СВЕРХЗВУКОВОЙ РЕАКТИВНЫЙ СНАРЯД Российский патент 2009 года по МПК F42B15/00 

Изобретение относится к военной технике, в частности к средствам ведения боя, охраны и обороны границы, борьбы с террористами. Разработана конструкция оружия для установки на мобильной установке, с целью дистанционного управления стрельбой при штурме бетонированных или бронированных сооружений.

Известен сверхзвуковой реактивный снаряд по книге Егоров В.П. Реактивное оружие. М., Военное издательство, 1969, с.58-61.

Недостатки: ограниченная дальность полета, низкая точность попадания, большое аэродинамическое сопротивление аэродинамических рулей и большие габариты и вес снаряда при относительно малом взрывном устройстве, низкая скорость полета снаряда, обусловленные применением твердого топлива, имеющего более низкие энергетические свойства по сравнению с жидким топливом.

Задача создания изобретения - повышение скорости полета снаряда, точности и дальности стрельбы, уменьшение веса и габаритов снаряда при определенной мощности взрывного устройства и дальности полета снаряда.

Решение указанной задачи достигнуто в сверхзвуковом реактивном снаряде, содержащем корпус осесимметричной формы, внутри которого установлено взрывное устройство, приборы системы управления, топливный бак, реактивный двигатель, отличающемся тем, что в качестве реактивного двигателя применен сверхзвуковой газотурбинный двигатель, работающий на жидком топливе, содержащий сверхзвуковой воздухозаборник, компрессор, камеру сгорания и турбину, топливный бак соединен топливопроводом, в котором установлен топливный насос с приводами насосов, с камерами сгорания, на выходе из турбины установлено четыре сверхзвуковых реактивных сопла с центральными обтекателями внутри них, выполненными с возможностью осевого перемещения, а система управления содержит бортовой компьютер, соединенный с контроллером системы управления, который соединен с приводами обтекателей. Привод насоса соединен с контроллером двигателя, который, в свою очередь, соединен с бортовым компьютером. К бортовому компьютеру подключено приемно-передающее устройство с антенной и приемник системы глобального позиционирования, также подключенный к антенне. К бортовому компьютеру подключен контроллер взрывателя, подключенный, в свою очередь, к взрывному устройству.

Проведенные патентные исследования показали, что предложенное техническое решение обладает новизной, изобретательским уровнем и промышленной применимостью.

Сущность изобретения поясняется на фиг.1...7, где:

на фиг.1 приведена принципиальная схема простейшего варианта снаряда,

на фиг.2 приведен вид снаряда снизу,

на фиг.3...5 приведены схемы системы управления,

на фиг.6 приведена схема управления по углу тангажа,

на фиг.7 приведена схема управления по углу рыскания.

Снаряд (фиг.1) содержит осесимметричный корпус 1. Внутри корпуса 1 установлены взрывное устройство 2 и топливный бак 3. Предпочтительно топливный бак 3 выполнить тороидальной формы для динамической балансировки снаряда в процессе вращения при полете и по мере расходования топлива.

Также внутри корпуса 1 установлен сверхзвуковой газотурбинный двигатель 4, работающий на жидком топливе. Снаряд имеет систему управления, установленную внутри корпуса 1.

Сверхзвуковой газотурбинный двигатель 4 состоит из сверхзвукового воздухозаборника 5 с центральным обтекателем конической формы 6, компрессора 7, состоящего, в свою очередь, из статора компрессора 8 и ротора компрессора 9, камеры сгорания 10 с форсунками 11, к которым подключен топливопровод 12 с топливным насосом 13, имеющим привод насоса 14. За камерой сгорания 10 установлена турбина 15, содержащая сопловой аппарат 16 и рабочее колесо турбины 17. На выходе турбины 15 установлены четыре сверхзвуковых реактивных сопла 18 с коническими обтекателями 19. На валу 20 установлены все узлы ротора, а именно ротор компрессора 9 и рабочее колесо турбины 17. Все остальные узлы газотурбинного двигателя 4 образуют статор 21, в который входят сверхзвуковой воздухозаборник 5, статор компрессора 8, камера сгорания 10 и сверхзвуковое реактивное сопло 18. Система управления содержит бортовой компьютер 22, соединенный с контроллером двигателя 23, который соединен с приводом насоса 14. Система управления содержит контроллер управления 24 и приводы конических обтекателей 25, которые механически соединены с коническими обтекателями 19.

Кроме того, система управления содержит акселерометр 26 и магнетометр 27 для измерения углов ориентации снаряда в полете, которые соединены с бортовым компьютером 22. Снаряд может быть оборудован приемно-передающим устройством 28 с антенной 29 и приемником системы глобального позиционирования 30, также соединенным с антенной 29 и бортовым компьютером 22.

Все соединения выполнены проводными каналами связи 31. В глобальную систему позиционирования (Глонас или GPS) входят спутники, связанные с антенной 29 по радиоканалам 32.

Антенна 29 имеет кольцевую форму, а участок корпуса 1 в районе расположения антенны 29 выполнен радиопрозрачным. В глобальную систему позиционирования (Глонас или GPS) входят спутники, связанные с антенной 29 по радиоканалам 32.

Возможно применение схемы (фиг.4) подрыва с контроллером подрыва 33, подключенным к бортовому компьютеру 22 и к взрывному устройству 2.

Снаряд может быть оборудован стабилизаторами 34, закрепленными на внешней стороне корпуса 1 в его нижней части (фиг.1).

На фиг.6 и 7 приведена траектория полета 35 и схема управления по углу тангажа α, а на фиг.7 - по углу управления рысканию β. Управление по углам крена (вращение) ϒ на фиг.1...7 не приведено.

При применении снаряда в оперативную память бортового компьютера 22 вводят исходные данные полета. Снаряд стартует с пусковой установки, для этого запускают сверхзвуковые газотурбинные двигатели 4, при этом бортовой компьютер 22 подает команду на привод насоса 14 и на топливный насос 13. Топливо подается из топливного бака 3 в камеру сгорания 10, где воспламеняется при помощи электрозапальника (на фиг.1...6 не показан). Продукты сгорания приводят в действие рабочее колесо турбины 17, которое раскручивает через вал 20 ротор компрессора 9.

Применение жидкого топлива, а также кислорода атмосферного воздуха позволяет получить преимущество в дальности полета по сравнению с твердотопливными реактивными снарядами, т.к. теплотворная способность жидкого топлива больше, чем у твердого, в 3...4 раза, а окислитель в форме кислорода воздуха берется из атмосферы.

При полете приемник системы глобального позиционирования 30 (системы ГЛОНАС или GPS) принимает сигнал с трех спутников системы по радиоканалам 32 и определяет собственные координаты. Используя заложенную программу, посредством воздействия бортового компьютера 22 на приводы насосов 14 и далее на топливные насосы 13, можно уменьшить или увеличить тягу каждого газотурбинного двигателя 4 и тем самым изменить траекторию полета снаряда от точки старта «А» до цели «Б» по дальности и всем углам: тангажу, рысканию и крену.

Для управления по всем углам: тангажу, рысканию и крену применяют рассогласование тяги четырех реактивных сопел 18, при этом с бортового компьютера 22 подается команда на контроллер управления 24 и далее на приводы конических обтекателей 19, которые, перемещаясь, либо уменьшают площадь критического сечения (самое узкое сечение сопла 18), или его увеличивают, при этом соответственно реактивная тяга соответствующего сопла либо уменьшается, либо увеличивается.

По команде с бортового компьютера 22, переданной на контроллер подрыва 33 (фиг.1), взрывное устройство 2 может быть взорвано, например, в полете.

Управление снарядом по углам тангажа, рыскания и крена осуществляется согласно фиг.5 и 6 посредством рассогласования тяги сверхзвуковых реактивных двигателей. Исходные данные об угловой ориентации снаряда постоянно контролируют акселерометр 26 и магнетометр 27. Магнетометр 27 определяет азимут движения снаряда, а акселерометр 26 - его отклонение от направления вектора тяжести. Размещение этих датчиков в невращающемся корпусе 1 исключает влияние центробежных сил на показания датчиков.

Применение изобретения позволило:

- повысить скорость снаряда до сверхзвуковой за счет применения четырех сверхзвуковых сопел,

- повысить относительную скорость роторов в 2 раза, т.к. относительная скорость вращения роторов равна сумме скоростей их вращения, уменьшить габариты устройства по сравнению с обычной схемой,

- уменьшить центробежные нагрузки на узлы и детали,

- повысить мощность и КПД газотурбинного двигателя при меньших габаритах,

- обеспечить хорошую стабилизацию снаряда в полете из-за его вращения с огромной угловой скоростью,

- уменьшить нагрузки на приборы и датчики системы управления снаряда,

- стабилизировать положение снаряда в полете,

- улучшить и упростить управляемость снарядом в полете за счет рассогласования тяги сверхзвуковых сопел двигателя.

Изобретение относится к боевой технике и предназначено для ведения боя и борьбы с террористами. Технический результат - повышение скорости полета снаряда, дальности и точности стрельбы и расширение функциональных возможностей. Снаряд содержит корпус осесимметричной формы, внутри которого установлено взрывное устройство, систему управления, емкость с топливом, сверхзвуковой газотурбинный двигатель, работающий на жидком топливе, который содержит сверхзвуковой воздухозаборник, компрессор, камеру сгорания и турбину, образующие ротор и корпус двигателя. Топливный бак соединен топливопроводом, в котором установлен топливный насос, с приводом насоса и с камерой сгорания. На выходе установлено четыре сверхзвуковых реактивных сопла с центральными обтекателями внутри них, выполненными с возможностью осевого перемещения, за счет применения приводов обтекателей. Система управления содержит бортовой компьютер, соединенный с контроллером системы управления, который соединен с приводами обтекателей. Привод насоса соединен с контроллером двигателя, который соединен с бортовым компьютером. К бортовому компьютеру подключено приемно-передающее устройство с антенной и приемник системы глобального позиционирования, также подключенный к антенне. К бортовому компьютеру подключен контроллер взрывателя, подключенный к взрывному устройству. 1 н. и 3 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Сверхзвуковой реактивный снаряд, содержащий корпус осесимметричной формы, внутри которого установлено взрывное устройство, систему управления, топливный бак и реактивный двигатель, отличающийся тем, что в качестве реактивного двигателя использован сверхзвуковой газотурбинный двигатель, работающий на жидком топливе, который содержит корпус, сверхзвуковой воздухозаборник, компрессор, камеру сгорания и турбину, при этом топливный бак соединен топливопроводом, в котором установлен топливный насос с приводом насоса, с камерой сгорания, а на выходе турбины установлено четыре сверхзвуковых реактивных сопла с центральными обтекателями внутри них, выполненными с возможностью осевого перемещения, причем система управления содержит бортовой компьютер, соединенный с ним контроллер, который соединен с приводами центральных обтекателей.2. Снаряд по п.1, отличающийся тем, что он снабжен контроллером двигателя, который соединен с приводом насоса и с бортовым компьютером системы управления.3. Снаряд по п.2, отличающийся тем, что он снабжен приемно-передающим устройством с антенной и приемником системы глобального позиционирования, подключенными к бортовому компьютеру, при этом приемник системы глобального позиционирования подключен к антенне.4. Снаряд по п.2 или 3, отличающийся тем, что он снабжен контроллером взрывателя, который подключен к бортовому компьютеру и к взрывному устройству.