ЗЕНИТНАЯ УПРАВЛЯЕМАЯ РАКЕТА Российский патент 2004 года по МПК F42B15/00 

Изобретение относится к ракетной технике, а именно к устройству зенитных управляемых ракет (ЗУР), и может быть использовано, в частности, в переносных зенитных ракетных комплексах (ПЗРК) для поражения низколетящих целей - самолетов и вертолетов.

В настоящее время постоянно совершенствуются средства защиты летательных аппаратов, в том числе обеспечивается снижение уязвимости и упрочнение их конструкции. Актуальным в данных условиях является изыскание путей существенного увеличения поражающего осколочно-фугасного действия ЗУР, в том числе малогабаритных, без изменения для данного конкретного комплекса габаритов, массы и баллистических характеристик ракеты.

Известна ЗУР к переносному комплексу "Стингер" (США), широко используемому на театрах военных действий. "Стингер" содержит осколочно-фугасную БЧ, твердотопливный двигатель[1, 2]. Известны различные модификации ракеты к этой системе как с контактным, так и с неконтактным взрывателями. В случае контактного взрывателя эффект поражающего действия может быть увеличен за счет задержки инициирования БЧ и тем самым обеспечения срабатывания ее внутри конструкции летательного аппарата. Однако вероятность контакта ракеты с целью невелика из-за сложности конструкции задержки и тем самым снижается и надежность действия всего комплекса. Характеристики "Стингера": длина ПУ - 1,52 м, диаметр заряда топлива - 63 мм, общая масса 15 кг.

В известной ракете АТСР "Мистраль" (Франция) с осколочно-фугасной БЧ и твердотопливным двигателем [2] увеличение поражающего действия воздушных целей достигается за счет увеличения массы взрывчатого вещества (ВВ) и осколочных элементов в БЧ и использования лазерного датчика цели, поэтому "Мистраль" имеет значительно большие габаритно-массовые параметры (20 кг - масса ракеты, 40 кг - масса всего комплекса).

В качестве прототипа взята отечественная зенитная управляемая ракета, содержащая двигатель с зарядом твердого топлива в его корпусе, боевую часть и взрыватель [3] . Ракета имеет малую массу (10 кг) и вместе с пусковой трубой транспортируется и запускается с плеча одним оператором. Ракета предназначена для использования в переносном комплексе (ПЗРК) "Стрела".

Известна также усовершенствованная ракета "Стрела", где за счет использования лазерного датчика повышается вероятность и эффективность поражения при подрыве внутри летательного аппарата и обеспечение подрыва БЧ с максимальной эффективностью на промахе [4].

Особенностью всех указанных выше систем является то, что решение по некоторому повышению эффективности боевого действия ракеты ограничивается модернизациями в системах наведения и инициирования БЧ, в то время как собственно поражающее действие обеспечивается только за счет энергии взрыва ограниченного заряда взрывчатого вещества, наполняющего БЧ.

Известно, что заряд топлива полностью сгорает в двигателе только на предельных расстояниях стрельбы или промахе. Несгоревшая часть топлива из типовых перхлоратных составов с инертным связующим, используемых в ЗУР, разбрасывается и относительно медленно сгорает, не внося вклада в поражающее действие, т.е. при подрыве БЧ она является, в сущности, балластом.

В основу настоящего изобретения положена задача создания ЗУР с существенно повышенной эффективностью осколочно-фугасного действия практически без изменения ее габаритно-весовых и баллистических характеристик.

Технический результат от использования изобретения заключается в повышении поражающего действия ракеты за счет подрыва топлива, не успевшего сгореть к моменту подрыва БЧ.

Технический результат достигается тем, что в зенитной управляемой ракете, включающей двигатель с зарядом твердого топлива в корпусе, боевую часть и взрыватель согласно изобретению заряд твердого топлива выполнен из детонационно-способного состава, а между корпусом двигателя и боевой частью размещается узел подрыва твердого топлива, представляющий собой заряд-детонатор из взрывчатого вещества, установленный на торце корпуса двигателя, и звено передачи детонации, один торец которого контактирует с боевой частью, а другой - с зарядом-детонатором.

В частном случае для обеспечения оптимального сочетания детонационных характеристик и безопасности использования ЗУР комплекса заряд-детонатор и звено передачи детонации выполнены из флегматизированного октогена, ЗД имеет форму цилиндра с диаметром не менее одного критического диаметра детонации ТТ и высотой не менее 0,3 критического диаметра детонации ТТ, ЗПД имеет цилиндрическую или ленточную форму, а используемое в ЗУР твердое топливо содержит 10-25 мас.% взрывчатого вещества гексогена.

Анализ опубликованных источников информации подтвердил неизвестность заявленного устройства ракеты, что свидетельствует о его соответствии критерию патентоспособности.

Наличие узла подрыва ТТ в ЗУР является совершенно новым признаком, и техническое требование к детонационной способности ТТ, используемых в них, выдвигается впервые.

В США известно использование смесевых детонационно-способных ТТ в крупногабаритных ракетах [5] . Но это свойство не самоцель, а является нежелательным следствием использования ВВ (в основном октогена) для повышения энергосодержания состава ТТ. При этом содержание октогена в топливах достигает 40 и более мас.% и, кроме того, в США он широко используется как в перхлоратных топливах на неактивном горючем, так и в уже детонационно-способных двухосновных составах с ВВ-пластификаторами (нитроглицерин) - составы NЕРЕ, ХLDВ и др. [5].

Однако подобные составы неприемлемы для использования в ЗУР вследствие слишком высокой возбудимости к детонации и, следовательно, повышенной взрывоопасности в обращении, особенно с малогабаритными комплексами. Во-вторых, ввод в них октогена приводит к нестабильному горению зарядов в двигателях ЗУР.

Существенность отличительных признаков изобретения (по п.1) объясняется следующим образом.

Выполнение заряда ТТ из способного к детонации состава и наличие узла подрыва ТТ позволяет резко повысить эффективность, например, осколочно-фугасного действия ракеты за счет той части заряда ТТ, которая в большинстве (до 90%) случаев остается неизрасходованной, и по массе может существенно, в 2-3 раза, превышать массу заряда ВВ в БЧ.

По пункту 2 формулы.

Условия наиболее надежного инициирования зарядов топлив при минимизации размеров УП и оптимальном сочетании детонационной способности зарядов ТТ и его эксплуатационной взрывобезопасности в составе комплекса должны составлять:
а) диаметр цилиндрического ЗД должен быть не менее одного критического диаметра детонации топлива, т.к. с уменьшением очага воздействия (диаметр ЗД) критическая амплитуда ударной волны возрастает и превышает давление детонации штатных ВВ, т.е. исключает инициирование даже при непосредственном контакте с топливом;
б) высота ЗД должна составлять не менее 0,3 критического диаметра детонации топлива (dк), что обеспечивает необходимую длительность инициирующей ударной волны (не менее ширины зоны реакции, т.е. 0,3 по модели Дремина [9] );
в) детонационная способность топлива должна обеспечиваться в заданных габаритах двигателя ракеты, т.е. dк должен быть меньше диаметра заряда ТТ, а критическое давление возбуждения детонации (Рк) должно обеспечить надежность инициирования ТТ от УП, в том числе через стенку и другие конструктивные элементы двигателя. Одновременно детонационная способность ТТ не должна превышать по dк и Рк гарантии взрывобезопасности обращения с ракетным комплексом, особенно переносного типа (исключать детонацию при попадании осколков, пуль и т.п.).

Уровень характеристик для ТТ исходя из технических требований к комплексам ЗУР должен обеспечивать dк=20-30 мм и Pк=1,9-2,1 ГПа.

Ввод в типовую рецептуру твердого топлива в ЗУР гексогена - менее мощного, чем октоген ВВ, но обладающего более высокой способностью к возбуждению детонации [6, 7], позволяет достичь указанных оптимальных значений dк и Рк при небольшом его содержании.

Так, например, при замещении в стандартной перхлоратной композиции (перхлорат аммония - 68%, алюминий - 15%, полимерная связка - 7%) части перхлората на гексоген уже при содержании его в количестве 10% dк топлива снизился до 5,4 см [7], что меньше диаметра заряда в прототипе [3].

Таким образом, необходимые детонационные характеристики достигаются в диапазоне содержания гексогена в типовом перхлоратном ТТ в количестве 10-25 мас. %. Такое сравнительно невысокое количество гексогена обеспечивает и необходимую степень взрывобезопасности при изготовлении и эксплуатации таких ТТ и одновременно упрощает при его вводе корректировку типовых перхлоратных рецептур для конкретных ракет для сохранения требуемых по ТЗ габаритных, баллистических, технологических и других свойств.

Цели и преимущества настоящего изобретения станут понятны из следующего детального описания примера его осуществления и прилагаемых чертежей, на которых:
фиг. 1 изображает общий вид зенитной управляемой ракеты, фиг.2 - установку для проведения наземных испытаний узла подрыва твердого топлива, моделирующего вариант инициирования ЗПД и далее ЗД и заряда ТТ от капсюля - электродетонатора (ЭД), подключаемого в цепь взрывателя БЧ.

Зенитная управляемая ракета (фиг.1) содержит отсек самонаведения 1, аппаратурный отсек 2, взрыватель 3, размещенный в корпусе (не показан) отсека боевой части 4 (БЧ) наряду с зарядом ВВ 5, бесканальный заряд 6 детонационно-способного смесевого твердого топлива ТТ, размещенный в корпусе 7 маршевого двигателя. Между корпусом 7 двигателя и боевой частью 4 размещен узел подрыва (УП) твердого топлива, оставшегося от заряда ТТ 6. Узел подрыва ТТ включает заряд-детонатор (ЗД) 8 (он же взрывной генератор) и звено передачи детонации (ЗПД) 9. Заряд-детонатор 8 выполнен в виде цилиндра, а звено передачи детонации 9 - в виде цилиндра или в виде ленты, причем ЗПД 9 контактирует одним своим торцем с торцевой частью БЧ 4, а другим торцем - контактирует (укреплен на) с ЗД 8. ЗД 8 и ЗПД 9 выполнены из мощного ВВ, например, флегматизированного октогена (окфола). ЗД 8 имеет диаметр не менее критичекого диаметра детонации топлива dк, а высота не менее 0,3 dк. Стенка торца корпуса 7 двигателя и технологические прокладки 10 находятся в промежутке между ЗД 8 и зарядом ТТ 6. ЗПД 9 покрыт легкой оболочкой (картон, пластик). Перхлоратное смесевое твердое топливо содержит гексоген в количестве 10-25 мас.%.

Одним из вариантов конструкции предусматривается контактирование ЗПД 9 одним из торцев с взрывателем 3 БЧ 4 через капсюль-электродетонатор (ЭД) 11 (фиг.2).

Возможны варианты исполнения изобретения, при котором заряд твердого топлива имеет канал.

Ракета функционирует следующим образом:
после пуска, наведения, полета и подлета ракеты на заданное расстояние от цели и подрыва заряда ВВ 3 БЧ от продуктов детонации ВВ или ударной волны в корпусе 4 БЧ практически одновременно инициируется детонация в ЗПД 9 (в варианте с электродетонатором 11 инициирование ЗПД 9 происходит при подаче на ЭД 11 электрического импульса от взрывателя 3 БЧ), затем по нему детонация передается на ЗД 8 и формируемая им ударная волна через торец корпуса 7 и прокладки 10 инициирует детонацию заряда ТТ 6, не успевшего сгореть к моменту подрыва БЧ, чем существенно усиливается общее с БЧ разрушающее действие по цели.

Преимуществом использования детонационно-способных смесевых топлив для предельно возможного увеличения взрывного эффекта также является термодинамическая сбалансированность их состава, повышающая при наличии алюминия энергосодержание и соответственно величину тротилового эквивалента взрыва до 1,5-1,8, что значительно выше, чем у штатных бризантных ВВ, используемых в БЧ.

Эффект взрыва остатков твердого топлива с учетом его повышенного тротилового эквивалента может достигать 3-4,5 от массы заряда БЧ, при этом в 1,5-2,5 раза увеличиваются радиус поражения, а также степень разрушения при одинаковом расстоянии от цели сравнительно с ЗУР на недетонационно-способном топливе. Увеличение радиуса поражения повышает также надежность всего комплекса ЗУР, т.к. сводит к минимуму неизбежные статистические разбросы в системах наведения и инициирования БЧ.

Для проверки работоспособности предлагаемого изобретения проводились следующие испытания:
а) наземные модельные испытания на установке в варианте инициирования детонации топлива от подрыва капсуля-электродетонатора (КЭ) 11 (фиг.2). Оценивалось общее время - t_cp: от начала инициирования детонации в ЗПД 9 от КЭ 11, на который в натурной ЗУР подается электрический импульс от взрывателя 3 БЧ, и прохождения ее по ЗПД 9, ЗД 8, затем движение ударной волны через стенку корпуса 7 двигателя и набор технологических прокладок 10, выхода ее на торец отрезка образца детонационно-способного ТТ на основе перхлората аммония с гексогеном и, наконец, его инициирования в режиме детонации с фиксацией на скоростном фоторегистре СФР.

Прокладки толщиной порядка 1 мм по количеству в последних опытах с запасом в 2-3 раза превосходили допустимо количество, снаряжаемое в боевое изделие. В таблице приведены результаты этих экспериментов, из которых следует, что во всех опытах установлено надежное инициирование заряда топлива с микросекундными задержками, о чем свидетельствуют высокоскоростные фотографии (на СФР) процесса и подтверждают осциллограммы записей воздушных ударных волн.

б) Наземные испытания по воздействию на имитатор цели (алюминиевый лист 2 мм с конструкционным каркасом). Покрывались отдельно БЧ и БЧ остатком топлива (d= 50 мм, длина 300 мм) по схеме эксперимента фиг.2. Установлено значительное повышение площади разрушения цели в 2-3 раза сравнительно с действием одного БЧ.

в) Проведены полномасштабные наземные испытания натурных ЗУР с детонацией остатка (l=300 мм) топлива, подтвердившие существенное (в несколько раз) увеличение разрушающего эффекта по схеме компоновки ракеты, предлагаемой в изобретении.

Изобретение может быть использовано в малогабаритных зенитных ракетах индивидуального пользования и других малогабаритных ракетных системах с боевой частью преимущественно осколочно-фугасного действия.

Источники информации
1. Soldat and Technuk. 1980, 23 1, стр.44.

2. Зенитные ракетные и ракетно-пушечные комплексы капстран (обзор иностранной печати) под ред. С.Н.Федосеева. Научно-информ. центр, 1986, стр. 72-78.

3. Переносной ЗРК 9к38, ТО и инструкция по эксплуатации КБМ. М.: Воениздат, (прототип).

4. Патент RU 2111445 C1, МПК 6 F 42 B 15/00, оп. 20.05.98.

5. 7-й Симпозиум по детонации, США, 1980 г.

6. К.К.Андреев, А.Ф.Беляев "Теория ВВ". М.: Оборонгиз, 1960, стр.318.

7. Детонация ВВ. Под ред. А.А.Борисова. Изд. Мир, 1981.

8. К.Юхансон, П.Персон "Детонация ВВ". М.: Мир, 1973.

9. А. Н.Дремин, С.Д.Савров и др. Детонационные волны в конденсированных средах. М.: Наука, 1970.

Изобретение относится к ракетной технике и может быть использовано, в частности, в переносных зенитных ракетных комплексах для поражения низколетящих целей - самолетов и вертолетов. Ракета содержит двигатель с зарядом твердого топлива в корпусе, боевую часть и взрыватель. Заряд твердого топлива выполнен из детонационно-способного состава. Между корпусом двигателя и боевой частью размещен узел подрыва твердого топлива, представляющий собой заряд-детонатор из взрывчатого вещества, установленный на торце корпуса двигателя, и звено передачи детонации. Один торец звена передачи детонации контактирует с боевой частью, а другой - с зарядом-детонатором. Заряд-детонатор и звено передачи детонации могут быть изготовлены из флегматизированного октогена. Заряд-детонатор может быть выполнен в форме цилиндра с диаметром не менее одного и высотой не менее 0,3 критического диаметра детонации твердого топлива. Звено передачи детонации может иметь форму цилиндра или ленты, а используемое твердое топливо содержать от 10 до 25 мас.% гексогена. Такое выполнение ракеты позволяет повысить ее поражающее действие. 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 2 ил.

1. Зенитная управляемая ракета, включающая двигатель с зарядом твердого топлива в корпусе, боевую часть и взрыватель, отличающаяся тем, что заряд твердого топлива выполнен из детонационно-способного состава, а между корпусом двигателя и боевой частью размещен узел подрыва твердого топлива, представляющий собой заряд-детонатор из взрывчатого вещества, установленный на торце корпуса двигателя, и звено передачи детонации, один торец которого контактирует с боевой частью, а другой - с зарядом-детонатором.2. Зенитная управляемая ракета по п.1, отличающаяся тем, что заряд-детонатор и звено передачи детонации изготовлены из флегматизированного октогена, заряд-детонатор выполнен в форме цилиндра с диаметром не менее одного и высотой не менее 0,3 критического диаметра детонации твердого топлива, звено передачи детонации имеет форму цилиндра или ленты, а используемое твердое топливо содержит от 10 до 25 мас.% гексогена.