СТАБИЛИЗАТОР СВЕРХЗВУКОВОГО РЕАКТИВНОГО СНАРЯДА Российский патент 2008 года по МПК F42B10/16 

Изобретение относится к области ракетной техники, а именно к реактивным снарядам систем залпового огня.

Объект изобретения представляет собой стабилизатор к реактивному снаряду системы залпового огня повышенной эффективности и дальности стрельбы.

Реактивные системы залпового огня широко применяются для борьбы со многими площадными и крупномасштабными наземными целями.

Стабилизация реактивного снаряда осуществляется с помощью аэродинамических стабилизаторов. Так, известны реактивные снаряды М8, М13, обеспечивающие поражение крупноразмерных целей (см., например, Куров В.Д., Должанский Ю.М. Основы проектирования пороховых ракетных снарядов. - М.: Оборонгиз. 1961, с.11), принятые за аналоги. В их конструкции используются стабилизаторы, содержащие прочноскрепленные с корпусом (обтекателем) лопасти.

Задачей данного технического решения являлось обеспечение устойчивого полета реактивного снаряда. Однако наличие нераскрывающегося стабилизатора не позволяет разместить на пусковой установке большое количество реактивных снарядов, что снижает эффективность применения системы.

Общими признаками с предлагаемой авторами конструкцией стабилизатора реактивного снаряда является наличие в составе аналогов стабилизатора, содержащего обтекатель и лопасти.

Опыт эксплуатации систем залпового огня показал, что наиболее рациональным решением является размещение реактивного снаряда перед пуском и запуск их из трубчатых направляющих. Лопасти стабилизатора находятся в сложенном положении перед пуском, а после выхода из направляющей раскрываются.

Известен стабилизатор реактивного снаряда М-21OФ (см. Боевая машина БМ-21. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. - М. Военное издательство МО СССР 1977, с.74-75). Он содержит обтекатель с установленными на нем раскрывающимися дугообразными лопастями.

Лопасти в раскрытом состоянии устанавливаются под определенным углом к продольной оси обтекателя, благодаря чему обеспечивается вращение снаряда в полете и стрельба на заданную дальность. Однако угловая скорость вращения реактивного снаряда с указанным стабилизатором изменяется в широких пределах, достигая максимального значения в конце активного участка траектории (АУТ) и минимального в вершине траектории, что при увеличении дальности стрельбы существенно снижает характеристики эффективности. Известно, что для каждого типа реактивного снаряда существует допустимый диапазон изменения угловой скорости вращения исходя из условий нормального функционирования, прочности и полета с минимальными углами атаки на требуемую дальность.

Разработка реактивных снарядов повышенной дальности стрельбы приводит к необходимости повышения боевой эффективности и надежности функционирования. И указанные стабилизаторы не обеспечивают требуемые характеристики боевой эффективности и надежности функционирования.

Общими признаками с предлагаемой авторами конструкцией стабилизатора сверхзвукового реактивного снаряда является наличие обтекателя с установленными на нем раскрывающимися дугообразными лопастями.

Наиболее близким по технической сути и достигаемому техническому результату является стабилизатор реактивного снаряда по патенту РФ №2176066, МПК F42B 15/00, принятый авторами за прототип.

Стабилизатор содержит обтекатель с установленными на нем раскрывающимися дугообразными лопастями. Передние и задние кромки лопастей выполнены несимметричной формы.

Такая конструкция стабилизатора позволяет осуществлять более быструю раскрутку реактивного снаряда на начальном участке АУТ, уменьшить скорость вращения реактивного снаряда в конце АУТ и увеличить ее на пассивном участке. За счет уменьшения диапазона изменения скорости вращения на траектории повышается надежность функционирования и боевая эффективность реактивного снаряда. Но при дальнейшем повышении дальности стрельбы, а следовательно, скорости полета из-за увеличения разброса коэффициента сопротивления стабилизатора и невысоких аэробаллистических характеристик не обеспечиваются требуемые характеристики кучности снаряда.

Задачей данного технического решения являлось создание стабилизатора реактивного снаряда, обеспечивающего повышение боевой эффективности снаряда и надежности функционирования за счет уменьшения диапазона изменения скорости вращения на траектории.

Общими признаками с заявляемым техническим решением являются наличие в стабилизаторе-прототипе обтекателя с установленными на нем раскрывающимися дугообразными лопастями, имеющими несимметричную форму передних и задних кромок.

В отличие от прототипа в предлагаемом стабилизаторе сверхзвукового реактивного снаряда передние и задние кромки лопастей выполнены в виде сочетания плоского притупления шириной 0,1...0,3 средней вдоль размаха толщины лопасти и клина с выпуклой стороны лопасти с углом 7°...12° в плоскости, перпендикулярной кромкам, ширина плоского притупления постоянна вдоль размаха лопасти, а участки передней и задней кромок лопасти, прилегающие к концевой хорде лопасти, выполнены скругленными радиусом, равным 2...7 толщинам лопасти в концевой части, при этом отношение корневой хорды лопасти к ее высоте, определяемой по формуле h=(Н-d_o)/2, выполнено в пределах 1,5...3,0, где h - высота лопасти, Н - размах стабилизатора, d_o - диаметр обтекателя.

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, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой защиты, во всех случаях достаточны.

Задачей предлагаемого изобретения является создание стабилизатора сверхзвукового реактивного снаряда с увеличенной дальностью полета, улучшение характеристик кучности снаряда за счет уменьшения разброса коэффициента сопротивления стабилизатора и аэробаллистических характеристик, увеличение дальности за счет минимизации геометрических параметров лопастей и уменьшения их сопротивления.

Указанный технический результат достигается тем, что в стабилизаторе сверхзвукового реактивного снаряда, содержащем обтекатель с установленными на нем раскрывающимися дугообразными лопастями, имеющими несимметричную форму передних и задних кромок, согласно изобретению передние и задние кромки лопастей выполнены в виде сочетания плоского притупления шириной 0,1...0,3 средней вдоль размаха толщины лопасти и клина с выпуклой стороны лопасти с углом 7°...12° в плоскости, перпендикулярной кромкам, ширина плоского притупления постоянна вдоль размаха лопасти, а участки передней и задней кромок лопасти, прилегающие к концевой хорде лопасти, выполнены скругленными радиусом, равным 2...7 толщинам лопасти в концевой части, при этом отношение корневой хорды лопасти к ее высоте, определяемой по формуле h=(Н-d_o)/2, выполнено в пределах 1,5...3,0, где h - высота лопасти, Н - размах стабилизатора, d_o - диаметр обтекателя.

Новая совокупность конструктивных элементов, а также наличие связей между параметрами стабилизатора позволяют, в частности, за счет выполнения:

- передних и задних кромок лопастей в виде сочетания плоского притупления шириной 0,1...0,3 средней вдоль размаха толщины лопасти и клина с выпуклой стороны лопасти с углом 7°...12° в плоскости, перпендикулярной кромкам - улучшить характеристики кучности снаряда за счет уменьшения разброса коэффициента сопротивления лопастей стабилизатора в полете при сверхзвуковых скоростях, уменьшить сопротивление стабилизатора. При ширине притупления кромок менее 0,1 средней вдоль размаха толщины лопасти и угле клина менее 7° в полете при больших сверхзвуковых скоростях за счет аэродинамического нагрева происходит деформация и искривление кромок, оплавление, что приводит к увеличению сопротивления стабилизатора, разбросу коэффициента сопротивления и аэробаллистических характеристик реактивного снаряда, а следовательно, к ухудшению характеристик кучности. Увеличение ширины притупления кромок свыше 0,3 средней толщины лопасти и угле клина более 12° приводит к увеличению сопротивления лопастей и уменьшению дальности полета реактивного снаряда;

- ширины плоского притупления постоянной вдоль размаха лопасти - повысить жесткость кромок, исключить их деформацию, искривление как в полете, так и в процессе производства при гибке и в связи с этим уменьшить разброс коэффициента сопротивления стабилизатора и аэробаллистических характеристик реактивного снаряда, улучшить характеристики кучности;

- участков передней и задней кромок лопасти, прилегающих к концевой хорде лопасти скругленными радиусом, равным 2...7 толщинам лопасти в концевой части - уменьшить сопротивление стабилизатора и реактивного снаряда, увеличить в связи с этим дальность, повысить надежность функционирования и характеристики кучности за счет увеличения жесткости лопастей. Выполнение радиуса округления кромок менее 2 толщин лопасти приводит к увеличению сопротивления лопастей, снижает надежность функционирования за счет появления углов атаки из-за срывных течений в концевой части лопасти. При увеличении радиуса округления кромок свыше 7 толщин лопасти уменьшается подъемная сила стабилизатора, устойчивость реактивного снаряда и стабилизирующий момент, что ухудшает характеристики кучности реактивного снаряда;

- отношения корневой хорды лопасти к ее высоте, определяемой по формуле h=(Н-d_o)/2, в пределах 1,5...3,0 (h - высота лопасти, Н - размах стабилизатора, d_o - диаметр обтекателя) - уменьшить сопротивление стабилизатора за счет минимизации геометрических параметров лопастей и увеличить дальность полета, значительно улучшить характеристики кучности за счет уменьшения ветровой чувствительности. Уменьшение отношения корневой хорды лопасти к ее высоте менее 1,5 при обеспечении идентичности несущих свойств стабилизатора и аэродинамических характеристик реактивного снаряда на дозвуковых и околозвуковых скоростях приводит к их снижению при сверхзвуковых скоростях, что неблагоприятно с точки зрения обеспечения требуемого запаса устойчивости в конце АУТ. Кроме этого, возрастают деформации лопастей в месте соединения с обтекателем за счет изгибающих моментов, увеличивается вероятность появления крутильных колебаний относительно оси, перпендикулярной оси обтекателя стабилизатора. При отношении корневой хорды лопасти к ее высоте свыше 3,0 уменьшается коэффициент подъемной силы стабилизатора, смещается центр давления к носовой части реактивного снаряда, в результате чего уменьшается запас устойчивости, коэффициент стабилизирующего момента. Снижение несущих свойств стабилизатора приводит к появлению углов атаки, ухудшению характеристик кучности, снижается надежность функционирования.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где изображен общий вид стабилизатора сверхзвукового реактивного снаряда.

Стабилизатор состоит из обтекателя 1, раскрывающихся дугообразных лопастей 2, передние и задние кромки которых выполнены несимметричной формы в виде сочетания плоского притупления 3 шириной t_пp=(0,1...0,3)t_cp и клина 4 с углом β=7°...12° с выпуклой стороны А лопасти 2, где t_cp - средняя вдоль размаха толщина лопасти. Ширина плоского притупления t_пp постоянна вдоль размаха лопасти 2. Участки передней и задней кромок лопасти 2, прилегающие к ее концевой хорде Д, выполнены скругленными радиусом R, равным 2...7 толщинам t_K концевой части лопасти. Отношение длины корневой хорды b_o лопасти к ее высоты h, определяемой по формуле h=(Н-d_o)/2, выполнено в пределах 1,5...3,0 где h - высота лопасти, H - размах стабилизатора, d_о - диаметр обтекателя.

Предлагаемый стабилизатор сверхзвукового реактивного снаряда работает следующим образом.

После запуска, когда снаряд движется по направляющей пусковой трубы, дугообразные лопасти 2 стабилизатора находятся в сложенном положении и охватывают обтекатель 1. После выхода из направляющей лопасти раскрываются (например, при помощи пружин) и снаряд начинает движение по траектории, при этом передние и задние кромки лопастей 2 с притуплением 3 и клином 4 взаимодействуют с набегающим потоком воздуха, обеспечивая устойчивое движение снаряда по траектории и исключая разброс коэффициента сопротивления и аэробаллистических характеристик снаряда.

За счет установки лопастей под углом к продольной оси обтекателя и выполнения передних и задних кромок лопастей несимметричной формы в виде сочетания плоского притупления 3 шириной t_пp=(0,1...0,3)t_cp и клина 4 с углом β=7°...12° с выпуклой стороны лопасти, а также обеспечения указанного выше соотношения параметров стабилизатора обеспечивается вращение сверхзвукового снаряда в допустимом диапазоне частот вращения, гарантирующем отсутствие раскачек и разрушений, что повышает надежность функционирования на траектории, улучшает характеристики кучности снаряда за счет уменьшения разброса коэффициента сопротивления стабилизатора и аэробаллистических характеристик, увеличение дальности за счет минимизации геометрических параметров лопастей и уменьшения их сопротивления.

Предлагаемая форма передних и задних кромок лопастей стабилизатора в виде сочетания плоского притупления 3 и клина 4 при полете с большими сверхзвуковыми скоростями (М>3) обеспечивает неизменность заданной формы кромок. Отсутствует их деформация, оплавление. В результате чего уменьшается разброс коэффициента сопротивления стабилизатора и аэробаллистических характеристик сверхзвукового снаряда и улучшаются характеристики кучности.

За счет уменьшения сопротивления лопастей при предлагаемой форме кромок и оптимизации геометрических параметров лопастей происходит увеличение дальности полета по сравнению с прототипом.

Кроме того, повышается надежность функционирования за счет уменьшения диапазона изменения скорости вращения снаряда в полете и обеспечения нулевых углов атаки.

Указанный положительный эффект подтвержден летно-конструкторскими испытаниями образцов реактивных снарядов залпового огня, выполненных в соответствии с предлагаемым изобретением.

Предложенное техническое решение позволило разработать снаряд с увеличенной дальностью стрельбы, улучшенной кучностью, обеспечить надежность функционирования.

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

Изобретение относится к области ракетной техники, а именно к реактивным снарядам систем залпового огня. Передние и задние кромки лопастей выполнены в виде сочетания плоского притупления шириной 0,1...0,3 средней вдоль размаха толщины лопасти и клина с выпуклой стороны лопасти с углом 7°...12° в плоскости, перпендикулярной кромкам. Ширина плоского притупления постоянна вдоль размаха лопасти. Участки передней и задней кромок лопасти, прилегающие к концевой хорде лопасти, выполнены скругленными радиусом, равным 2...7 толщинам лопасти в концевой части. Отношение корневой хорды лопасти к ее высоте, определяемой по формуле h=(H-d_o)/2, выполнено в пределах 1,5...3,0, где h - высота лопасти, Н - размах стабилизатора, d_о - диаметр обтекателя. Изобретение позволяет увеличить дальность полета сверхзвукового реактивного снаряда, улучшить характеристики кучности снаряда за счет уменьшения разброса коэффициента сопротивления стабилизатора и аэробаллистических характеристик снаряда, увеличить дальность полета за счет минимизации геометрических параметров лопастей и уменьшения их сопротивления, повысить надежность функционирования. 1 ил.

Стабилизатор сверхзвукового реактивного снаряда, содержащий обтекатель с установленными на нем раскрывающимися дугообразными лопастями, имеющими несимметричную форму передних и задних кромок, отличающийся тем, что передние и задние кромки лопастей выполнены в виде сочетания плоского притупления шириной 0,1...0,3 средней вдоль размаха толщины лопасти и клина с выпуклой стороны лопасти с углом 7...12° в плоскости, перпендикулярной кромкам, ширина плоского притупления постоянна вдоль размаха лопасти, а участки передней и задней кромок лопасти, прилегающие к концевой хорде лопасти, выполнены скругленными радиусом, равным 2...7 толщинам лопасти в концевой части, при этом лопасть выполнена с отношением ее корневой хорды к высоте h, определяемой по формуле h=(H-d_o)/2, в пределах 1,5...3,0, где h - высота лопасти, Н - размах стабилизатора, d_о - диаметр обтекателя.