СВЕРХЗВУКОВОЙ РЕАКТИВНЫЙ СНАРЯД Российский патент 2007 года по МПК F42B15/00 

Изобретение относится к военной технике, а именно к сверхзвуковым реактивным снарядам, и может быть использовано при создании систем залпового огня.

Особенностью таких реактивных снарядов являются высокие требования, предъявляемые к устойчивости их полета, зависящей от правильного выбора конструктивно-компоновочной схемы.

Известны реактивные снаряды М8 и М13 (см., например, Куров В.Д., Должанский Ю.М. Основы проектирования пороховых ракетных снарядов. - М.: Оборонгиз, 1961, с.11), содержащие головную часть, цилиндрический корпус и хвостовое оперение.

Такая конструкция позволяет осуществить доставку реактивного снаряда к цели при относительной простоте конструкции, обслуживания и боевого применения.

Однако вследствие не оптимального выбора конструктивных параметров снарядов движение их происходит со значительными нестабильными углами атаки, в результате чего эти снаряды имеют высокое рассеивание и дальность их стрельбы не превосходит 10 км.

Таким образом, задачей данного технического решения (аналога) являлось создание относительно простой конструкции реактивного снаряда с дальностью стрельбы до 10 км.

Общими признаками между предлагаемой авторами конструкцией реактивного снаряда и объектом-аналогом является наличие головной части, цилиндрического корпуса и хвостового оперения.

Наиболее близкой по технической сути и достигаемому техническому результату является реактивный снаряд системы залпового огня "Смерч" (см., например, журнал "Military Parade", М. АО "Милитэри Перейд", may-june 1994, р.22-27/120-121), принятый авторами за прототип, содержащий коническую головную часть, цилиндрический корпус и лопастное хвостовое оперение.

Реактивный снаряд, принятый за прототип, функционирует следующим образом. При его запуске создается реактивная сила, разгоняющая реактивный снаряд до высоких скоростей, в 2,0...4,0 раза превышающих скорость звука. На конической головной части реактивного снаряда под действием набегающего потока воздуха создается опрокидывающая аэродинамическая подъемная сила, стремящаяся отклонить продольную ось снаряда от вектора скорости и увеличить угол атаки. Одновременно на лопастях хвостового оперения создается аэродинамическая подъемная сила, противодействующая опрокидывающей силе на головной части. В реактивном снаряде-прототипе площадь лопастей хвостового оперения выбрана таким образом, что обеспечивается превышение стабилизирующего момента от оперения над дестабилизирующим моментом от конической головной части, в результате чего реактивный снаряд движется по траектории с углами атаки, не превышающими 3-х градусов. Благодаря этому снаряд-прототип имеет большую дальность стрельбы и меньшее рассеивание.

Таким образом, задачей данного технического решения (прототипа) являлось повышение дальности стрельбы и снижение рассеивания снарядов за счет более рационального выбора площади лопастного хвостового оперения, обеспечившего более устойчивое движение реактивного снаряда с конической головной частью по траектории.

Общими признаками с предлагаемой авторами конструкцией сверхзвукового реактивного снаряда является наличие в реактивном снаряде (прототипе) конической головной части, цилиндрического корпуса и лопастного хвостового оперения.

В отличие от прототипа в предлагаемом авторами реактивном снаряде центр тяжести лопасти хвостового оперения смещен относительно донного среза реактивного снаряда в направлении конической части на величину (0,18...0,2)(d+4b), при этом средняя аэродинамическая хорда каждой лопасти хвостового оперения удалена от образующей цилиндрического корпуса на величину (1,2...2,0)d²/a,

где d - калибр реактивного снаряда;

b - величина средней аэродинамической хорды;

а - длина конической головной части.

Именно это позволяет сделать вывод о наличии причинно-следственной связи между совокупностью существенных признаков заявляемого технического решения и достигаемым техническим результатом.

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

Задачей предлагаемого изобретения является создание реактивного снаряда, обеспечивающего устойчивый полет по всей траектории с углами атаки, не превышающими одного градуса, повышение за счет этого дальности стрельбы и снижение рассеивания снарядов.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном реактивном снаряде, содержащем коническую головную часть, цилиндрический корпус и лопастное хвостовое оперение, особенность заключается в том, что в нем центр тяжести лопасти хвостового оперения смещен относительно донного среза реактивного снаряда в направлении конической части на величину (0,18...0,20)(d+4b), при этом средняя аэродинамическая хорда каждой лопасти хвостового оперения удалена от образующей цилиндрического корпуса на величину (1,2...2,0)d²/а,

где d - калибр реактивного снаряда;

b - величина средней аэродинамической хорды;

а - длина конической головной части.

Новая совокупность конструктивных элементов, а также наличие связей между ними позволяет, в частности, за счет выполнения:

- центра тяжести лопасти хвостового оперения со смещением относительно донного среза реактивного снаряда в направлении конической части на величину (0,18...0,20)(d+4b), где d - калибр реактивного снаряда, a b - величина средней аэродинамической хорды (см. А.А.Лебедев, Л.С.Чернобровкин Динамика полета. - М.: Машиностроение, 1973, с.253), повысить величину аэродинамической подъемной силы на лопастях оперения и за счет этого увеличить стабилизирующий момент, действующий на снаряд, и уменьшить углы атаки на траектории. При расположении центра тяжести лопасти хвостового оперения относительно донного среза реактивного снаряда на расстоянии, меньшем 0,18(d+4b), при движении снаряда на пассивном участке траектории (после окончания работы двигателя) часть площади поверхности лопастей оказывается в вихревой зоне потока воздуха, возникающей в районе донной части цилиндрического корпуса, вследствие чего на 7...9% снижаются несущие свойства оперения. Смещение центра тяжести лопасти от донного среза реактивного снаряда на расстояние, большее 0,2(d+4b), хотя и не увеличивает аэродинамическую подъемную силу на лопастях оперения, но уменьшает стабилизирующий момент за счет сокращения расстояния между центром давления лопасти (точкой, в которой приложена аэродинамическая подъемная сила) и центром масс снаряда, в результате чего увеличиваются углы атаки снаряда, уменьшается дальность стрельбы, увеличивается рассеивание.

- удаления средней аэродинамической хорды лопасти хвостового оперения от образующей цилиндрического корпуса на величину (1,2...2,0)d²/a, где а - длина конической головной части, увеличить аэродинамическую подъемную силу на лопастях оперения при сверхзвуковом движении снаряда, а следовательно, и действующий на него стабилизирующий момент, повысить дальность стрельбы и снизить рассеивание. При расположении средней аэродинамической хорды лопасти в непосредственной близости от образующей цилиндрического корпуса (на расстоянии l, меньшем 1,2 d²/a) значительная часть площади поверхности лопастей при сверхзвуковом обтекании будет находиться в прилегающем к корпусу пограничном слое, скорость потока в котором меньше, чем скорость движения снаряда, в результате чего несущие свойства оперения снижаются. При уменьшении относительного удлинения конической части толщина пограничного слоя в районе лопастей увеличивается и для эффективной работы хвостового оперения относительное удаление средней аэродинамической хорды лопасти от образующей цилиндрического корпуса должно увеличиваться обратно пропорционально относительному удлинению конической части. При предлагаемом соотношении (что эквивалентно соотношению l=(1,2...2,0)d²/a) 90...95% площади лопастей оперения находятся в невозмущенном потоке, что обеспечивает их максимальные несущие свойства. Удаление средней аэродинамической хорды лопасти от образующей цилиндрического корпуса на расстояние, большее 2,0d²/a, не существенно увеличивает площадь лопастей оперения, находящуюся в невозмущенном потоке, но снижает несущие свойства оперения из-за существенного увеличения изгибных деформаций лопастей. Кроме того, в этом случае увеличивается размах оперения, что усложняет размещение снарядов на пусковой установке.

Сущность изобретения заключается в том, что сверхзвуковой реактивный снаряд, содержащий коническую головную часть, цилиндрический корпус и лопастное хвостовое оперение, в отличие от прототипа согласно изобретению выполнен с центром тяжести лопасти хвостового оперения смещенным относительно донного среза реактивного снаряда в направлении конической части на величину (0,18...0,20)(d+4b), при этом средняя аэродинамическая хорда каждой лопасти хвостового оперения удалена от образующей цилиндрического корпуса на величину (1,2...2,0)d²/a,

где d - калибр реактивного снаряда;

b - величина средней аэродинамической хорды;

а - длина конической головной части.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, где представлен общий вид сверхзвукового реактивного снаряда.

Предлагаемый реактивный снаряд содержит коническую головную часть 1 длиной "а", цилиндрический корпус 2, имеющий диаметр (калибр) "d" и лопастное хвостовое оперение 3. Средняя аэродинамическая хорда оперения 4 длиной "b" удалена от образующей цилиндрического корпуса 5 на расстояние l=(1,2...2,0)d²/a, а лежащий на средней аэродинамической хорде центр тяжести лопасти (точка А) удален от донного среза снаряда 6 на величину с=(0,18...0,20)(d+4b).

Реактивный снаряд работает следующим образом.

После запуска реактивного снаряда на него действует реактивная сила, разгоняющая снаряд до высоких сверхзвуковых скоростей. При этом на коническую головную часть 1 действует аэродинамическая подъемная сила, создающая относительно центра масс реактивного снаряда опрокидывающий момент, стремящийся увеличить угол атаки. На лопастном хвостовом оперении 3 одновременно возникает аэродинамическая подъемная сила, создающая момент, имеющей противоположный знак. За счет выбора рационального соотношения между длиной конической головной части 1 и положением средней аэродинамической хорды 4 лопастей хвостового оперения 3 обеспечивается постоянное (в течение всего полета) полутора - двукратное превышение стабилизирующего момента, действующего со стороны оперения, над опрокидывающим моментом, действующим со стороны головной части. В результате этого снаряд имеет устойчивый полет по траектории с углами атаки, не превышающими одного градуса, благодаря чему на 5...8% повышается дальность стрельбы и на 15...20% снижается техническое рассеивание.

Указанный положительный эффект подтвержден испытаниями опытных образцов сверхзвуковых реактивных снарядов, выполненных в соответствии с изобретением.

В настоящее время разработана конструкторская документация, проведены летные испытания, намечено серийное производство таких снарядов.

Изобретение относится к области вооружения. Сверхзвуковой реактивный снаряд содержит коническую головную часть, цилиндрический корпус и лопастное хвостовое оперение. Центр тяжести лопасти хвостового оперения смещен относительно донного среза реактивного снаряда в направлении конической части на определяемую по зависимости величину. Аэродинамическая хорда каждой лопасти хвостового оперения удалена от образующей цилиндрического корпуса на определяемую по зависимости величину. При использовании изобретения повышаются дальность стрельбы, снижается рассеивание снарядов. 1 ил.

Сверхзвуковой реактивный снаряд, содержащий коническую головную часть, цилиндрический корпус и лопастное хвостовое оперение, отличающийся тем, что в нем центр тяжести лопасти хвостового оперения смещен относительно донного среза реактивного снаряда в направлении конической части на величину (0,18÷0,20)(d+4b), при этом средняя аэродинамическая хорда каждой лопасти хвостового оперения удалена от образующей цилиндрического корпуса на величину (1,2÷2,0)d²/a, где d - калибр реактивного снаряда; b - величина средней аэродинамической хорды; а - длина конической головной части.