АРТИЛЛЕРИЙСКИЙ СНАРЯД Российский патент 2012 года по МПК F42B10/38 

Изобретение относится к боеприпасам, в частности к артиллерийским снарядам, в котором для увеличения дальности полета при движении снаряда по каналу ствола аккумулируют энергию газов заснарядного пространства в накопительной камере снаряда, а после вылета снаряда из ствола за счет аккумулированной энергии удлиняют кормовую часть, придавая ей коническую форму.

Аналогом предлагаемого устройства является артиллерийский снаряд с деформируемой в полете кормовой частью (патент РФ №2358228 по классу F42B 10/38 с приоритетом от 13.08.2007 г., опубл. 10.06.2009 г.). Артиллерийский снаряд, содержащий корпус с головным отсеком с боевой частью и кормовым отсеком с устройством для увеличения дальности полета, содержащим накопительную камеру и дроссельное устройство, при этом в устройство для увеличения дальности полета введены опорное кольцо и гофрированная мембрана с центральным отверстием, причем гофрированная мембрана жестко закреплена на наружном диаметре кормового отсека с опорою на внешнюю торцевую поверхность накопительной камеры, и гофрированная мембрана выполнена с половинным перехлестом колец гофра, радиальная ширина которых определяется по следующей зависимости:

где 1_i - радиальная ширина i-го гофра,

d_{i ср} - средний диаметр i-го гофра,

K - коэффициент, характеризующий допустимую пластическую деформацию материала мембраны.

Вышеуказанный аналог обладает рядом недостатков:

- расположение гофров внахлест требует использования защитного колпака, предохраняющего тонкостенные гофры мембраны от взаимного деформирования и смятия;

- изготовление мембраны такой формы достаточно сложно в технологическом плане и требует значительных материальных затрат.

Наиболее близким аналогом предлагаемого устройства является артиллерийский снаряд (патент РФ на ПМ №92169 по классу F42B 10/38 с приоритетом от 16.10.2009 г., опубл. 10.03.2010 г.). Артиллерийский снаряд, содержащий корпус с головным отсеком, боевой частью и кормовым отсеком с устройством для увеличения дальности полета, содержащим накопительную камеру и дроссельное устройство, при этом устройство для увеличения дальности полета снабжено опорным рифленым диском и радиально гофрированной мембраной, наложенной на соответствующее профильное рифление диска и закрепленная на его наружной поверхности, а в центре диска установлено дроссельное устройство с возможностью осевого перемещения, закрепленное на мембране, при этом гофрированная мембрана выполнена в виде коаксиальной совокупности зигзагообразных гофров с закругленными по радиусу r торцами, между которыми имеются цилиндрические участки шириной h при следующем соотношении геометрических размеров:

где K - коэффициент, характеризующий допустимую пластическую деформацию материала мембраны.

Вышеуказанный прототип обладает рядом недостатков:

- одинаковая ширина цилиндрических участков, не зависящая от текущего радиуса, приводит к неравномерным напряжениям в мембране после деформирования;

- изготовление мембраны такой формы достаточно сложно в связи с высокой степенью деформации гофров, находящихся вблизи центра мембраны;

- при равной ширине гофров, имеющих разные радиусы, их степени деформирования будут отличаться, что приведет к неравномерному деформированию мембраны.

Технической задачей настоящего изобретения является увеличение дальности полета артиллерийского снаряда за счет улучшения аэродинамического качества путем снижения донного сопротивления посредством придания в полете кормовой части снаряда формы, плавно обтекаемой набегающим потоком воздуха, без изменения штатных габаритов снаряда до выстрела и при минимальной массе трансформируемой кормовой части.

Поставленная задача решается таким образом, что артиллерийский снаряд, содержащий корпус с головным отсеком, боевой частью и кормовым отсеком с устройством для увеличения дальности полета, в состав которого входят накопительная камера и дроссельное устройство, устройство для увеличения дальности полета снабжено опорным рифленым диском и радиально гофрированной мембраной, при этом радиальные гофры мембраны и соответствующие им рифления в опорном диске выполнены с переменной глубиной, пропорциональной отношению диаметра оси симметрии данного гофра к среднему диаметру гофрированной части, при этом геометрические размеры гофр связаны зависимостью

где h_i - глубина i-го гофра,

K - коэффициент, характеризующий допустимую пластическую

деформацию материала мембраны,

r - радиус закругления торцов мембраны,

D_i - диаметр оси симметрии i-го гофра,

D_cp - средний диаметр гофрированной части мембраны,

i - порядковый номер гофра, отсчитывая от центра мембраны.

На фиг.1 изображен общий вид артиллерийского снаряда с устройством для увеличения дальности полета.

На фиг.2 изображено сечение гофрированной мембраны с указанием основных геометрических параметров.

На фиг.3 изображен вид артиллерийского снаряда после срабатывания устройства для увеличения дальности полета.

Такое соотношение геометрических размеров гофрированной мембраны обеспечит возможность получения деформированного обтекателя, оптимальным образом удовлетворяющего условиям обеспечения безотрывного обтекания кормовой части снаряда набегающим потоком воздуха, а также обеспечит равномерное деформирование всех гофров мембраны.

Снаряд содержит корпус 1 с головным 2 и кормовым 3 отсеками. В головном отсеке 2 размещена боевая часть. В кормовом отсеке 3 размещено устройство для увеличения дальности полета, выполненное в виде деформируемого хвостового обтекателя, который содержит радиально гофрированную мембрану 4, внешний край которой жестко зафиксирован на опорном рифленом диске 5, а в ее центре расположено дроссельное устройство 6, соединяющее заснарядное пространство 7 с накопительной камерой 8, образованной донным срезом снаряда и опорным рифленым диском 5. Длина образующей расправленного конуса выбрана, исходя из условия обеспечения угла конусности 20°, при этом подразумевается, что радиально гофрированная мембрана не только распрямляется, но и растягивается. Для учета данного факта в формулу, связывающую ширину цилиндрического участка и радиус закругления радиально гофрированной мембраны, введен коэффициент K, характеризующий допустимую пластическую деформацию материала мембраны и равный значению допустимого относительного удлинения материала мембраны δ. Значения δ (В.И.Ануфриев «Справочник конструктора-машиностроителя») составляют, например, для Стали 15 - 0,2; для сплава ВТ1-00 - 0,25. Дроссельное устройство 6 выполнено таким образом, что не допускает быстрого истечения газа высокого давления из накопительной камеры 8 при выходе артиллерийского снаряда из ствола. Расположение дроссельного устройства по центру радиально гофрированной мембраны 4 позволяет исключить воздействие струи газа, истекающей из накопительной камеры 8 на траекторию полета артиллерийского снаряда. Стрелками р_к и р_вн показано давление газа, действующее на радиально гофрированную мембрану 4 при ее деформировании (р_к - в стволе, р_вн - при деформировании мембраны в свободном полете).

Работает артиллерийский снаряд с учетом вышеприведенного описания следующим образом.

При выстреле пороховыми газами производится разгон снаряда в стволе и одновременно через дроссельное устройство 6 происходит накопление газа высокого давления в накопительной камере 8, образованной донным срезом снаряда и опорным рифленым диском 5. Гофрированная мембрана 4 во время нахождения снаряда в стволе под воздействием высокого уровня давления поджимается к опорному рифленому диску 5, поэтому для обеспечения необходимой прочности конструкции не требуется большой толщины ее стенок. После выхода снаряда из ствола давление окружающей среды (давление за донным срезом снаряда) становится значительно ниже давления газа в накопительной камере 8. За счет перепада давлений дроссельное устройство 6 начинает двигаться в осевом направлении, при этом радиально гофрированная мембрана 4 начинает распрямляться и удлиняться под действием внутреннего давления, приобретает удобную для обтекания потоком воздуха форму. Расправленная и удлинившаяся радиально гофрированная мембрана 4 за счет своей первоначальной формы в конечном итоге образует хвостовой обтекатель в виде конуса с углом наклона образующей к продольной оси 20°, это позволяет свести к минимуму донное аэродинамическое сопротивление и тем самым увеличить дальность полета артиллерийского снаряда.

Использование предлагаемого устройства позволит уменьшить коэффициент полного аэродинамического сопротивления снаряда на 25-30%, что приведет к увеличению дальности полета снаряда на 15-20%. Данные показатели эффективности предлагаемого решения подтверждены результатами численного моделирования полета модернизированного артиллерийского снаряда.

Изобретение относится к боеприпасам, в частности к артиллерийским снарядам. Снаряд содержит корпус, головной отсек, боевую часть и кормовой отсек с устройством для увеличения дальности полета. В состав устройства для увеличения дальности полета входят накопительная камера и дроссельное устройство. Устройство для увеличения дальности полета снабжено опорным рифленым диском и радиально гофрированной мембраной. Радиальные гофры мембраны и соответствующие им рифления в опорном диске выполнены с переменной глубиной, пропорциональной отношению диаметра оси симметрии данного гофра к среднему диаметру гофрированной части. Геометрические размеры гофр связаны зависимостью

,

где h_i - глубина i-го гофра,

K - коэффициент, характеризующий допустимую пластическую деформацию материала мембраны,

r - радиус закругления торцов мембраны,

D_i - диаметр оси симметрии i-го гофра,

D_cp - средний диаметр гофрированной части мембраны,

i - порядковый номер гофра, отсчитывая от центра мембраны. Достигается увеличение дальности полета снаряда. 3 ил.

Артиллерийский снаряд, содержащий корпус с головным отсеком, боевой частью и кормовым отсеком с устройством для увеличения дальности полета, в состав которого входят накопительная камера и дроссельное устройство, устройство для увеличения дальности полета снабжено опорным рифленым диском и радиально гофрированной мембраной, отличающийся тем, что радиальные гофры мембраны и соответствующие им рифления в опорном диске выполнены с переменной глубиной, пропорциональной отношению диаметра оси симметрии данного гофра к среднему диаметру гофрированной части, при этом геометрические размеры гофр связаны зависимостью:
,
где h_i - глубина i-го гофра,
K - коэффициент, характеризующий допустимую пластическую деформацию материала мембраны,
r - радиус закругления торцов мембраны,
D_i - диаметр оси симметрии i-го гофра,
D_ср - средний диаметр гофрированной части мембраны,
i - порядковый номер гофра, отсчитывая от центра мембраны.