НЕУПРАВЛЯЕМЫЙ РЕАКТИВНЫЙ СНАРЯД Российский патент 2006 года по МПК F42B10/14 

Предлагаемое изобретение относится к ракетной технике, а именно к неуправляемым реактивным снарядам (НУРС) и может найти применение при разработке новых образцов НУРС.

Как известно, для стабилизации НУРС в полете широко используются лопастные стабилизаторы, размещаемые в районе хвостовой части НУРС и представляющие собой ряд пластин (лопастей), выступающих за калибр снаряда.

Для осреднения влияния погрешностей формы, газодинамического и аэродинамического эксцентриситетов и других возмущающих факторов на полет НУРС им придают вращение вокруг продольной оси за счет установки оперения под углом к продольной оси НУРС.

При этом к точности углового расположения, надежности и прочности крепления лопастей предъявляются повышенные требования, т.к. невыполнение этих требований существенно влияет на стабильность аэродинамических и внешнебаллистических характеристик НУРС, а следовательно, на дальность стрельбы и параметры рассеивания.

Известен НУРС (Виницкий A.M. Ракетные двигатели на твердом топливе. М.: Машиностроение, 1973 г., стр.13,14), состоящий из взрывателя, головной части, ракетного двигателя с зарядом твердого топлива и сопловым блоком. На сопловом блоке, состоящем из входного и выходного конусов, жестко закреплен обтекатель с неподвижно установленными на его поверхности лопастями. Конструкция НУРС предельно проста и технологична, при этом обеспечивается надежность и прочность крепления лопастей и соблюдение требований по их угловому расположению.

Запуск известного НУРС производится из пусковой установки (ПУ) с рельсовыми направляющими, при этом расстояние между соседними снарядами обеспечивает свободный запуск любого из снарядов, а соседние НУРС не создают помех стартующему снаряду.

Учитывая вышеизложенное, размещение на ПУ требуемого количества известных НУРС существенно увеличивает габаритно-массовые характеристики установки, а при ограничении ее габаритов и массы значительно уменьшает количество НУРС, размещаемых на ПУ, что является существенным недостатком.

Таким образом, задачей данного технического решения (прототипа) являлась разработка НУРС простой и технологичной конструкции, но не обеспечивающего максимальной плотности их расположения на ПУ.

Общими признаками с предлагаемым авторами НУРС являются наличие взрывателя, головной части, ракетного двигателя твердого топлива (РДТТ) с сопловым блоком, обтекателя и пластинчатого оперения.

Оптимальной конструкцией НУРС, удовлетворяющей требованиям по максимальной плотности их размещения на ПУ, являлась бы конструкция снаряда со складывающимся в его калибр оперением, что позволило бы производить запуск НУРС из трубчатых направляющих, имеющих максимальную плотность размещения на установке.

Наиболее близким по технической сути и достигаемому техническому эффекту является НУРС, описанный в "Боевая машина БМ-21. Техническое описание и инструкция по эксплуатации". М.: Воениздат, 1982 г,. стр.89-92 и принятый авторами за прототип.

Снаряд состоит из взрывателя, головной части, РДТТ с сопловым блоком и складывающегося в его калибр лопастного косо поставленного оперения.

Сопловой блок состоит из входного и выходного конусов, между которыми размещен равнотолщинный цилиндрический обтекатель с узлами крепления и фиксации лопастей в открытом положении.

Обтекатель жестко закреплен на конусах. Лопасти представляют собой пластины, изогнутые по радиусу обтекателя и в закрытом положении облегающие его поверхность, не выступая за калибр НУРС.

На обтекателе лопасти установлены на осях, проходящих через узлы крепления и фиксации лопастей. На осях также расположены пружины, с помощью которых происходит открытие и фиксация лопастей.

В открытом положении лопасти фиксируются на обтекателе с помощью запирающих поверхностей, выполненных на их корневых торцах, и ответных поверхностей обтекателя.

При подаче электрического импульса на воспламенитель РДТТ последний срабатывает и воспламеняет заряд твердого топлива. Начинается истечение газов через сопловой блок, двигатель выходит на режим. По достижении тяги двигателя величины, равной величине усилия форсирования, начинается движение НУРС по направляющей.

При сходе с направляющей, под действием пружин происходит раскрытие и фиксация лопастей, при этом лопасти поворачиваются на осях и сдвигаются назад до упора торцов их опорных поверхностей в ответные поверхности на обтекателе. Начинается полет снаряда по траектории.

За время работы РДТТ скорость полета возрастает от практически нулевой до максимальной величины, что приводит к росту знакопеременных аэродинамических нагрузок, действующих на лопасти, также растут и вибрации корпуса снаряда, вызванные статической и динамической неуравновешенностью, вибрациями корпуса работающего двигателя и т.д.

Полетные (аэродинамические) нагрузки, действующие на лопасти, воспринимаются торцовыми участками их запирающих поверхностей и передаются ими на ответные участки обтекателя.

Следует отметить, что жесткое крепление обтекателя на сопловом блоке способствует как передаче на лопасти вибраций корпуса НУРС, так и передаче вибраций лопастей от полетных нагрузок на корпус снаряда.

При необходимости увеличения максимальной скорости полета (например, для повышения дальности стрельбы) полетные и вибрационные нагрузки на лопасти резко возрастают, а совместное действие на лопасти возросших нагрузок существенно увеличивают напряжения на запирающих поверхностях обтекателя, приводя к их подмятию и появлению люфта в соединении "лопасть - обтекатель".

Люфт в этом соединении увеличивает время реакции лопасти на появление угла атаки (при смене знака аэродинамической нагрузки), что приводит к колебаниям углов атаки НУРС, вызывая его "раскачку", и отрицательно сказывается на его внешнебаллистических и аэродинамических характеристиках, уменьшая дальность стрельбы и ухудшая параметры его рассеивания.

Кроме того, при совпадении частоты вибраций корпуса НУРС с частотой собственных колебаний лопастей могут возникать резонансные явления, характеризующиеся потерей лопастями механической прочности и их поломкой.

Таким образом, известный НУРС (прототип) обладает существенными недостатками:

- использование в качестве опорных поверхностей, воспринимающих нагрузки от лопастей, поверхностей обтекателя ухудшает внешнебаллистические и аэродинамические характеристики за счет увеличения времени реакции лопасти на появление угла атаки (при смене знака аэродинамической нагрузки), что приводит к колебаниям углов атаки НУРС, вызывая его "раскачку" из-за подмятия этих поверхностей и увеличения люфта в соединении "лопасть - обтекатель" при повышенных скоростях полета;

- жесткое крепление обтекателя на сопловом блоке также ухудшает внешнебаллистические и аэродинамические характеристики НУРС за счет:

- передачи вибраций корпуса снаряда на лопасти, что приводит к их дополнительному нагружению, вызывающему дополнительную "раскачку" или поломку лопастей;

- передачи вибраций лопастей от знакопеременных полетных нагрузок на корпус снаряда, что приводит к нерасчетным колебаниям угла атаки НУРС.

Таким образом, задачей данного технического решения (прототипа) являлась разработка НУРС, обеспечивающего максимальную плотность размещения их на ПУ, но не предназначенного для использования в дальнобойных системах РСЗО с повышенными скоростями полета.

Общими признаками с предлагаемым авторами НУРС являются наличие взрывателя, головной части, РДТТ с сопловым блоком, обтекателя с узлами крепления и фиксации лопастей, жестких косо поставленных изогнутых лопастей, осей и пружин.

В отличие от прототипа в предлагаемом авторами НУРС обтекатель выполнен в виде связанных между собой цилиндрическими панелями прямоугольных в плане силовых панелей с узлами крепления и фиксации лопастей и установлен на входном конусе с радиальным и торцевым зазорами и на выходном конусе с радиальным зазором с опорой его заднего торца на поверхность выходного конуса, при этом узлы крепления обтекателя расположены на линиях, проходящих через силовые панели, толщина и ширина каждой цилиндрической панели составляет соответственно 0,4...0,6 и 0,6...0,7 толщины и ширины силовой панели, а величина радиального и торцового зазоров составляют 0,0008...0,003 и 0,0004...0,012 калибра снаряда соответственно.

Именно это позволяет сделать вывод о наличии причинно-следственной связи между совокупностью существенных признаков заявляемого технического решения и достигаемыми техническими результатами.

Указанные признаки, отличительные от прототипа и на которые распространяется испрашиваемый объем правовой защиты, во всех случаях достаточны.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение боевой эффективности НУРС за счет улучшения его внешнебаллистических и аэродинамических характеристик путем уменьшения воздействия на снаряд возмущающих факторов от вибраций его корпуса.

Новая совокупность конструктивных элементов, а также наличие связей между деталями заявляемого НУРС позволяют:

- за счет выполнения обтекателя в виде связанных между собой цилиндрическими панелями прямоугольных в плане силовых панелей с узлами крепления и фиксации лопастей повысить местную жесткость узлов крепления и фиксации, снизить степень воздействия дополнительных нагрузок на лопасти и уменьшить амплитуду прогибов лопастей от этих сил;

- за счет установки обтекателя с радиальным и торцовым зазорами с величиной, составляющей 0,0008...0,003 и 0,0004...0,012 калибра снаряда соответственно:

а) - уменьшить передачу вибраций корпуса НУРС на обтекатель и связанные с ним лопасти;

б) - уменьшить передачу на корпус НУРС вибраций лопастей от знакопеременных полетных нагрузок;

- за счет опоры заднего торца обтекателя на поверхность выходного конуса обеспечить единообразный характер распределения и передачи на сопловой блок (и далее на корпус снаряда) нагрузок от лопастей;

- а счет выполнения цилиндрических панелей с толщиной и шириной, составляющими соответственно 0,4...0,6 и 0,6...0,7 толщины и ширины силовой панели, и расположения узлов крепления обтекателя на линиях, проходящих через силовые панели, исключить или существенно уменьшить передачу на лопасти вибрационных нагрузок с частотами, близкими к их собственным частотам изгибных и крутильных колебаний (обтекатель является механическим фильтром).

Изменение заявляемых соотношений (величин радиального и торцового зазоров, толщины и ширины цилиндрических панелей) приводит к ухудшению характеристик:

- выполнение радиального зазора менее 0,0008 и торцового зазора менее 0,0004 калибра снаряда приводит к увеличению передачи вибраций корпуса на лопасти и росту амплитуды их колебаний;

- выполнение радиального зазора более 0,003 и торцового зазора более 0,012 калибра снаряда приводит к снижению устойчивости НУРС в потоке воздуха из-за перекоса обтекателя и изменения условий обтекания лопастей;

- выполнение цилиндрических панелей с толщиной и шириной менее 0,4 и 0,6 соответственно толщины и ширины силовых панелей приводит к уменьшению собственной частоты обтекателя, из-за чего могут возникнуть резонансные явления лопастей от внешних (аэродинамических) воздействий;

- выполнение цилиндрических панелей с толщиной и шириной более 0,6 и 0,7 соответственно толщины и ширины силовых панелей приводит к повышению собственной частоты обтекателя, из-за чего могут возникнуть резонансные явления лопастей от вибрационных воздействий со стороны корпуса НУРС.

Сущность изобретения заключается в том, что в неуправляемом реактивном снаряде, содержащем взрыватель, головную часть, реактивный двигатель твердого топлива с сопловым блоком из входного и выходного конусов, скрепленный с ними цилиндрический обтекатель с узлами крепления и фиксации лопастей, размещенное на обтекателе складывающееся лопатное оперение, оси и пружины, в отличие от прототипа, согласно изобретению, обтекатель выполнен в виде связанных между собой цилиндрическими панелями прямоугольных в плане силовых панелей с узлами крепления и фиксации лопастей и установлен на входном конусе с радиальным и торцовым зазорами и на выходном конусе с радиальным зазором с опорой его заднего торца на поверхность выходного конуса, при этом узлы крепления обтекателя расположены на линиях, проходящих через силовые панели, толщина и ширина каждой цилиндрической панели составляет соответственно 0,4...0,6 и 0,6...0,7 толщины и ширины силовой панели, а величина радиального и торцового зазоров составляют 0,0008...0,003 и 0,0004...0,012 калибра снаряда соответственно.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид НУРС с раскрытым оперением, на фиг.2 и 3 - местные виды соплового блока в местах его крепления на выходной (фиг.2; вид А фиг.1) и входной (фиг.3; вид Б фиг.1) конусы, на фиг.4 - местный вид соплового блока с обтекателем (вид В фиг.1), на фиг.5 - местное сечение по узлам крепления обтекателя (сечение Г-Г фиг.4).

НУРС (фиг.1) содержит взрыватель 1, головную часть 2, реактивный двигатель твердого топлива 3, сопловой блок 4 из входного 5 и выходного 6 конусов, обтекатель 7, установленный между конусами 5 и 6, лопасти 8, оси 9 и пружины 10.

Обтекатель 7 (фиг.1) выполнен в виде силовых прямоугольных в плане панелей 11 с узлами 12 (фиг.4) крепления и фиксации лопастей 8 (фиг.1), связанных между собой цилиндрическими панелями 13 (фиг.4) с толщиной δ (фиг.5), равной 0,4...0,6 толщины δ₁ (фиг.5) силовых панелей 11 (фиг.4).

Обтекатель 7 (фиг.1) установлен на конусе входном 5 с радиальным зазором Δ (фиг.2, 3), равным 0,0008...0,003 калибра снаряда, и торцовым зазором Δ₁ (фиг.3), равным 0,0004...0,012 калибра; и на конусе выходном 6 (фиг.1) с радиальным зазором Δ, с опорой его заднего торца 14 на поверхность 15 (фиг.2) выходного конуса 6.

Узлы крепления 16 (фиг.4) обтекателя 7 на конусах 5 и 6 (фиг.1) расположены на линиях Д (фиг.4), проходящих через силовые панели 11 (фиг.4).

Снаряд функционирует следующим образом.

Электрическое напряжение через контакты 17 крышки 18 и соединительные проводники 19 передается на воспламенитель 20, который воспламеняет заряд твердого топлива 21 (фиг.1).

По достижении в двигателе определенного давления крышка 18 (фиг.1) сбрасывается и начинается истечение газов через сопловой блок 4 (фиг.1), двигатель выходит на режим.

При достижении тяги двигателя величины, равной величине усилия форсирования, начинается движение снаряда по направляющей. Лопасти удерживаются от раскрытия стенками направляющей.

При выходе из направляющей, под действием пружин 10 (фиг.1) лопасти открываются и фиксируются в узлах фиксации 12 (фиг.4) обтекателя 7 (фиг.1). НУРС начинает полет по траектории.

Благодаря радиальному Δ (фиг.2, 3) и торцовому Δ₁ (фиг.3) зазорам между обтекателем 7 и сопловым блоком 4 (фиг.1) вибрации лопастей от вибраций корпуса, возникающих в полете, уменьшаются, чем обеспечивается их расчетное расположение в потоке воздуха, а полетные нагрузки, действующие на лопасти, воспринимаются силовыми панелями обтекателя, чем обеспечивается местная прочность его опорных поверхностей.

Предлагаемая конструкция НУРС позволила увеличить дальность стрельбы на ˜ 10% и повысить кучность на ˜ 15%.

С использованием предлагаемого изобретения была разработана конструкторская документация, изготовлена партия снарядов для проведения летных испытаний.

В настоящее время проведены летные испытания, которые подтвердили указанный положительный эффект; ведется подготовка производства для серийного изготовления предлагаемых НУРС.

Изобретение относится к области вооружения. Неуправляемый реактивный снаряд содержит взрыватель, головную часть, реактивный двигатель твердого топлива с сопловым блоком из входного и выходного конусов, скрепленный с ними цилиндрический обтекатель с узлами крепления и фиксации лопастей, размещенное на обтекателе складывающееся лопастное оперение, оси и пружины. Обтекатель выполнен в виде связанных между собой цилиндрическими панелями прямоугольных в плане силовых панелей с узлами крепления и фиксации лопастей и установлен на входном конусе с радиальным и торцевым зазорами и на выходном конусе с радиальным зазором с опорой его заднего торца на поверхность выходного конуса. Узлы крепления обтекателя расположены на линиях, проходящих через силовые панели, толщина и ширина каждой цилиндрической панели составляет соответственно 0,4...0,6 и 0,6...0,7 толщины и ширины силовой панели. Величина радиального и торцового зазоров составляют 0,0008...0,003 и 0,0004...0,012 калибра снаряда соответственно. При использовании изобретения повышается дальность и кучность стрельбы. 5 ил.

Неуправляемый реактивный снаряд, содержащий взрыватель, головную часть, реактивный двигатель твердого топлива с сопловым блоком из входного и выходного конусов, скрепленный с ними цилиндрический обтекатель с узлами крепления и фиксации лопастей, размещенное на обтекателе складывающееся лопастное оперение, оси и пружины, отличающийся тем, что обтекатель выполнен в виде связанных между собой цилиндрическими панелями прямоугольных в плане силовых панелей с узлами крепления и фиксации лопастей и установлен на входном конусе с радиальным и торцевым зазорами и на выходном конусе с радиальным зазором с опорой его заднего торца на поверхность выходного конуса, при этом узлы крепления обтекателя расположены на линиях, проходящих через силовые панели, толщина и ширина каждой цилиндрической панели составляет соответственно 0,4...0,6 и 0,6...0,7 толщины и ширины силовой панели, а величина радиального и торцового зазоров составляют 0,0008...0,003 и 0,0004...0,012 калибра снаряда соответственно.