КАССЕТНАЯ БОЕВАЯ ЧАСТЬ Российский патент 2003 года по МПК F42B12/62 F42B10/56 

Изобретение относится к области ракетной техники и может быть использовано преимущественно при разработке кассетных боевых частей (КБЧ) с крупногабаритными боевыми элементами, снабженными парашютной системой стабилизации (ПСС).

Одним из направлений существенного увеличения эффективности действия реактивных систем залпового огня является создание боеприпасов кассетного типа, обеспечивающих вскрытие их в заданной точке траектории и стабилизированный подход боевых элементов к поражаемой поверхности, например, за счет использования ПСС. Разработка такого типа боеприпасов требует решения традиционных задач, связанных с поиском рациональных конструктивных решений, обеспечивающих надежное функционирование изделия при максимальной простоте исполнения и минимальных значениях габаритно-массовых характеристик.

По заявке ФРГ 3913171 (кл. F 42 В 10/56, 25.10.90 г., ИСМ, вып.81, 10, 1991 г. , стр.4) известны суббоеприпасы (БЭ), выталкиваемые с летающего объекта. Боевые элементы соединены с парашютом, имеющим стропы, с помощью соединительного устройства. Между БЭ и парашютом после его натяжения во время начальной фазы возможно нежелательное относительное вращение. Для его компенсации соединительное устройство имеет соединительный орган, который в натянутом состоянии парашюта ориентирован перпендикулярно к оси натянутого парашюта. Суббоеприсы отличаются тем, что между соединительным органом и соседним с ним концевым участком закрученных строп имеется соединительное устройство, позволяющее сбалансировать вращающие моменты, зависящие от угла закручивания строп и силы, действующей на парашют.

Такое конструктивное исполнение решает частную аэродинамическую задачу по устранению нежелательного относительного вращения между БЭ и парашютом, возникающего в начальный момент заполнения парашюта. Однако решение поставленной задачи связано с необходимостью использования дополнительного соединительного устройства, что увеличивает пассивную массу суббоеприпасов и летающего объекта.

Следовательно, задача данного устройства сводилась к компенсации относительного вращения между стабилизируемым БЭ и парашютом, нежелательного для такого типа боеприпасов.

Общими признаками с предлагаемой авторами конструкцией КБЧ является наличие боевых элементов, снабженных парашютами.

По заявке Германии 4023628 (кл. F 42 В 12/58,10/56, опубл. 30.01.92 г., ИСМ, вып.81, 5, 1992 г., стр.2) известен объект (БЭ) с парашютом, выталкиваемый из носителя. Боевой элемент с упакованным сзади парашютом выталкивается из носителя. Раскрытие парашюта, сложенного в упаковочном мешке и запрессованного в плоском открытом полом цилиндре парашютной кассеты осуществляется (после зависящей от назначения выдержки времени) при освобождении БЭ из носителя. Для этого запорные элементы, радиально проходящие за упаковочным мешком, для съемного крепления упаковочного мешка в кассете охватывают его в виде лент, параллельных стенкам кассеты, и крепятся на среднем участке дна кассеты. При освобождении зажимных элементов запорные элементы освобождаются наружу под действием центробежной силы в радиальное положение и натягиваются через свободную торцевую поверхность стенки кассеты. Благодаря этому упаковочный мешок, запрессованный в кассету, выходит из нее настолько далеко, что захватывается окружающим воздушным потоком и полностью выходит из кассеты.

Указанная конструкция решает задачу раскрытия парашюта, сложенного в упаковочном мешке (чехле) и размещенного в открытом полом цилиндре (контейнере), за счет съемного крепления упаковочного мешка посредством ленточных запорных элементов и освобождаемых зажимных элементов. Однако практическое использование рассмотренного предложения является затруднительным, так как парашют запрессован в открытом полом цилиндре, не исключающим действие высокотемпературных продуктов сгорания на ткань парашюта.

Общими признаками с предлагаемой авторами конструкцией является наличие боевых элементов с парашютными отсеками, выполненными в виде цилиндрического контейнера с парашютами, уложенными в чехле.

Наиболее близкой по технической сущности решения является конструкция боеприпаса, известная по патенту Франции 2684754 (кл. F 42 В 12/62, 10/56, опубл. 11.06.93 г., ИСМ, вып.81, 5, 1994 г., стр.7) и принятая за прототип.

Изобретение касается снаряда-носителя, донная часть которого служит контейнером парашюта. Снаряд содержит боевые элементы (БЭ), расположенные в ряд один за другим, и закрыт в донной части фланцем. Каждый из боевых элементов снабжен контейнером, содержащим сложенный парашют. Отделение каждого из боеприпасов от контейнера своего парашюта обеспечивает развертывание парашюта. Контейнер парашюта боевого элемента, расположенного в задней части снаряда, образован фланцем снаряда.

Описанное конструктивное решение обладает простотой исполнения и обеспечивает вскрытие парашюта за счет отделения каждого из БЭ от контейнера своего парашюта. Однако практическая реализация такого конструктивного решения для снарядов систем залпового огня является нецелесообразной, так как при этом велика вероятность соударения смежных боевых элементов, запутывание строп и повреждение купола парашютов раскрытым блоком стабилизации отработавшего двигателя, имеющего (по отношению к БЭ с раскрывающимся парашютом) большую инерционную скорость. Последнее обуславливает возможность догона и повреждения БЭ или парашютов. Следовательно, задачей рассмотренного конструктивного решения являлось введение в действие парашютов боеприпасов, у которых отсутствуют пассивные элементы конструкции в процессе вскрытия на траектории.

Общими признаками с предлагаемой конструкцией КБЧ является наличие обтекателя, оболочки с доньями, боевых элементов с парашютными отсеками, выполненными в виде цилиндрического контейнера с парашютом и крышкой, диафрагм, пороховых зарядов, поршня, узла форсирования, временного и взрывательных устройств.

В отличие от прототипа в предлагаемой авторами конструкции боевой части:
- каждый боевой элемент снабжен компенсаторами максимальных перегрузок, размещенными на донном торце элемента и выполненными в виде радиальных выштамповок, количество которых определяется из соотношения

где ΔР_mах - максимальный перепад давления по длине кассеты;
S_эл - площадь поперечного сечения боевого элемента;
F₁ - усилие начала деформации одного компенсатора;
m_ин - суммарная масса наседающих элементов в оболочке;
n_пр - предельно допускаемые перегрузки на элемент;
g - ускорение свободного падения;
К_Д - коэффициент демпфирования нагрузки.

Контейнер выполнен с обнижением и ориентирован в сторону обтекателя.

Крышка контейнера снабжена разъемным соединением в виде плоских пружинных лапок, установленных с возможностью взаимодействия с кольцевой проточкой на внутренней поверхности контейнера. При этом крышка скреплена с одной стороны с диафрагмой через упругое промежуточное кольцо, а с другой стороны - с чехлом парашюта посредством гибкой связи.

Диафрагма выполнена с диаметром, превышающим диаметр обнижения контейнера не менее чем в 1,05 раза, а диаметр промежуточного кольца не менее чем в 1,1 раза.

Указанные отличительные признаки, на которые распространяется испрашиваемый объект правовой защиты, являются существенными и достаточными для достижения нового технического результата.

Задачей предлагаемого изобретения является разработка конструкции кассетной боевой части с уменьшенными габаритно-массовыми характеристиками за счет упрощения механизмов вскрытия ПО и снижения перегрузок, действующих на БЭ в процессе функционирования боевой части.

Указанный технический результат достигается тем, что в конструкцию известной КБЧ, содержащей обтекатель, оболочку с доньями, крупногабаритные БЭ с ПО, выполненными в виде цилиндрического контейнера с парашютом и крышкой, диафрагмы, пороховые заряды, узел форсирования, временное и взрывательное устройства, введены новые узлы, новая совокупность конструктивных элементов, изменены их взаимное расположение и связи. В частности, снабжение боевых элементов компенсаторами максимальных перегрузок, размещенными на донном торце элемента и выполненными в виде радиальных объемных выштамповок полуцилиндрической формы, позволяет за счет правильно выбранного количества компенсаторов n, деформируемых с усилием F₁, снять максимальные инерционные нагрузки (m_инgn_пр)К_Д, действующие на боевые элементы в процессе разделения и, тем самым, снизить нагрузки на корпус БЭ, дно, оболочку а, в конечном итоге, либо уменьшить массу КБЧ в целом, либо увеличить массу полезной нагрузки.

Причем, учитывая предысторию процесса разделения, характеризующуюся наличием перепада давления по длине боевой части ΔP_mах, а следовательно, и осевой силы ΔP_mахS_эл, количество компенсаторов должно быть не менее что соответствует целостности конструкции до отстрела БЭ ИЗ оболочки. В указанных выражениях:
К_Д - коэффициент демпфирования нагрузки;
S_эл - площадь поперечного сечения боевого элемента;
m_ин - суммарная масса наседающих элементов в оболочке;
gn_пp - максимальные ускорения БЭ в процессе разделения.

При этом в предлагаемой конструкции КБЧ крышка контейнера снабжена разъемным соединением в виде плоских пружинных лапок, установленных с возможностью взаимодействия с кольцевой проточкой на внутренней поверхности контейнера, и скреплена с одной стороны с диафрагмой через упругое промежуточное кольцо, а с другой стороны - гибкой связью с чехлом парашюта. Такое конструктивное решение позволяет:
-обеспечить фиксацию крышки и герметичность парашютного контейнера до момента вскрытия его на траектории;
-уменьшить действие силовых нагрузок на конструктивные элементы ПО (крышку и контейнер) за счет демпфирующего действия упругого промежуточного кольца и, тем самым, сократить пассивную массу БЭ;
-осуществить вскрытие парашютного контейнера при незначительных силовых воздействиях на крышку, что исключает необходимость использования специальных механизмов вскрытия ПО после выхода БЭ из оболочки и позволяет использовать аэродинамические силы и моменты для вскрытия и вытяжки парашюта;
-использовать для снятия крышек и вытяжки (посредством гибкой связи) чехлов с парашютами инерционные силы диафрагм, осуществляющих независимое движение относительно ПО после вскрытия БЭ на траектории. Одновременно обнижение диаметра контейнера и выполнение диафрагм с диаметром, превышающем диаметр промежуточного кольца в 1,05 и 1,10 раза соответственно, позволяет получить значения аэродинамических сил и моментов, необходимые для надежного вскрытия ПО (разъем стыковочного соединения и вытяжка парашюта) на траектории. Это обеспечивается организацией дефлекторной зоны Б, образованной смежными поверхностями диафрагмы, крышки и промежуточного кольца, и позволяющей за счет эффективного торможения набегающего потока воздуха получить необходимые условия для сдергивания крышки с парашютного отсека. При соотношениях, меньших указанных выше, падение полного давления в дефлекторной зоне и аэродинамическое сопротивление диафрагмы становится незначительным.

Одновременно за счет ориентации парашютных отсеков в сторону обтекателя обеспечивается возможность задержки процесса вскрытия парашютных отсеков и отход боевых элементов друг от друга на безопасное расстояние, при котором исключается соударение БЭ и спутывание парашютных строп соседних элементов.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид КБЧ, на фиг.2 представлен разрез конструкции по парашютному отсеку, а на фиг.3 - поперечное сечение КБЧ в зоне компенсаторов максимальных перегрузок.

Кассетная боевая часть содержит обтекатель 1, оболочку 2 с доньями 3 и 4, диафрагмы 5, пороховые заряды 6 и 7, узел форсирования 8, временное 9 и взрывательное 10 устройства и боевые элементы 11 с парашютами 12, размещенными в контейнерах 13 с крышками 14.

На донном торце каждого боевого элемента размещены компенсаторы максимальных перегрузок 15 в виде радиальных выштамповок, количество которых определяется (как это следует из указанной выше формулы) суммарной массой наседающих элементов в оболочке m_ин и предельно допускаемым значением перегрузки на элемент n_пp.

Парашютный контейнер выполнен с обнижением Д₂ и ориентирован в сторону обтекателя (т.е. находится в передней части БЭ).

Крышка ПО снабжена разъемным стыковочным соединением в виде плоских пружинных лапок 16, установленных с возможностью взаимодействия с кольцевой проточкой 17 на внутренней поверхности контейнера, и скреплена с одной стороны с диафрагмой через упругое промежуточное кольцо 18, а с другой стороны - гибкой связью 19 с чехлом парашюта 20.

Диафрагма выполнена с диаметром Д₁, превышающим диаметр обнижения контейнера Д₂ и диаметр промежуточного кольца Д₃, не менее чем в 1,05 и 1,10 раза соответственно.

Предлагаемая конструкция кассетной боевой части работает следующим образом.

В заданной точке траектории за счет срабатывания временного устройства 9 инициируется воспламенительный заряд 6, продукты сгорания которого через радиальные каналы в переднем дне 3 поступают в свободные объемы оболочки 2 и снимают ступень предохранения взрывательных устройств 10 боевых элементов 11. При этом действие максимального осевого усилия, возникающего за счет перепада давления по длине оболочки ΔР_max, парируется поджатием упругих промежуточных колец 18, размещенных между диафрагмами и крышками ПО.

Одновременно с заполнением свободных объемов оболочки продукты сгорания через каналы в дне 4 поступают в донный объем и воспламеняют вышибной заряд 7. Продукты сгорания заряда действуют на дно 4 и при величине давления, соответствующего усилию разрушения узла форсирования 8, начинается вскрытие КБЧ, сопровождающееся выходом БЭ из оболочки.

В процессе вскрытия КБЧ в зависимости от условий стрельбы (температуры заряда, точности изготовления конструкции и др.) могут реализовываться два варианта поведения боевых элементов с компенсаторами 15, а именно:
-при величине перегрузок, не превышающих предельно допускаемые перегрузки на элемент n_пр, компенсаторы не деформируются и поджатие БЭ не осуществляется;
-при величине перегрузок, превышающих n_пр вследствие инерционного действия суммарной массы наседающих элементов (m_инg_пр), происходит деформация компенсаторов одного или более БЭ и демпфирование максимальной силовой нагрузки, исключающее разрушение корпусов боевых элементов.

Таким образом, за счет снижения величины действующей осевой силы, предоставляется возможность уменьшить толщины несущих элементов КБЧ (БЭ, дна, оболочки...) и снизить пассивную массу конструкции.

При вскрытии КБЧ боевые элементы в соответствии с исходной ориентацией выходят из оболочки парашютными отсеками вперед. Поэтому движение БЭ на начальном участке траектории является нестабилизированным, что приводит к свободному вращательному движению его до момента или положения, при котором действие аэродинамических сил становится существенным и соизмеримым с усилиями фиксации крышки ПО в контейнере. В этом случае за счет эффективного торможения набегающего потока в дефлекторной зоне Б, образованной максимально возможным диаметром диафрагмы Д₁, парашютного контейнера Д₂ и промежуточного кольца Д₃, обеспечиваются условия, необходимые для сдергивания крышки с парашютного отсека. Этот эффект поддерживается и усиливается за счет инерционных сил диафрагм 5, возникающих в процессе автономного вращательного движения БЭ на траектории.

Таким образом, в результате суммарного воздействия аэродинамических и инерционных сил осуществляется снятие крышки ПО и вытяжка парашюта, сопровождающееся, в конечном счете, стабилизацией БЭ на конечном участке траектории. При этом, поскольку процесс стабилизации происходит с некоторой задержкой, боевые элементы в процессе движения на начальном участке траектории отходят друг от друга на безопасное расстояние, при котором исключается их соударение и запутывание строп парашютов.

Из описанного выше следует, что перечисленные конструктивные особенности заявляемой боевой части позволяют разработать простую, надежно функционирующую конструкцию КБЧ минимального пассивного веса, что достигается за счет исключения механизмов вскрытия парашютных отсеков и компенсации максимальных перегрузок, действующих на боевые элементы в процессе разделения.

Указанный положительный эффект подтвержден результатами стендовых и летных испытаний опытных образцов КБЧ, изготовленных в соответствии с предлагаемым изобретением. В настоящее время разработана конструкторская документация, проведены государственные испытания, подготовлено серийное производство КБЧ.

Изобретение относится к области ракетной техники и может быть использовано при разработке кассетных боевых частей, снабженных стабилизируемыми крупногабаритными боевыми элементами. Сущность изобретения заключается в том, что в кассетной боевой части, содержащей обтекатель, оболочку с доньями, диафрагмы, пороховые заряды, узел форсирования, временное и взрывательное устройства и боевые элементы с парашютами, размещенными в контейнерах с крышками, на донном торце каждого боевого элемента размещены компенсаторы максимальных перегрузок в виде радиальных выштамповок, количество которых определяется из соотношения К_Д•(ΔР_max•S_эл/F₁)(n≤K_Д•(m_инgn_пр/F₁),
где левая часть определяет величину нагрузки на БЭ за счет перепада давления по длине кассеты, а правая - величину максимальных инерционных нагрузок. Парашютный контейнер выполнен с обнижением и ориентирован в сторону обтекателя. Крышка контейнера снабжена разъемным соединением в виде плоских пружинных лапок, установленных с возможностью взаимодействия с кольцевой проточкой на внутренней поверхности контейнера, и скреплена с одной стороны с диафрагмой через упругое промежуточное кольцо, а с другой стороны - гибкой связью с чехлом парашюта. Диафрагма выполнена с диаметром, превышающим диаметр обнижения контейнера и диаметр промежуточного кольца не менее чем в 1,05 и 1,10 раза соответственно. Использование предложенного конструктивного решения позволяет за счет исключения механизмов вскрытия парашютных отсеков и компенсации силовых нагрузок в процессе вскрытия снизить габаритно-массовые характеристики или увеличить полезную нагрузку разрабатываемой боевой части. 3 ил.

Кассетная боевая часть, содержащая обтекатель, оболочку с доньями, диафрагмы, пороховые заряды, узел форсирования, временное и взрывательные устройства и боевые элементы с парашютами, размещенными в контейнерах с крышками, отличающаяся тем, что на донном торце каждого боевого элемента размещены компенсаторы максимальных перегрузок в виде радиальных выштамповок, количество которых определяется из соотношения

где ΔP_max - максимальный перепад давления по длине кассеты;
S_эл - площадь поперечного сечения боевого элемента;
F₁ - усилие начала деформации одного компенсатора;
m_ин - суммарная масса наседающих элементов в оболочке;
n_пр - предельно-допускаемые перегрузки на элемент;
g - ускорение свободного падения;
К_Д - коэффициент демпфирования нагрузки,
парашютный контейнер выполнен с обнижением и ориентирован в сторону обтекателя, крышка снабжена разъемным соединением в виде плоских пружинных лапок, установленных с возможностью взаимодействия с кольцевой проточкой на внутренней поверхности контейнера, и скреплена с одной стороны с диафрагмой через упругое промежуточное кольцо, а с другой стороны - гибкой связью с чехлом парашюта, причем диафрагма выполнена с диаметром, превышающим диаметр обнижения контейнера и диаметр промежуточного кольца не менее чем в 1,05 и 1,10 раза соответственно.