РЕАКТИВНЫЙ СНАРЯД Российский патент 2006 года по МПК F42B12/24 F42B12/52 

Изобретение относится к боеприпасам, а более конкретно к реактивным снарядам с осколочно-фугасной боеголовкой, оболочка которого имеет канавки для равномерного дробления на осколки, являющейся объемнодетонирующей.

Уровень данной области техники характеризует объемнодетонирующий боеприпас, описанный в патенте US 3995550, F 42 В 13/14, 1976 г., который содержит тонкостенный корпус, жидкотекучий горючий наполнитель с центральным метательным зарядом, размещенным в оболочке детонатора, оснащенного демпфирующим вкладышем из пеноматериала.

Поражающее фугасное действие этого боеприпаса определяется формированием мощной ударной волны при детонации облака топливно-воздушной смеси из диспергированного метательным зарядом жидкотекучего горючего наполнения корпуса.

Недостатком описанного боеприпаса является низкое осколочное действие на прочные защищенные цели, так как при дроблении тонкостенного корпуса образуются мелкие осколки.

Для повышения эффективности осколочного поражающего действия боеприпаса на внутренней поверхности корпуса выполняют сетку полуготовых поражающих элементов посредством пересекающихся канавок (рифлей), ослабляющих стенку для заданного его дробления и организации направленного разлета осколков, имеющих необходимые массу и конфигурацию, обеспечивающих поражение легко защищенных преградой целей (см., например, US 6484642, F 42 B 12/22, 2002 г.).

Боеприпас, в котором совмещены оба вышеописанных технических решения, представлен в изобретении по патенту RU 2219481, F 42 B 12/20, 2002 г., который содержит корпус с жидкотекучим наполнителем (детонационноспособной смесью) и центральную оболочку с метательным зарядом, инициируемым головным взрывателем, при этом на внутренней поверхности корпуса сформированы рифлениями распределенные полуготовые поражающие элементы.

В этом боеприпасе оптимизированы геометрические соотношения метательного заряда и осколочного корпуса снаряда, а также плотность диспергируемой при взрыве горючей смеси для максимальной эффективности объемной детонации наполнения.

Недостатком описанного боеприпаса является неудовлетворительная эффективность основного действия, во-первых, из-за осевой потери части энергии взрыва метательного заряда, которая передается на балластный для поражающего действия реактивный двигатель, а во-вторых, нерегулярного дробления корпуса, в результате которого образуются конгломераты из нескольких полуготовых осколков и продольные удлиненные (сабельные) осколки.

Последнее обстоятельство служит причиной локальных струйных выбросов жидкотекучего наполнения, которое не полностью сгорает и детонирует, искажая форму аэрозольного облака детонационноспособной топливно-воздушной смеси, а массивные осколки неправильной формы быстро тормозятся в воздухе.

Отмеченные недостатки устранены в реактивном снаряде по патенту RU 2156953, F 42 В 12/20, 14/00, 2000 г., который по большинству совпадающих признаков выбран в качестве наиболее близкого аналога предложенному.

Известный реактивный снаряд содержит связанные между собой несущей обечайкой двигатель и удлиненную боевую часть с головным взрывателем, в рифленом внутри корпусе которой, наполненном детонационноспособной смесью, установлен осевой детонатор, оснащенный поперечным отражателем ударной волны, имеющим форму диафрагмы, причем корпус закрыт ввинтной в технологическое донное отверстие крышкой.

Жидкотекучая горючая композиция наполнения представляет собой взвесь алюминиевого порошка в горючей жидкости, которая прочной пленкой адгезионно связана с частичками порошка, образуя детонационноспособную смесь. Частички этой композиции наполнения не слипаются между собой при хранении и импульсном нагружении при взрыве.

Поперечная диафрагма, через окна которой передается ударная волна по заряду наполнения, расположенная за осевым детонатором, отражает прямую ударную волну, образованную при детонации метательного заряда, в результате чего корпус испытывает усиленную ступенчатую деформацию при наложении этих волн, охрупчивается и дробится (см. Ф.А.Баум и др. Физика взрыва, изд.2, переработанное, М., Наука, 1975).

Однако известному боеприпасу присущи следующие недостатки, вытекающие из конструктивного исполнения.

Затруднительно объективно визуально контролировать наполнение корпуса горючей смесью, при этом гарантированно не формируется технологически свободный объем для термического расширения жидкотекучей смеси наполнения при температуре эксплуатации до плюс 60 градусов С.

В результате возможной термической деформации резьбовых соединений корпуса с ввинтной крышкой и несущей обечайкой нарушается герметичность, а в результате - утечка наполнения, что небезопасно в целом для системы залпового огня и недопустимо.

Головная часть осколочного корпуса сферической формы, направляющая ударную волну вдоль заряда по корпусу, приводит к аэродинамическому торможению снаряда на полете и узконаправленному пучку поражающих элементов, что заметно уменьшает общее осколочное поле.

Неудовлетворительно по надежности консольное крепление детонатора в условиях поперечного динамического нагружения при транспортировке.

Фугасное действие боеприпаса снижается из-за практически мгновенной детонации горючей смеси наполнения при дроблении корпуса энергией метательного заряда из центра.

Воспламенение аэрозоля в облаке диспергированного детонатором наполнения корпуса боеголовки происходит за счет горячих продуктов метательного заряда, которые быстро охлаждаются на воздухе, поэтому объемная детонация по прототипу характеризуется неполнотой сгорания детонационноспособной смеси на периферии, что снижает эффективность термобарического поражения снаряда.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является устранение отмеченных недостатков для повышения функциональной надежности и эффективности комплексного поражающего действия боеприпаса.

Требуемый технический результат достигается тем, что в известном реактивном снаряде, содержащем связанные между собой несущей обечайкой твердотопливный двигатель и удлиненную боевую часть с головным взрывателем, в рифленом внутри корпусе которой, закрытом донной крышкой и наполненном детонационноспособной смесью, установлен осевой детонатор, оснащенный поперечной диафрагмой, согласно изобретению, в донной части корпуса, выполненного с оживальной головной частью, сформирована расширительная камера посредством заправочной юбки на несущей обечайке, а в осевом детонаторе, закрепленном на диафрагме через набор пластин, коаксиально установлен воспламенительный пиротехнический заряд, при этом рифления треугольного профиля, с углом при вершине 60 градусов, на внутренней поверхности корпуса выполнены в виде пересекающихся многозаходных спиралей, образуя сетку полуготовых поражающих элементов, материал которых по периметру упрочнен формообразующей пластической деформацией редуцирования оболочки корпуса на центральной инструментальной оправке, причем к заправочному торцу несущей обечайки примыкает сальник ввинтной крышки корпуса с жидкотекучим наполнением.

Отличительные конструктивные признаки обеспечили боеприпасу максимально возможное повышение поражающего действия фугасного и осколочного, в том числе за счет технологии формообразования редуцированием на корпусе снаряда полуготовых поражающих элементов.

Выполнение головной части корпуса удлиненного реактивного снаряда оживальной формы улучшает аэродинамические характеристики изделия, способствующие повышению дальности полета при формировании заданного осколочного поля с оптимальным углом склонения разлета поражающих элементов.

Расширительная камера в донной части корпуса, сформированная посредством заправочной юбки на несущей обечайке, гарантированно остается свободной от смеси наполнения, которой снаряжают корпус в вертикальном положении. При этом юбка служит визуальным технологическим мерником наполнения корпуса жидкотекучей горючей смесью, что упрощает эту трудоемкую операцию, проводимую на виброударной установке.

Расчетный свободный объем расширительной камеры корпуса обеспечивает термическое расширение композиции наполнения без деформирования соединительных узлов элементов снаряда во всем температурном диапазоне эксплуатации изделия.

Выполнение донной крышки в виде ввинтного сальника в заправочном окне несущей обечайки обеспечивает надежное изолирование объема корпуса снаряда, наполненного жидкотекучей взвесью детонационноспособной смеси, при его хранении и эксплуатации.

Закрепление осевого детонатора на поперечной диафрагме повышает жесткость конструкции и надежность функционирования снаряда.

Жесткое фиксированное положение осевого детонатора на поперечной диафрагме относительно структурных элементов боеголовки обеспечивает формирование симметричного осколочного поля и облака топливно-воздушной смеси правильной формы, в котором равномерно распределены продуктами детонации фрагменты пиротехнического воспламенительного заряда - инициаторы объемной детонации диспергированного наполнения снаряда.

Коаксиальное размещение внутри детонатора воспламенительного пиротехнического заряда обеспечивает его диспергирование в виде многочисленных локализованных очагов инициирования объемной детонации топливно-воздушной смеси формируемого аэрозольного облака, превышающего в 80-150 раз калибр снаряда.

Сгорая в дефлаграционном режиме при детонации метательного заряда, жидкая компонента наполнения снаряда разогревает диспергируемый при этом металлический порошок, что обеспечивает полноту сгорания наполнения и повышает чувствительность детонационноспособного аэрозоля.

Объемная детонация топливно-воздушной смеси облака аэрозоля формирует резкий скачок уплотнения, который оказывает большое фугасное действие, осуществляя термобарическое поражение.

В случае срабатывания снаряда в замкнутом объеме зданий, сооружений, боевой техники на разрушенные ударной волной конструктивные несущие элементы дополнительно действует встречная волна схлопывания от созданного взрывом разряжения внутри аэрозольного облака, которая завершает разрушения и поражение барического характера.

Набор пластин на торце осевого детонатора служит для компенсации технологических зазоров при установке заданного расстояния головного взрывателя до осевого детонатора, а также демпфирует механическое воздействие ударной волны на диафрагму.

Пластины в наборе амортизатора характеризуются тем, что выполнены из чередующихся разных упругих и пластичных материалов для компенсации разрушающего действия ударной волны на границах раздела и гашения отраженной волны внутри соответственно.

Высокотехнологичный способ прессового формирования сетки полуготовых поражающих элементов с упрочнением материала по их периметру организует заданное дробление корпуса на осколки аэродинамической формы.

Треугольное поперечное сечение винтовых канавок (рифлей), с углом при вершине 60 градусов, является оптимальным по условиям трения для автоматического свинчивания инструментальных оправок, а также минимизирует энергетические затраты на дробление оболочки посредством образующегося в этик канавках так называемого газового клина для пластического сдвига ее металла, обеспечивающего адекватность деления корпуса на осколки согласно технологическому формированию локализаторов разрушающих деформаций.

Формирование сетки полуготовых поражающих элементов посредством пересекающихся многозаходных спиральных рифлей, которые наклонены к продольной текстуре материала трубчатого корпуса, обеспечивает равномерное его дробление при радиальном нагружении энергией метательного заряда, в результате чего достигается максимальная скорость поражающих элементов и равная плотность осколочного поля.

Следовательно, каждый существенный признак необходим, а их совокупность является достаточной для достижения новизны качества в виде эффекта суммы признаков, неприсущего им в разобщенности.

Проведенный сопоставительный анализ предложенного технического решения с выявленными аналогами уровня техники, из которого изобретение явным образом не следует для специалиста по боеприпасам, показал, что оно не известно, а с учетом возможности промышленного серийного изготовления ракетных снарядов, можно сделать вывод о соответствии критериям патентоспособности.

Сущность предложенного изобретения поясняется чертежом, который имеет чисто иллюстративные цели и не ограничивает объема притязаний формулы и где схематично изображено:

на фиг.1 - общий вид снаряда;

на фиг.2 - вид А на фиг.1, повернуто в положение заправки наполнения;

на фиг.3 - разрез по Б-Б на фиг.2;

на фиг.4 - вид В на фиг.1;

на фиг.5 - разрез по Г-Г на фиг.4.

Реактивный снаряд для системы залпового огня включает удлиненную боевую часть 1 и твердотопливный двигатель 2, жестко связанные между собой переходником 3.

Осколочный корпус 4 боевой части 1 смонтирован в несущих головной втулке 5 и донной обечайке 6. Во втулке 5, сопряженной с оживальной частью корпуса 4, смонтированы взрыватель 7 и тонкостенная оболочка 8 осевого детонатора 9, выполняющего функции метательного заряда.

Оболочка 8 детонатора 9 закреплена на поперечной диафрагме 10 с окнами 11 (фиг.3). Осевой детонатор 9 к диафрагме 10 примыкает через набор пластин 12.

Внутри детонатора 9 коаксиально смонтирован воспламенительный заряд 13 медленно горящего пиротехнического состава.

Между корпусом 4 боевой части 1 и тонкостенной оболочкой 8 детонатора 9 помещено детонационноспособное наполнение 14, представляющее собой жидкотекучую топливную смесь в виде взвеси металлического порошка, в частности смеси порошков алюминия и магния, в горючей жидкости, образующей на частичках порошка прочную адгезионную пленку. Консистенция наполнения 14 обеспечивает сидиментативную устойчивость смеси.

Наполнение 14 снаряжается на виброударной установке при вертикальном расположении корпуса 4 головной частью, ориентированной вниз (фиг.2) через открытое заправочное центральное отверстие обечайки 6, оснащенной юбкой 15. Жидкотекучее наполнение 14 через окна 11 диафрагмы 10 заполняет кольцевой объем между корпусом 4 и оболочкой 8 осевого детонатора 9, а затем донную часть боевой части 1 за диафрагмой 10. При этом в корпусе 4 на уровне заправочной юбки 15 технологически формируется свободный объем, который образует расширительную кольцевую камеру 16.

Уровень наполнения 14, снаряжаемого через заправочное отверстие обечайки 6, расположен выше формируемой камеры 16 и контролируется визуально по технологической отметке на юбке 15, что упрощает трудоемкий процесс и конструкцию герметичного узла снаряжения.

Наличие камеры 16 технологически обеспечивает нормативное заполнение объема корпуса 4 на 95%.

После снаряжения корпуса 4 наполнением 14 в центральное отверстие обечайки 6 ввинчивается крышка 17 через сальник 18, надежно изолируя объем корпуса 4 с наполнением 14.

На внутренней поверхности корпуса 4 выполнена сетка полуготовых осколков 19 (фиг.4), сформированных спиральными многозаходными рифлями 20 (фиг.5) треугольного профиля с углом при вершине 60 градусов и глубиной 1/4-1/3 толщины стенки корпуса 4, наклоненными к оси боевой части 1 под углом 30-45 градусов.

Рифли 20 формируются редуцированием трубчатой заготовки корпуса 4 на многозаходную спиральную оправку за две операции встречного протягивания через калибровочную матрицу. При этом за счет нагартовки металла корпуса 4 при пластическом деформировании на операции редуцирования прочность поражающих элементов 19 по периферии заметно повышается, что совокупно с ослаблением поперечного сечения корпуса 4 вдоль рифлей 20 определяет структуру дробления при его радиальном пластическом нагружении продуктами детонации метательного заряда через наполнение 14.

Оживальную головную часть корпуса 4 получают посредством обжима в штамповой оснастке.

Функционирует боеприпас следующим образом. При срабатывании головного взрывателя 7 инициируется метательно-зажигательный заряд детонатора 9, который разрушает его оболочку 8 и вызывает упругое сжатие продуктами детонации порошковой взвеси наполнения 14.

При этом в наполнении 14 формируется ударный импульс, а затем с заметной задержкой - детонационный фронт, в результате чего происходит пластическое нагружение корпуса 4, охрупчивание его в местах концентраторов напряжений (вдоль рифлей 20) и равномерное разрушение на ромбические осколки 19 аэродинамической формы.

Под действием расширяющихся продуктов детонации происходит мерное мелкодисперсное распыление наполнения 14, которое, перемешиваясь с атмосферным воздухом, образует взвесь - детонационноспособное облако топливно-воздушной смеси.

Ударный фронт обеспечивает прогрев компонентов смеси наполнения 14 при сгорании жидкой топливной компоненты и возникновение кавитационных процессов на смоченной поверхности частичек металлического порошка, который химически активизируется.

Ударный фронт обусловливает уплотнение смеси 14 и раздутие корпуса 4 с началом формирования поражающих элементов 19 по рифлям 20, что исключает более мелкое дробление при действии детонационного фронта, который разрушает тонкостенную оболочку 8, воспламеняет заряд 13 и оказывает давление на наполнитель 14, упруго сжимая частички металлического порошка.

Ударный фронт через окна 11 поперечной перегородки 10 распространяется по наполнению 14 в донную часть боеголовки 1, а в пластинах 12 он упруго демпфируется, что предотвращает преждевременное разрушение диафрагмы 10.

Ударный импульс ступенчато отражается от диафрагмы 10 и передается по корпусу 4 в обратном направлении, усиливая деформационное воздействие охрупчивания материала. В связи с тем что рифли 20 направлены под углом к текстуре металла, трубчатый корпус 4 пластично расширяется без разрушения, что обеспечивает накопление энергии упругой деформации в жидкотекущей смеси наполнения 14.

В первый момент детонации топливная смесь наполнения 14 сжимается, уплотняясь на корпусе 4 боеголовки 1. При этом твердые частички металлического порошка не слипаются между собой, потому что на их поверхности адгезионно прочно крепится горючая жидкость.

На внутренней поверхности корпуса 4 формируется композитная газопроницаемая оболочка уплотненного наполнения 14, которая при дроблении корпуса 4 по рифлям 20 ослабленного сечения энергией взрыва метательного заряда детонатора 9 динамично диспергируется в атмосферу в виде облака многочисленных твердых металлических частиц порошка, разогретых сгоревшей жидкой компонентой наполнения 14.

Пройдя радиально через газопроницаемый слой наполнения 14, детонационный импульс от детонатора 9 разрушает корпус 4 по рифлям 20, формируя поражающие осколочные элементы 19 заданной конфигурации, которые разлетаются на расстояние, значительно превышающее зону термобарического поражения.

Раскаленные фрагменты раздробленного пиротехнического состава воспламенительного заряда 13, распределенные в наполнении 14, разлетаются совместно, образуя многочисленные очаги инициирования топливно-воздушной смеси, которая воспламеняется при достижении достаточной концентрации кислорода.

При этом детонация аэрозоля происходит не из центра, как в прототипе, а в объеме формируемого облака, в котором полностью сгорает метаемое наполнение 14 боеголовки 1.

Разгон и формирование осколков 19 обусловлены приходом детонационного фронта к расширяющемуся корпусу 4. Многократное нагружение корпуса 4 серией ударно-волновых импульсов и детонационной волной, реализуемое при действии предложенной конструкции боеприпаса, обеспечивает повышение скорости метания осколков 19.

Следует отметить, что в предложенном боеприпасе, который имеет повышенную толщину осколочного корпуса 4 боеголовки 1, не затрачивается больше энергии взрыва на его разрушение, так как корпус 4 изнутри ослаблен на треть-четверть толщины сеткой рифлей 20, являющимися концентраторами разрушающих напряжений. Формируемые при организованном дроблении корпуса 4 осколки 19 имеют заданные массогабаритные характеристики.

Практически одновременное разрушение всех рифлей 20 создает условия для симметричного и распределенного разлета наполнения 14 в атмосфере, образуя аэрозоль разогретых частиц металлического порошка.

Радиальный разлет взвешенных частиц наполнения 14 в 12-15 раз больше осевого, поэтому превышение длины боеголовки 1 над ее калибром в 6-10 раз позволяет относительно выровнять конфигурацию формируемого аэрозольного облака и приведенную площадь термобарического поражения.

Объемная детонация диспергированного в атмосфере наполнения 14 создает разрушительной силы скачок уплотнения газообразной среды.

Аккумулирование энергии взрыва при уплотнении смеси наполнения на рифленом корпусе боеголовки и объемное воспламенение детонационно-способного аэрозольного облака с замедлением, достаточным для максимального диспергированного разлета наполнения в атмосфере под действием метательного заряда осевого детонатора, обеспечивают повышение зон осколочного и термобарического поражения.

Изобретение относится к боеприпасам с осколочно-фугасной боеголовкой. Снаряд содержит связанные между собой несущей обечайкой твердотопливный двигатель и удлиненную боевую часть с головным взрывателем, в рифленом внутри корпусе которой, закрытом донной крышкой и наполненном детонационноспособной смесью, установлен осевой детонатор, оснащенный поперечной диафрагмой. В донной части корпуса, выполненного с оживальной головной частью, сформирована расширительная камера посредством заправочной юбки на несущей обечайке, а в осевом детонаторе, закрепленном через набор пластин на поперечной диафрагме, коаксиально установлен воспламенительный пиротехнический заряд. Повышается могущество снаряда. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Реактивный снаряд, содержащий связанные между собой несущей обечайкой твердотопливный двигатель и удлиненную боевую часть с головным взрывателем и с головной и донной частями, в рифленом корпусе которой, закрытом донной крышкой и наполненном детонационноспособным наполнением, установлен осевой детонатор и поперечная диафрагма, отличающийся тем, что головная часть корпуса выполнена оживальной, в донной части корпуса сформирована расширительная камера посредством заправочной юбки, выполненной на несущей обечайке, а осевой детонатор закреплен через набор пластин на поперечной диафрагме, при этом в осевом детонаторе коаксиально установлен воспламенительный пиротехнический заряд.2. Снаряд по п.1, отличающийся тем, что рифления выполнены треугольного профиля с углом при вершине 60° на внутренней поверхности корпуса в виде пересекающихся многозаходных спиралей, образующих сетку полуготовых поражающих элементов, материал которых по периметру упрочнен формообразующей пластической деформацией редуцирования корпуса на центральной инструментальной оправке.3. Снаряд по п.1, отличающийся тем, что донная крышка ввинчена в отверстие несущей обечайки через сальник, а детонационноспособное наполнение представляет собой жидкотекучую топливную смесь.