МНОГОСТУПЕНЧАТАЯ РАКЕТА Российский патент 2003 года по МПК B64G1/00 

Изобретение относится к ракетной технике, а более конкретно к твердотопливным многоступенчатым ракетам.

Известны твердотопливные ракеты различного вида базирования и типа целей /1/, например, класса "земля-земля", "воздух-воздух" и т.д., различной дальности: тактические, оперативно-тактические, средней или межконтинентальной дальности. Известны и другие классификации ракет.

В качестве ближайшего прототипа выбрана межконтинентальная баллистическая ракета РТ-2ПМ /2/ ракетного комплекса "Тополь". МБР РТ-2ПМ имеет три твердотопливные двигательные установки, инерциальную систему управления, полезный груз - моноблочную термоядерную головную часть. Недостатком данного прототипа является недостаточное энергомассовое совершенство.

Настоящим техническим предложением решается задача повышения энергомассового совершенства твердотопливной ракеты.

Указанная задача достигается тем, что многоступенчатая ракета содержит не менее двух последовательно соединенных ступеней с зарядами твердого топлива, систему управления, полезный груз. Первая ступень содержит двигательную установку. Передние торцевые части корпусов зарядов предыдущих ступеней выполнены разрушаемыми. Боковые части их корпусов оснащены устройствами захвата передней торцевой части корпуса заряда твердого топлива соответствующей последующей ступени. Заряд твердого топлива каждой последующей ступени выполнен со сгораемой боковой частью корпуса и передней торцевой частью, оснащенной ответной частью устройства захвата. Двигательная установка первой ступени оснащена двигательной установкой стыковки с передней торцевой частью корпусов зарядов твердого топлива последующих ступеней.

Боковая часть корпуса первой ступени оснащена устройством захвата передней торцевой части корпуса заряда твердого топлива каждой последующей ступени.

Устройство захвата передней торцевой части корпуса заряда твердого топлива соответствующей последующей ступени выполнено в виде продолжения боковых стенок корпуса предыдущей ступени, концы которых оснащены двухсторонними стреловидными элементами, и ответной части в виде продолжения передней торцевой части корпуса заряда последующей ступени, направленной навстречу предыдущей ступени и концы которой оснащены упорами, противоположно направленными стреловидным элементам предыдущей ступени.

Устройство захвата передней торцевой части корпуса заряда твердого топлива каждой последующей ступени выполнено в виде продолжения боковых стенок корпуса двигательной установки первой ступени, концы которых оснащены односторонними стреловидными элементами, и ответной части в виде продолжения передней торцевой части корпуса заряда последующей ступени, направленной навстречу первой ступени и концы которой оснащены упорами, противоположно направленными стреловидным элементам первой ступени.

Двигательная установка стыковки двигательной установки первой ступени с передней торцевой частью корпусов зарядов твердого топлива последующих ступеней может быть выполнена в виде жидкостной двигательной установки многократного включения или в виде твердотопливной установки с разделенными зарядами.

Двигательная установка первой ступени оснащена соплом с регулируемой степенью геометрического расширения.

На фиг.1-4 представлены примеры выполнения предлагаемой ракеты и ее частей.

На фиг. 1 показана многоступенчатая ракета, содержащая последовательно соединенные первую 1, вторую 2 и третью 3 ступени в виде твердотопливных двигательных установок (ДУ), систему управления 4 и полезный груз 5. На фиг. 2 представлена первая 1 и вторая 2 ДУ ракеты. Передние торцевые части 6 и 7 корпусов ДУ первой 1 и второй 2 ступеней выполнены разрушаемыми, боковые части их корпусов оснащены устройствами захвата 8 ДУ последующей ступени. Боковые части 9, 10 корпусов второй и третьей ДУ выполнены сгораемыми, их передние торцевые части оснащены ответной частью 11 устройства захвата, при этом ДУ первой ступени оснащена двигательной установкой 12 стыковки предыдущей ступени с последующей. Задние торцевые части ДУ 2, 3 второй и третьей ступеней не имеют прочного корпуса и сопловых блоков, для обеспечения безопасности они закрыты мембраной, сгорающей или разрушаемой при запуске соответствующих зарядов ДУ.

Разрушение передних торцевых частей 6 и 7 корпусов ДУ может быть обеспечено за счет создания ослабленных сечений, разрыва их путем задействования разрывных или прожигающих зарядов или сгорания ее после истечения определенного отрезка времени или по команде системы управления 4.

Защита боковых частей 9 и 10 ДУ 2 и 3 ступеней от внешних воздействий может быть обеспечена за счет размещения ракеты при старте в транспортно-пусковом контейнере, покрытия зарядов специальным лаком /5/ для предотвращения самовозгорания или выполнением оболочки зарядов из сгораемых или подверженных пиролизу материалов - картона, ткани, бумаги, резины, других эластомеров, полиэтилена, пластмассы и т.п.

Устройство захвата ДУ 8 (фиг.3) последующей ступени выполнено в виде продолжения 13 боковых стенок корпуса ДУ предыдущей ступени, концы которых оснащены одно- или двусторонними стреловидными элементами 14, и ответной части в виде продолжения 15 торцевой части ДУ последующей ступени, направленной навстречу предыдущей ступени, концы которой оснащены упорами 16, противоположно направленными стреловидным элементам 14 предыдущей ступени. На стреловидных элементах 14, упорах 16 или продолжении стенки 13 может быть выполнено уплотнение 17. Устройство захвата может быть выполнено по другому техническому решению, например, в виде соединения с замком, защелкой или резьбового соединения и т.п.

ДУ 12 стыковки предыдущей ступени с последующей может быть выполнена в виде жидкостной двигательной установки многократного включения /3/, двухкамерного РДТТ /3/ или в виде твердотопливной установки с разделенными зарядами (фиг. 4) и т.п., ДУ на фиг.4 имеет два заряда 18, разделенных диафрагмой 19.

Сопло 20 (фиг.1, 2) с регулируемой степенью геометрического расширения может быть выполнено по техническому решению, представленному в /3/, или другим образом.

Ракета разгоняет полезный груз следующим образом. Работающая ДУ 1 первой ступени разгоняет ракету до определенной скорости, по окончании ее работы система управления 4 подает команду на разрушение передней торцевой части 6 ДУ 1 первой ступени и запуск ДУ 12 стыковки предыдущей ступени с последующей. Передняя торцевая часть 6 ДУ 1 первой ступени разрушается и ее остатки вылетают через сопло. Под действием ДУ 12 стыковки предыдущей ступени с последующей в корпус ДУ 1 первой ступени заходит твердотопливный заряд второй ступени 2, боковая часть ДУ первой ступени устройством захвата соединяется с торцевой частью 7 ДУ второй ступени. Система управления 4 подает команду на выключение ДУ 12 стыковки предыдущей ступени с последующей или она отключается сама автоматически, а также на запуск ДУ 2 второй ступени, которая сообщает ракете дополнительную скорость. По окончании выгорания заряда ДУ 2 второй ступени система управления 4 подает команду на разрушение передней торцевой части 7 ДУ 2 второй ступени и запуск ДУ 12 стыковки предыдущей ступени с последующей. Передняя торцевая часть 7 ДУ второй ступени разрушается и ее остатки вылетают через сопло. Под действием ДУ 12 стыковки предыдущей ступени с последующей в корпус ДУ первой ступени заходит твердотопливный заряд третьей ступени 3, первая ступень 1 соединяется с торцевой частью ДУ 3 третьей ступени. Система управления 4 подает команду на выключение ДУ 12 стыковки предыдущей ступени с последующей или она отключается сама автоматически, а также на запуск ДУ 3 третьей ступени, которая сообщает ракете дополнительную скорость. Конечная скорость полезного груза 5 равна сумме трех скоростей, сообщаемых грузу от сгорания топлива ДУ соответствующих ступеней. Третья ступень вместе с частями первой и второй ступеней отделяются от полезного груза, который далее продолжает самостоятельное движение (полет).

Согласно /3/ повышение энергомассового совершенства ракеты может быть достигнуто уменьшением относительной массы ракетных блоков. Основную долю в относительной массе ракетного блока составляет коэффициент массового совершенства РДТТ α. Для современных стратегических ракет на твердом топливе относительная масса ракетного блока равна (1,1-1,2) α. В настоящее время согласно /4/ разработаны РДТТ, имеющие α=0,05-0,1. Создание многоступенчатой ракеты по предлагаемому техническому решению обеспечит снижение массы конструкции последующих ступеней ДУ на величину не менее 50% за счет исключения боковых стенок корпуса, что приведет к снижению не менее чем в 2 раза коэффициента α, а следовательно, к повышению энергомассового совершенства ракеты. Кроме этого, данное техническое решение позволяет сократить число отделяемых частей ракеты за счет исключения падения в целом виде ДУ последующих ступеней, что обеспечит сокращение площадей полей отчуждения при запуске таких ракет и повысит общую и экологическую безопасности запусков.

Список использованных источников
1. Энциклопедия для детей. Т. 14. Техника / Гл. ред. М.Д.Аксенова. - М.: Аванта+, 2000.

2. Карпенко А. В., Уткин А.Ф., Попов А.Д. Отечественные стратегические ракетные комплексы. - СПб, Невский бастион-Гангут, 1999.

3. Технические основы эффективности ракетных систем. Под ред. Е.Б.Волкова. - М.: Машиностроение, 1989.

4. Конструкция управляемых баллистических ракет. Колл. авт. - М.: Воениздат, 1969.

5. Мураховский В.И., Федосеев С.Л. Оружие пехоты: Справочник. - М.: Арсенал-Пресс, 1992.

Изобретение относится к ракетной технике, а точнее к твердотопливным многоступенчатым ракетам. Передние торцевые части корпусов зарядов предыдущих ступеней ракеты выполнены разрушаемыми. Боковые части корпусов оснащены устройствами захвата передней торцевой части корпуса заряда твердого топлива соответствующей последующей ступени. Заряд твердого топлива каждой последующей ступени выполнен со сгораемой боковой частью корпуса и передней торцевой частью. Двигательная установка первой ступени оснащена двигательной установкой стыковки с передней торцевой частью корпусов зарядов твердого топлива последующих ступеней. Боковая часть корпуса первой ступени оснащена устройством захвата передней торцевой части корпуса заряда твердого топлива каждой последующей ступени. Устройство захвата передней торцевой части корпуса заряда твердого топлива соответствующей последующей ступени выполнено в виде продолжения боковых стенок корпуса предыдущей ступени. Двигательная установка стыковки двигательной установки первой ступени с передней торцевой частью корпусов зарядов твердого топлива последующих ступеней может быть выполнена в виде жидкостной двигательной установки многократного включения или твердотопливной установки с разделенными зарядами. Такое выполнение ракеты позволяет значительно снизить массу ее конструкции. 6 з.п.ф-лы, 4 ил.

1. Многоступенчатая ракета, содержащая не менее двух последовательно соединенных ступеней с зарядами твердого топлива, систему управления, полезный груз, при этом первая ступень содержит двигательную установку, отличающаяся тем, что передние торцевые части корпусов зарядов предыдущих ступеней выполнены разрушаемыми, боковые части их корпусов оснащены устройствами захвата передней торцевой части корпуса заряда твердого топлива соответствующей последующей ступени, при этом заряд твердого топлива каждой последующей ступени выполнен со сгораемой боковой частью корпуса и передней торцевой частью, оснащенной ответной частью устройства захвата, при этом двигательная установка первой ступени оснащена двигательной установкой стыковки с передней торцевой частью корпусов зарядов твердого топлива последующих ступеней. 2. Многоступенчатая ракета по п.1, отличающаяся тем, что боковая часть корпуса первой ступени оснащена устройством захвата передней торцевой части корпуса заряда твердого топлива каждой последующей ступени. 3. Многоступенчатая ракета по п.1, отличающаяся тем, что устройство захвата передней торцевой части корпуса заряда твердого топлива соответствующей последующей ступени выполнено в виде продолжения боковых стенок корпуса предыдущей ступени, концы которых оснащены двусторонними стреловидными элементами, и ответной части в виде продолжения передней торцевой части корпуса заряда последующей ступени, направленной навстречу предыдущей ступени, концы которой оснащены упорами, противоположно направленными стреловидным элементам предыдущей ступени. 4. Многоступенчатая ракета по п.2, отличающаяся тем, что устройство захвата передней торцевой части корпуса заряда твердого топлива каждой последующей ступени выполнено в виде продолжения боковых стенок корпуса двигательной установки первой ступени, концы которых оснащены односторонними стреловидными элементами, и ответной части в виде продолжения передней торцевой части корпуса заряда последующей ступени, направленной навстречу первой ступени, концы которой оснащены упорами, противоположно направленными стреловидным элементам первой ступени. 5. Многоступенчатая ракета по п.1, отличающаяся тем, что двигательная установка стыковки двигательной установки первой ступени с передней торцевой частью корпусов зарядов твердого топлива последующих ступеней выполнена в виде жидкостной двигательной установки многократного включения. 6. Многоступенчатая ракета по п.1, отличающаяся тем, что двигательная установка стыковки двигательной установки первой ступени с передней торцевой частью корпусов зарядов твердого топлива последующих ступеней выполнена в виде твердотопливной установки с разделенными зарядами. 7. Многоступенчатая ракета по п.1, отличающаяся тем, что двигательная установка первой ступени оснащена соплом с регулируемой степенью геометрического расширения.