БОЕПРИПАС С САМОУПРАВЛЯЕМЫМ ПОЛЕМ ПОРАЖЕНИЯ Российский патент 2010 года по МПК F42B12/20 

Предлагаемое устройство - боеприпас с самоуправляемым полем поражения, относится к ракетно-артиллерийской технике и предназначен, главным образом, для решения проблемы повышения эффективности действия осколочного поля боеприпаса автономным управлением скоростью разлета элементов оболочки заряда (осколков).

Постоянный рост скоростных характеристик воздушных целей приводит к ограничению времени их взаимодействия с боеприпасом, чем обостряется проблема управления эффективностью действия боеприпаса этого класса (см.: 1) Максимов М.В., Горгонов Г.И. Радиоуправление ракетами. М.: Сов. радио. 1964, 644 с.; 2) Л.С.Гуткин, Ю.П.Борисов, А.А.Валуев и др. Радиоуправление реактивными снарядами и космическими аппаратами. Под общ. ред. Л.С.Гуткина. М.: Сов. радио. 1968, 680 с.; 3) Оружие России 2006-2007. М.: ООО «Военный парад». 2008. 1014 с. (стр.584-591)).

В ряде стран мира десятилетиями ведутся поиски путей автономного управления эффективностью действия боеприпасов при стрельбе по воздушным быстролетящим целям, и тем не менее, эта проблема до настоящего времени не решена, главным образом, из-за постоянного увеличения скоростных характеристик целей (см., например, 1. Локк А.С. Управление снарядами. Перевод с англ. М.: Гос. изд. ФМЛ, 1958, 775 с.; 2. Н.Г.Коньков. Ракетное оружие на самолете. По данным зарубежной печати. М.: ВИ МОСССР, 1963, 110 с.).

Поэтому проблема поиска дополнительных путей повышения эффективности действия боеприпаса при стрельбе по воздушным целям, имеющим различные скорости сближения, является весьма актуальной. По мнению авторов предлагаемого изобретения, положительное решение рассматриваемой проблемы может быть достигнуто применением боеприпаса с самоуправлением его поля поражения.

Известны боеприпасы, в которых решается поставленная задача. Из известных наиболее близким по технической сущности является боеприпас с управляемым полем поражения, описанный в литературе:

1. Максимов М.В., Горгонов Г.И. Радиоуправление ракетами. М.: Сов. радио. 1964, 644 с.; (стр.619 - прототип).

Такой боеприпас содержит: метаемую оболочку, взрывчатое вещество, электродетонатор, исполнительное устройство, селективный усилитель, детектор, радиолокатор. Радиолокатор, селективный усилитель и детектор составляют радиотракт радиовзрывателя, главной задачей которого является согласование области поражения цели (ОП) с областью срабатывания радиовзрывателя (ОС), в которой выдается команда на электродетонатор для подрыва взрывчатого вещества.

Однако таким боеприпасом при относительно большом диапазоне скоростей его сближения с воздушной целью не обеспечивается требуемая эффективность действия.

В таком боеприпасе процесс управления полем поражения, как правило, связан с подачей на исполнительное устройство только внешней команды, например, с командного пункта сообщения о скоростной характеристике цели (например, «цель быстрая» или «цель медленная»), по которой устанавливается дискретно (один из двух возможных) наклон диаграммы направленности приемной антенной системы радиовзрывателя или же устанавливается дискретно (один из двух возможных) угол наклона конуса разлета элементов поражения в статике путем выбора передней или задней точки инициирования взрывчатого вещества (см. 1. Максимов М. В., Горгонов Г. И. Радиоуправление ракетами. М.: Сов. радио. 1964, 644 с.; 2. Неупокоев Ф.К. Стрельба зенитными ракетами. М.: Воениздат. СССР. 1970; 3. Физика взрыва / Под. ред. Л.П.Орленко. - Изд. 3-е, переработанное. В 2 т. Т.2. - М.: ФИЗМАТЛИТ. 2002. - 656 с.; 4. Дорофеев А.Н. Взрыватели ракет. М.: Военное изд. МО СССР. 1963, 86 с.; 5. Оружие России 2006-2007. М.: ООО «Военный парад». 2008. 1014 с. (стр.961-995)).

При относительно больших разбросах скоростей сближения боеприпаса с воздушной целью не достигается необходимая вероятность поражения цели (ВПЦ) из-за несоответствия скорости разлета элементов метаемой оболочки (осколков) боеприпаса и скорости движения цели, в результате чего не обеспечивается необходимое согласование областей ОП с ОС. Таким образом, возникает проблема создания боеприпаса, в котором управление скоростью разлета элементов поражения при различных скоростях его сближения с воздушной целью производится самоуправлением.

Техническим результатом реализации предлагаемого боеприпаса с возможным самоуправлением поля поражения при различных скоростях сближения боеприпаса с воздушной целью является повышение его эффективности действия путем согласования скорости разлета поражающих элементов боеприпаса со скоростью сближения с целью.

Технический результат достигается тем, что для повышения эффективности действия боеприпаса с самоуправляемым полем поражения в боеприпас, содержащий метаемую оболочку, элемент взрывчатого вещества, электродетонатор, исполнительное устройство, селективный усилитель, доплеровский радиолокатор, введены элементы взрывчатого вещества, антидетонирующие прокладки, электродетонаторы, исполнительные устройства, компараторы, селективные усилители, при этом выход доплеровского радиолокатора соединен со входами селективных усилителей, у которых выходы соединены с соответствующими первыми входами компараторов, на вторые входы которых подается опорный сигнал, а каждый выход компаратора соединен с соответствующим входом исполнительного устройства, причем число соединительных связей между выходом каждого компаратора и входами исполнительных устройств равно порядковому номеру компаратора, выходы исполнительных устройств последовательно соединены с входами электродетонаторов, элементами взрывчатых веществ, разделенных антидетонирующими прокладками, и при этом количество селективных усилителей, компараторов, исполнительных устройств и электродетонаторов соответствует количеству элементов взрывчатых веществ.

На фиг.1 представлена структурная схема предлагаемого боеприпаса с самоуправляемым полем поражения, на котором обозначено:

1 - метаемая оболочка,

2 - элементы взрывчатого вещества,

3 - антидетонирующие прокладки,

4 - электродетонаторы,

5 - исполнительные устройства,

6 - компараторы,

7 - селективные усилители,

8 - доплеровский радиолокатор.

Количество каждых селективных усилителей 7, компараторов 6, исполнительных устройств 5, электродетонаторов 4 одинаковое и равно числу установленных элементов взрывчатых веществ 2 в блоке (см. фиг.1).

Предлагаемый боеприпас с самоуправляемым полем поражения содержит метаемую оболочку 1, элементы взрывчатых веществ 2, антидетонирующие прокладки 3, электродетонаторы 4, исполнительные устройства 5, селективные усилители 7, доплеровский радиолокатор 8, выход которого соединен с входами селективных усилителей 7, у которых выходы соединены с соответствующими первыми входами компараторов 6, на вторые входы которых подается опорный сигнал, а каждый выход компаратора 6 соединен с входом исполнительного устройства 5, причем число соединительных связей между выходом каждого компаратора 6 и входами исполнительных устройств 5 равно порядковому номеру компаратора 6, выходы исполнительных устройств 5 последовательно соединены с входами электродетонаторов 4, элементами взрывчатых веществ 2, разделенных антидетонирующими прокладками 3, и при этом количество селективных усилителей 7, компараторов 6, исполнительных устройств 5 и электродетонаторов 4 соответствует количеству элементов взрывчатых веществ 2, расположенных внутри метаемой оболочки.

Рассмотрим работу предлагаемого боеприпаса с самоуправляемым полем поражения (см. фиг.1).

Предполагается, что при направленном подрыве боеприпаса (БП) разлет поражающих элементов (ПЭ), так же как и вероятность поражения воздушной цели (ВПЦ), подчиняются нормальному (Гауссову) закону распределения (см. А.Анго. Математика для электро- и радиоинженеров. Перевод с фр. под общей ред. К.С.Шифрина. М.: Наука. 1967, 778с.), в результате чего вокруг оси боеприпаса с радиусом R_тп (см. фиг.2) образуется пространство, в пределах которого ВПЦ обеспечивается с вероятностью, близкой к единице (т.н. «трубка промахов») (см. 1.Физика взрыва / Под ред. Л.П.Орленко.- Изд. 3-е, переработанное. - В 2т. Т.2. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2002. - 656 с.; 2. Дорофеев А.Н. Взрыватели ракет. М.: Военное изд. МО СССР. 1963, 86 с.).

С учетом того, что ВПЦ определяется степенью согласования ОС с ОП, т.е. «накрытием» цели полем поражающих элементов в пределах «трубки промахов» боеприпаса, выбор момента подачи команды на электродетонатор для подрыва боеприпаса осуществляется радиолокатором (например, радиовзрывателем боеприпаса) при достижении им заданных пространственно-временных характеристик взаимодействия с поражаемой целью, что достигается следующими путями (см. фиг.2):

А) при достижении боеприпасом заданной дальности до цели R_сраб;

Б) при достижении установленного угла встречи боеприпаса с целью φ_сраб, рассчитываемого по формуле (см. Максимов М.В., Горгонов Г.И. Радиоуправление ракетами. М.: Сов. радио. 1964, стр.622)

где V_оск.ст - скорость разлета поражающих элементов в статике;

φ_оск.ст - средний угол разлета поражающих элементов в статике;

V_РЦ - скорость сближения БП с целью;

γ - угол, определяемый направлением вектора скорости V_РЦ по отношению к вектору скорости БП.

Предлагаемым изобретением реализуется возможность управления эффективностью действия БП самоуправлением скоростью разлета поражающих элементов в статике V_оск.ст по информации о скорости сближения БП с целью V_РЦ, получаемой бортовым радиолокатором.

Известно (см. Физика взрыва / Под ред. Л.П.Орленко. - Изд. 3-е, переработанное. - В 2 т. Т.2.- М.: ФИЗМАТЛИТ, 2002. - Стр.26.), что скорость разлета элементов оболочки заряда может быть определена по формуле

где М - масса метаемой оболочки, m - масса элемента взрывчатого вещества, D - скорость ударной волны (детонации), К_ф - коэффициент формы оболочки.

Для плоской оболочки К_ф=6, для цилиндрической К_ф=4, для сферической . Тогда, например, для цилиндрической оболочки боеприпаса скорость разлета элементов его заряда определяется по формуле

из которой следует, что скорость разлета осколочного поля в статике зависит от применяемой массы взрывчатого вещества - m.

Эффективный подрыв боеприпаса обеспечивается при одновременном совпадении положения цели и элементов поражения в некоторой точке А пространства (в пределах «трубки промахов», см. фиг.2).

В нашем примере воспользуемся традиционной методикой подачи команды на срабатывание боеприпаса, когда им достигаются заданные дальномерно-угломерные значения взаимного положения с поражаемой целью. При этом обеспечивается одновременная встреча в точке А воздушной цели с элементами поражения боеприпаса путем выбора их скорости разлета в статике V_оск.ст, определяемой по информации о скорости сближения боеприпаса с целью V_РЦ.

Если, например, эффективный подрыв обеспечивается боеприпасом, у которого скорость разлета элементов поражения равна V_оск.ст1 при относительной скорости его сближения с целью, равной V_РЦ1, тогда изменение скорости цели, приводящее к изменению скорости сближения, например, до величины V_РЦ2 при неизменной скорости разлета элементов поражения V_оск.ст1, не приведет к одновременной встрече элементов поражения с целью в пределах «трубки промахов». В этом случае подрыв БП окажется неэффективным.

Условием эффективного подрыва, т.е. одновременной встречи в единой точке пространства (например, в точке А) элементов поражения с поражаемой целью, является одинаковое время движения до этой точки А как цели, так и элементов поражения с момента подачи команды на подрыв БП.

Одновременная (эффективная) встреча цели с осколочным полем боеприпаса при увеличении скорости сближения обеспечивается пропорциональным увеличением скорости разлета элементов поражения осколочного поля в статике до значения, например, V_оск.ст2. Таким управлением скоростью разлета элементов поражения осколочного поля обеспечивается заданная эффективность действия боеприпаса, если с момента появления цели на расстоянии R_сраб, с которого подается команда на подрыв БП, расстояние до точки встречи А цель и элементы поражения проходят за одинаковое время.

Информация о скорости сближения боеприпаса и цели V_РЦ может быть получена радиолокатором по доплеровскому сигналу. Скорость сближения боеприпаса с воздушной целью прямо пропорциональна частоте Доплера и может быть определена по сигналу доплеровской частоты F_∂, поступающему с выхода доплеровского радиолокатора, имеющего длину волны излучаемого сигнала λ (см. Коган И.М. Ближняя радиолокация. Теоретические основы. М.: Сов радио. 1973. 272 с.).

Таким образом, по сведению о скорости сближения V_РЦ, полученному посредством доплеровской частоты F_∂, устанавливается необходимая скорость разлета осколочного поля в статике выбором необходимой массы m_Σ взрывчатого вещества - величины, которой обеспечивается в процессе детонации необходимая скорость разлета элементов поражения.

С выхода доплеровского радиолокатора 8 сигнал доплеровской частоты F_∂i поступает на все входы селективных усилителей 7, но в результате их частотной избирательности сигнал доплеровской частоты F_∂i будет на выходе только одного из них - того, в котором частота прозрачности совпадает с данной доплеровской частотой. С выхода селективного усилителя 7 сигнал поступает на первый вход одного из компараторов 6, на вторые входы которых подается опорный сигнал "1".

Т.к. количество n компараторов 6 равно числу селективных усилителей 7, на фиг.1 в качестве примера компараторы обозначены порядковыми номерами: компаратор 6-1, 6-2, … 6-n. Аналогичным образом обозначены и исполнительные устройства: 5-1, 5-2, … 5-n.

Между компараторами 6 и исполнительными устройствами 5 имеются соединительные связи, причем число этих соединительных связей между выходом каждого компаратора 6 равно порядковому номеру компаратора 6.

Таким образом, например, компаратор 6-1 имеет только одну соединительную связь с исполнительным устройством 5-1. Компаратор 6-2 имеет две соединительных связи с исполнительными устройствами 5-1 и 5-2. Компаратор 6-3 имеет три соединительных связи с исполнительными устройствами 5-1, 5-2 и 5-3 и т.д. Последний по порядку компаратор 6-n имеет n соединительных связей со всеми исполнительными устройствами от 5-1 до 5-n, общее количество которых n.

Выходы каждого исполнительного устройства 5 соединены с входами соответствующих электродетонаторов 4, срабатывание каждого из которых вызывает детонацию и подрыв массы m_Σi элементов взрывчатых веществ 2, разделенных антидетонирующими прокладками 3 с последующим разрывом метаемой оболочки 1, придавая ей скорость разлета осколочного поля в соответствии со значением массы m_Σi взрывчатого вещества.

Рассмотрим дальнейшую работу устройства.

Пусть скорость сближения боеприпаса с целью будет, например, V_РЦ2. Тогда на выходе доплеровского радиолокатора появляется сигнал с частотой Доплера F_∂2, который выделяется только тем одним селективным усилителем 7, у которого полоса частотной прозрачности соответствует доплеровской частоте F_∂2. С выхода селективного усилителя 7 сигнал поступает на соединенный с ним первый вход одного компаратора, например 6-2, на второй вход которого постоянно подается опорный сигнал «1». С рассматриваемого компаратора 6-2 выходной сигнал в соответствии с его порядковым номером «два» поступает по двум соединительным связям на вход исполнительного устройства 5-1 и на вход второго исполнительного устройства 5-2, с выходов которых сигналы поступают соответственно на два электродетонатора 4, вызывая детонацию и подрыв двух элементов взрывчатого вещества 2, каждый соответственно с массой m₁, m₂ и с суммарной массой m_Σ2=m₁+m₂, при этом происходит разрыв метаемой оболочки 1, придавая ей скорость разлета осколочного поля V_оск.ст2 в соответствии со значением скорости сближения боеприпаса с целью V_РЦ2, чем и обеспечивается согласованная встреча осколочного поля боеприпаса с целью.

Диапазон управляемых скоростей разлета осколочного поля V_оск.ст зависит от выбранных величин минимальной и максимальной массы взрывчатого вещества 2.

Введением предлагаемых элементов и связей между ними принципиально по-новому решается проблема повышения эффективности действия боеприпаса с самоуправляемым полем поражения. Конструктивно блоки взрывчатого вещества 2 с антидетонирующими прокладками 3 (см. фиг.1) могут иметь различную форму, в том числе и цилиндрическую. При цилиндрической форме конструкции отдельные элементы взрывчатых веществ 2 в соответствии с размерами их диаметров могут, например, вставляться один в другой, и между ними устанавливаются антидетонирующие прокладки 3, в качестве которых может использоваться, например, пластмасса (см. Физика взрыва / Под ред. Л.П.Орленко. - Изд. 3-е, переработанное. - В 2 т. Т.2. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2002. - 656 с.).

Структурные электронные элементы в предлагаемом боеприпасе с самоуправляемым полем поражения могут быть реализованы известными и широко применяемыми аналоговыми элементами и интегральными микросхемами.

Ниже в качестве примера приводится испытанная в реальном макете соединительная связь между выходом каждого компаратора 6 и входами исполнительных устройств 5 посредством схемы диодной матрицы.

Число таких связей, как описано ранее, равно порядковому номеру компаратора 6. Одно из решений традиционной схемы диодной матрицы представлено на фиг.3, на которой показано, что на выходах компараторов 6 с применением m диодов (от Д₁ до Д_m) с сопротивлениями нагрузки R_н установлено m связей с исполнительными устройствами 5.

Так, схемой диодной матрицы на выходе первого компаратора 6-1 (фиг.1) устанавливается один диод Д₁ (фиг.3), обеспечивающий связь только с одним - первым - исполнительным устройством 5-1, на выходе второго компаратора 6-2 устанавливаются два диода Д₁ и Д₂ (фиг.3), обеспечивающие связи только с двумя - первым и вторым - исполнительными устройствами 5-1 и 5-2, на выходе третьего компаратора 6 устанавливаются три диода Д₁, Д₂ и Д₃ (фиг.3), обеспечивающие связи только с тремя - первым, вторым и третьим - исполнительными устройствами 5-1 и 5-2 и 5-3 и т.д. На выходе последнего n-го компаратора 6-n устанавливаются соответственно m диодов Д₁, Д₂, Д₃ (фиг.3), обеспечивающих связи со всеми n входами исполнительных устройств от 5-1 до 5-n.

Описание этих и других структурных электронных элементов, содержащихся в предполагаемом изобретении, подробно изложено в литературе, например:

1. Интегральные микросхемы. Справочник. Под общей ред. Б.В.Тарабрина. М.: Изд. Сов. радио, 1984.

2. Ленк Д. 500 практических схем на популярных ИС. Пер. с англ. - М.: ДМК Пресс 2001. - 448с.

3. Применение интегральных микросхем в электронной вычислительной технике: Справочник / Р.В.Данилов, С.А.Ельцова, Ю.П.Иванов и др. Под ред. Б.Н.Файзулаева, Б.В.Тарабрина. - М.: Радио и связь, 1986. - 384 с.

4. Нефедов А.В. и др. Зарубежные интегральные микросхемы для промышленной электронной аппаратуры. Справочник / А.В.Нефедов, A.M.Савченко, Ю.Ф.Широкова. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - 288 с.

Изготовленный макет боеприпаса с самоуправляемым полем поражения применительно к боеприпасу класса «земля-воздух», испытанный не только в лабораторных, но и в натурных полигонных условиях методом облета самолета при различных скоростях его полета, показал полную работоспособность предлагаемого устройства.

Изобретение относится к вооружению, в частности к ракетно-артиллерийской технике. Боеприпас содержит метаемую оболочку и доплеровский радиолокатор. Он снабжен блоком элементов из взрывчатого вещества, разделенных антидетонирующими прокладками, электродетонаторами, исполнительными устройствами, компараторами, селективными усилителями. Выход доплеровского радиолокатора соединен с входами селективных усилителей, у которых каждый выход соединен с соответствующими первыми входами компараторов. На вторые входы компараторов подается опорный сигнал, а каждый выход компаратора соединен с входом исполнительного устройства. Число соединительных связей между выходом каждого компаратора и входами исполнительных устройств равно порядковому номеру компаратора. Выходы исполнительных устройств последовательно соединены с входами электродетонаторов и элементами из взрывчатых веществ. Позволяет повысить эффективность действия осколочного поля боеприпаса автономным управлением скоростью разлета элементов оболочки заряда. 3 ил.

Боеприпас с самоуправляемым полем поражения, содержащий метаемую оболочку и доплеровский радиолокатор, отличающийся тем, что он снабжен блоком элементов из взрывчатого вещества, разделенных антидетонирующими прокладками, электродетонаторами, исполнительными устройствами, компараторами, селективными усилителями, при этом выход доплеровского радиолокатора соединен с входами селективных усилителей, у которых каждый выход соединен с соответствующими первыми входами компараторов, на вторые входы которых подается опорный сигнал, а каждый выход компаратора соединен с входом исполнительного устройства, причем число соединительных связей между выходом каждого компаратора и входами исполнительных устройств равно порядковому номеру компаратора, выходы исполнительных устройств последовательно соединены с входами электродетонаторов и элементами из взрывчатых веществ, количество которых в блоке соответствует количеству селективных усилителей, компараторов, исполнительных устройств и электродетонаторов.