^o относительно балансировочного угла атаки 3^o (V=80 м/с). Баллистические расчеты показывают, что наличие суммарного угла атаки 8^o приводят к уменьшению угла подхода ОГЧ к грунту с 90^o до 70^o. Боевая эффективность за счет этого снижается на 40%. Увеличение расстояния до купола свыше 11 калибров приводит к исчезновению колебаний.

Изменение параметра с 2 до 3 при удалении купола 7,7 d_м от корпуса ОГЧ приводит к изменению С_п на 10%, при расстоянии 9d_м значения С_п увеличиваются всего на 3%.

Установлено, что требуемые геометрические параметры парашюта минимальны при наименьшем дестабилизирующем продольном моменте корпуса ОГЧ относительно центра тяжести, который зависит от соотношения длины носовой части и всего корпуса (l_н/L), а также от относительной координаты центра тяжести C_т. Смещение центра тяжести к кормовой части ОГЧ приводит к уменьшению плеча стабилизирующего момента парашюта и, как следствие, к увеличению диаметра купола.

Так, при l_н/L=0,2 значение относительной координаты C_т=0,59. Увеличение соотношения длин до 0,55 приводит за счет увеличения C_т к уменьшению плеча стабилизирующего момента парашюта в 1,2 раза. О характере изменения продольного момента корпуса ОГЧ можно судить по коэффициент продольного момента mαz

. Например, на дозвуковой скорости полета, характерной для большей части траектории движения, при l_н/L = 0,2 коэффициент mαz = 0,8. Уменьшение соотношения длин до 0,15 приводит к увеличению mαz на 15%, а увеличение l_н/L до 0,55 (С_т = 0,66) приводит к его уменьшению на 25%. Дальнейшее увеличение соотношения длин приводит также к уменьшению объема боевой части, что в совокупности с увеличением объема и веса парашюта снижает боевую эффективность ОГЧ.

Новая совокупность конструктивных элементов, а также наличие связей между параметрами корпуса ОГЧ и парашюта позволяют, в частности, за счет выполнения:
- кольцевого пояса у парашюта с диаметром входного сечения, равным 0,35. . . 0,8 диаметра купола, шириной 0,25...0,35 диаметра купола - повысить устойчивость купола в потоке, обеспечить нулевые углы атаки корпуса ОГЧ, а следовательно, требуемый угол подхода ее к цели, обеспечить неизменность формы купола и, как следствие, минимальный разброс коэффициента сопротивления и скорости подхода к цели;
- диаметра полюсного отверстия парашюта в пределах 0,15...0,28 диаметра купола - обеспечить устойчивость парашюта в потоке, его наполняемость во всем требуемом диапазоне скорости полета, снизить аэродинамические нагрузки в момент ввода;
- диаметра купола парашюта не менее 4,5d_мC_т - обеспечить надежное парирование любых начальных угловых возмущении ОГЧ при отделении от реактивного двигателя, при этом геометрические параметры, вес парашюта и парашютного отсека в целом минимальны;
- расстояния от донного среза корпуса до входного сечения кольцевого пояса, равным (7...11)d_м - обеспечить максимальный коэффициент лобового сопротивления С_п парашюта и исключить влияние аэродинамического следа за корпусом ОГЧ на аэродинамические характеристики и поведение парашюта:,
- отношения длины заостренной носовой части корпуса к суммарной длине корпуса, равным 0,20...0,55, - обеспечить минимальный дестабилизирующий момент корпуса, что является необходимым условием для применения парашюта с минимальными геометрическими параметрами для стабилизации ОГЧ и получения нулевых углов атаки, получить минимальный вес парашютного отсека и увеличить вес боевой части.

Увеличение диаметра купола парашюта свыше величины 4,5d_мC_т, приводит к уменьшению времени парирования начальных угловых возмущений ОГЧ при отделении ее от реактивного двигателя, обеспечивает нулевые углы атаки и требуемый угол подхода к цели.

Выполнение диаметра купола менее 4,5d_мC_т приводит к ухудшению устойчивости ОГЧ, появлению ее колебаний и ненулевых балансировочных углов атаки, что не позволяет получить требуемый угол подхода ОГЧ к цели.

При расстоянии от донного среза корпуса до входного сечения кольцевого пояса менее 7d_м парашют оказывается в аэродинамическом следе корпуса, вызывающем его хаотическую раскачку и, как следствие, колебания самого корпуса. Наличие значительных углов атаки (>5^o) приводит к снижению боевой эффективности за счет уменьшения требуемого угла подхода к цели, нарушению нормального функционирования, рикошету.

Увеличение расстояния между кольцевым поясом и корпусом свыше 11d_м нецелесообразно, так как это не приводит к увеличению стабилизирующих свойств парашюта, коэффициента сопротивления, а увеличивает его вес и объем парашютного отсека.

Выполнение диаметра входного сечения кольцевого пояса менее 0,35D приводит к нарушению формы купола в потоке, уменьшению силы сопротивления, разбросу аэродинамических характеристик и точек падения ОГЧ, снижению скорости и уменьшению угла подхода к цели, что в совокупности снижает боевую эффективность ОГЧ.

При диаметре входного сечения кольцевого пояса свыше 0,8D наблюдается раскачка купола в процессе колебания ОГЧ в переходном режиме, уменьшается его устойчивость в потоке при наличии утла атаки. Также не повышает устойчивости купола в потоке кольцевой пояс шириной менее 0,25D при наличии полюсного отверстия (0,15...0,28)D.

Увеличение ширины пояса свыше 0,35D приводит к уменьшению диаметра его входной части, что снижает несущие свойства парашюта и не обеспечивает нулевые углы атаки ОГЧ, уменьшает коэффициент сопротивления и угол подхода ОГЧ к цели, что снижает ее боевую эффективность.

Выполнение отношения длины заостренной носовой части корпуса к суммарной его длине менее 0,2 приводит к увеличению дестабилизирующего момента за счет смещения координаты центра давления к носовой части. Для компенсации момента необходимо увеличивать площадь купола. Кроме того, увеличивается лобовое сопротивление снаряда с такой ОГЧ и уменьшается дальность стрельбы, что снижает боевую эффективность ОГЧ и реактивного снаряда.

Увеличение отношения длины заостренной носовой части корпуса к суммарной его длине свыше 0,55 приводит к смещению координаты центра тяжести ОГЧ к кормовой части, что уменьшает плечо стабилизирующего момента парашюта. Для компенсации этого необходимо увеличивать габариты парашюта и вес отсека. Кроме того, происходит уменьшение объема боевой части и снижается боевая эффективность ОГЧ.

При диаметре полюсного отверстия купола парашюта свыше 0,28 диаметра купола происходит нарушение функционирования парашюта, купол теряет свою форму и начинает складываться. Кроме того, снижается коэффициент сопротивления, появляется разброс аэродинамических характеристик ОГЧ и точек ее падения, уменьшается устойчивость парашюта и не обеспечиваются нулевые углы атаки ОГЧ, уменьшается угол подхода к цели, что снижает боевую эффективность ОГЧ.

Выполнение диаметра полюсного отверстия менее 0,15D приводит к увеличению нагрузок на купол в момент ввода, увеличивается коэффициент динамичности (до 2 единиц и более), что приводит к необходимости увеличивать прочность всех элементов парашюта (строп, каркаса купола и т.п.), в результате чего увеличивается вес и объем парашюта, уменьшается вес боевой части.

Сущность изобретения поясняется чертежами (фиг. 1, фиг. 2). На фиг.1 представлен общий вид ОГЧ PC с парашютом, на фиг. 2 показана развертка купола парашюта на плоскость.

Отделяемая головная часть состоит из корпуса 1 с заостренной носовой частью 2, парашюта 3, включающего круглый купол 4 с полюсным отверстием 5, кольцевой пояс 6. Длина заостренной носовой части 2 составляет 0,2... 0,55 суммарной длины L корпуса. Диаметр D купола 4 в развертке на плоскость (фиг. 2) составляет не менее 4,5d_мC_т, а расстояние от донного среза корпуса 1 до входной части кольцевого пояса равно (7...11)d_м. Отношение диаметра d_вх входного сечения пояса 6 к диаметру развертки купола D выполнено в пределах 0,35. ..0,8, а ширина кольцевого пояса выбрана в пределах 0,25...0,35 диаметра D купола 4. Диаметр полюсного отверстия 5 составляет (0,15...0,28)D.

Функционирование предлагаемой ОГЧ происходит следующим образом.

В заданной точке траектории полета реактивного снаряда отделяют головную часть от реактивного двигателя. После отделения корпус 1 головной части за счет возмущений при разделении и наличия дестабилизирующего момента носовой части 2 совершает нестабилизированный полет. Затем в набегающий поток воздуха вводят парашют 3 и происходит раскрытие купола 4. За счет полюсного отверстия 5 уменьшаются динамические нагрузки на парашют 3 и корпус 1 головной части. Кольцевой пояс 6 раскрытого парашюта 3 увеличивает величину стабилизирующего момента относительно центра тяжести корпуса 1 головной части, которая начинает совершать затухающие колебания и стабилизироваться. За счет оптимального выбора геометрических параметров парашюта, удаления купола от корпуса обеспечивается устойчивый полет ОГЧ с нулевым углом атаки, торможение и подход к цели с требуемым углом.

В соответствии с предлагаемым изобретением разработана ОГЧ для снаряда, идентичного М-210Ф. Длина парашютного отсека не превышает 15% суммарной длины. Это позволило использовать ее в снаряде с увеличенной (в 1,5...2,0 раза) дальностью стрельбы по сравнению со снарядом М-210Ф. Уменьшение габаритов и веса парашюта позволило увеличить вес боевого отсеки ОГЧ. Боевая эффективность ОГЧ повышена на 15%.

В настоящее время ведется разработка рабочей конструкторской документации, запланированы изготовление и испытание опытных образцов реактивных снарядов с предлагаемой ОГЧ.

Изобретение относится к реактивным боеприпасам систем залпового огня. Отделяемая головная часть реактивного снаряда содержит корпус с заостренной носовой частью и парашют с круглым куполом, полюсным отверстием и кольцевым поясом. Головная часть снаряда и элементы парашюта выполнены с размерами, определяемыми по соотношениям, приведенным в описании изобретения. Изобретение позволяет повысить боевую эффективность снаряда за счет уменьшения габаритов и веса парашюта при обеспечении необходимой устойчивости. 2 ил.

Отделяемая головная часть реактивного снаряда, содержащая корпус с заостренной носовой частью, парашют с круглым куполом и полюсным отверстием, отличающаяся тем, что парашют снабжен кольцевым поясом, диаметр входного сечения которого выбран в пределах 0,35 - 0,8 диаметра купола, ширина пояса - 0,25 - 0,35 диаметра купола, а полюсное отверстие выполнено диаметром 0,15 - 0,28 диаметра купола, причем диаметр купола парашюта составляет не менее 4,5d_мС_т, а расстояние от донного среза корпуса до входного сечения кольцевого пояса составляет 7 - 11 диаметров корпуса и отношение длины заостренной носовой части к длине корпуса находится в пределах 0,20 - 0,55, где С_т = Х_ц.т./L - относительная координата центра тяжести отделяемой головной части, Х_ц.т. - расстояние от передней части корпуса до центра тяжести, L - длина корпуса, d_м - диаметр корпуса.