ОСКОЛОЧНЫЙ БОЕПРИПАС СТАРОВЕРОВА (ВАРИАНТЫ) И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ПРИМЕНЕНИЯ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2013 года по МПК F41F3/04 F42B12/20 F42B15/00 F42B25/00 

Изобретение относится к авиационным боеприпасам, в том числе к ракетам класса "Воздух-Воздух" и к бомбам, а также к наземным ракетам: к зенитным и к системам залпового огня.

Известны осколочно-фугасные боеприпасы, состоящие из заряда взрывчатого вещества /далее ВВ/ и осколкообразующей рубашки или готовых поражающих элементов, см. пат. России №2098743. Их недостаток - недостаточно высокая скорость осколков. Задача изобретения - повышение начальной скорости осколков и повышение фугасного действия боеприпаса при той же массе.

Суть изобретения в том, что боеприпас, который, как правило, имеет цилиндрическую или близкую к цилиндрической форму, под действием набегающего потока воздуха или под действием электрометра раскручивается вокруг своей оси симметрии до максимально допустимых по соображениям прочности оборотов /угловой скорости/, после чего выпускается, выстреливается или сбрасывается на цель.

В результате вращения осколкообразующая рубашка приобретает значительную окружную скорость, которая при взрыве векторно складывается со скоростью, полученной осколками от газодинамического действия ВВ.

При этом скорость осколков может быть повышена в 1,4-1,5 раза, а энергия осколков, соответственно, повысится примерно в 2 раза.

Повышается не только осколочное действие боеприпаса. Так как взрывчатка также приобретает кинетическую энергию вращательного движения, то эта энергия высвобождается в виде большей скорости распространения ударной волны и большего давления на фронте ударной волны. То есть в виде большего бризантного и фугасного действия боеприпаса.

Такой боеприпас содержит заряд ВВ и прочную осколкообразующую рубашку, закреплен на подшипниках на валу относительно неподвижной части /например, бомбодержателя или ракетного двигателя/ и имеет наклонные аэродинамические поверхности и/или электродвигатель, и/или элементы зацепления в виде выступов или зубчатых колес, приводящих его во вращение относительно его продольной оси.

На авиационных боеприпасах аэродинамические поверхности после раскрутки до расчетных оборотов не будут оказывать дополнительного аэродинамического сопротивления, потребляя энергию лишь для компенсации сил трения о воздух и в подшипниках. То есть применение боеприпаса с аэродинамическими поверхностями не уменьшит скорость и дальность авиационных ракет на заметную величину. А для авиабомб это вообще не имеет существенного значения.

Но скорость и дальность ракет, запущенных с земли, может несколько уменьшиться. Поэтому такие боеприпасы на ракетах наземного базирования имеет смысл предварительно раскручивать.

Сделать это можно пятью основными способами.

1 способ. Раскручивая их с переднего торца за предусмотренные для этого небольшие выступы /если боеприпас расположен в головной части ракеты/.

2 способ. Раскручивая их сбоку за предусмотренные для этого зубчатые колеса.

3 способ. Раскручивая их высокоскоростной струей сжатого воздуха или газа из сопел, направленных на аэродинамические поверхности по касательной или спереди. Эти же поверхности будут поддерживать нужную скорость вращения и во время полета боеприпаса к цели. Причем генератором газа может быть ракетный двигатель твердого топлива, индивидуальный на каждую ракету или общий на пусковую установку залпового огня. В последнем случае это может быть и турбореактивный двигатель с системой трубопроводов, подводящих газ к каждому из сопел. Сопел на один боеприпас может быть одно, два или больше.

4 способ. Раскрутка боеприпаса внешним бегущим магнитным полем. То есть осколкообразующая рубашка является при этом как бы короткозамкнутым ротором асинхронного трехфазного электродвигателя. А в непосредственной близости от боеприпаса располагают обмотки трехфазного статора. Статор может быть расположен двумя вариантами: либо он расположен неподвижно и не мешает запуску ракеты, например "Град", либо он отводится в сторону перед запуском, причем для удобства отведения он может быть разъемным.

5 способ. Боеприпас раскручивается маленьким асинхронным электродвигателем, расположенным на самой ракете и получающим питание извне. Это решение на первый взгляд кажется нерациональным: а электродвигатель при этом, в отличие от предыдущих вариантов, оказывается одноразовым. Однако, если минимизировать потери на трение, то электродвигатель при этом может быть очень небольшой мощности, массы и стоимости. К тому же его массу можно полезно использовать в качестве отражателя взрывной энергии, например, отражая ее вперед при взрыве боеприпаса в воздухе. Если на подготовку к запуску отведено хотя бы несколько минут, то даже небольшой двигатель успеет раскрутить боеприпас до необходимых оборотов. В крайнем случае можно стрелять нераскрученными боеприпасами, при этом их эффективность будет равняться обычным боеприпасам.

Возможна комбинация способов.

Для того, чтобы минимизировать сопротивление трения, что особенно важно в упомянутом 5-ом способе, боеприпас может быть помещен в вакуумированную полость и соединен с электродвигателем или являться роторам электродвигателя, при этом обмотки электродвигателя могут быть расположены вне вакуумированной полости.

Стенки полости могут быть выполнены из облегченного материала, например из композитного, или могут быть выполнены из чугуна, стали, вольфрама и являться пассивной /то есть не вращающейся/ осколкообразующей рубашкой.

И основная, и пассивная, если она есть, осколкообраэующие рубашки могут иметь прорези или зонную закалку для равномерного дробления. Следует избегать продольных прорезей, так как они являются концентраторами напряжений и значительно ослабляют прочность рубашки. Следует использовать кольцевые или оживальные прорези небольшой глубины.

Можно также на поверхности взрывчатки сформировать перекрещивающиеся кумулятивные канавки. Плоские кумулятивные струи будут хорошо дробить осколкообразующую рубашку. Однако это трудно выполнить ввиду большой центробежной перегрузки, действующей на взрывчатку.

Для получения осколков нужных размеров рубашка может состоять из нескольких слоев, то есть из нескольких труб, с натягом собранных в цельную конструкцию.

Вращающийся боеприпас за счет гироскопического эффекта положительно скажется на устойчивости полета ракеты. Можно даже уменьшить площадь стабилизаторов. Однако, чтобы при повороте ракеты кориолисово ускорение отклоняло ее от нужной траектории, а также для того чтобы вращающийся боеприпас за счет трения в подшипниках не закруживал постепенно саму ракету, если это не предусмотрено специально, желательно иметь на ракете два таких боеприпаса, вращающихся в разные стороны.

Особо следует отметить устройство авиабомб. Они должны иметь не вращающуюся часть, к которой и присоединяется бомбодержатель, и одну общую или две отдельных вращающихся части, причем последние могут вращаться в разные стороны.

Взрыватель, расположенный во вращающемся с большой скоростью боеприпасе, может работать нестабильно. Поэтому взрыватель лучше располагать в полом вале, на котором вращается боеприпас. Вал должен быть заполнен взрывчаткой.

Или же взрыватель в виде миниатюрного кумулятивного заряда может быть расположен со стороны торца заряда. В этом случае он пробивает торцевую стенку корпуса заряда и вызывает его детонацию.

При применении боеприпаса на ракетах классов "Воздух-Воздух" или зенитных имеет смысл применить другой способ воспламенения ВВ: торец заряда делается радиопрозрачным, и около него размещают взрывной электромагнитный заряд небольшой мощности. А во взрывчатку добавляют небольшое количество электропроводящего элемента, например алюминиевую пудру или рубленое углеволокно. При взрыве электромагнитного заряда возникает электромагнитный импульс, который мгновенно разогревает электропроводящие элементы /их не должно быть слишком много/ до температуры детонации ВВ, в результате чего оно взрывается сразу по всему объему. Этот вариант хорош тем, что даже в случае промаха ракеты электромагнитный импульс может повредить электрическое и электронное оборудование самолета.

При применении вращающихся боеприпасов с наружных подвесок высокоскоростных самолетов никаких дополнительных устройств не требуется. При применении с земли или с закрытых подвесок самолета необходима или хотя бы желательна их предварительная раскрутка по одному из пяти вышеописанных способов или их комбинации.

Для этого могут быть применены следующие устройства /все устройства содержат само пусковое устройство, а также указанные ниже элементы/:

Устройство I. Оно имеет со стороны вращающейся части ракеты вращательный мотор с вилкой на выходном валу, закрепленный на пусковом устройстве на рычаге, или на параллелограммном механизме, или в направляющих с возможностью отведения вперед или вбок или вперед-вбок от траектории ракеты при продольном ее запуске или при поперечном катапультировании ракеты.

Устройство 2. Оно имеет подвижно закрепленный около боеприпаса вращательный мотор с цилиндрическим или ионическим зубчатым колесом, взаимодействующим в рабочем положении с зубчатым колесом на боеприпасе.

Устройство 3. Оно имеет компрессор, приводимый в действие основным, вспомогательным или газотурбинным двигателем в составе турбореактивного /то есть имеется в виду основной компрессор турбореактивного двигателя, от которого производится отбор воздуха/, соединенный системой трубопроводов с каждым реактивным соплом, направленным на аэродинамические поверхности каждого боеприпаса.

При этом на каждый боеприпас может быть направлено одно сопло. Но для облегчения работы подшипников лучше на один боеприпас симметрично направить два или более сопел.

Устройство 4. Оно имеет один или несколько ракетных двигателей твердого топлива, имеющих одно или несколько реактивных сопел, направленных на аэродинамические поверхности боеприпаса /боеприпасов/.

Устройство 5. Оно имеет подвижно или неподвижно закрепленный разъемный или неразъемный магнитопровод с тремя или более обмотками, расположенный вокруг осколкообразующей рубашки боеприпаса и являющийся статором трехфазного электродвигателя, причем ротором является осколкообразующая рубашка.

Устройство 6. Для боеприпасов с электродвигателем надо всего лишь подать электропитание на него, для чего устройство имеет подпружиненные контакты, взаимодействующие с предназначенными для этого кольцевыми или пластинчатыми контактами на корпусе ракеты.

Следует остановиться на устройстве авиабомбы вращающегося типа. Она должна состоять из двух или трех частей: одной не вращающейся части, крепящейся к бомбодержателю, и одной или двух вращающихся частей, крепящейся к неподвижной части на подшипниках. Закручивающими аэродинамическими поверхностями могут одновременно являться стабилизаторы бомбы, выполненные в виде воздушного винта. Неподвижная часть также может иметь небольшие аэродинамические поверхности для ее закрутки в процессе свободного полета.

Особо следует остановиться на боеприпасах стержневого типа. Их эффективность также примерно вдвое повышается при вращении боеприпаса, однако для удержания стержней необходимо использовать дополнительную оболочку, например, в виде обмотки из углеволокна, пропитанного синтетической смолой.

Рассмотрим пример на фиг.1. Допустим, ракета 1 класса "Воздух-Воздух" среднего калибра имеет два боеприпаса 2 диаметром 200 мм, вращающихся в противоположных направлениях и имеющих крылообразные аэродинамические поверхности 3, образующие воздушные винты постоянного шага.

Начиная со взлета самолета, боеприпасы постепенно раскручиваются до скорости, определяемой скоростью самолета и ограничиваемой прочностью материала осколкообразующей рубашки. Рубашка выполнена из трех вставленных одна в другую с натягом труб с толщиной стенки 10 мм. То есть общая толщина рубашки 30 мм. Трубы имеют на наружной и внутренней поверхностях оживальные прорези глубиной 0,3 мм, направленные на наружной и внутренней поверхностях в разные стороны /правая и левая спираль/.

Расчеты показывают, что рубашка, выполненная из стали 22ГК с запасом прочности 1,5 выдерживает раскрутку до окружной скорости 625 м/сек. То есть, если рубашка не взорвется, а просто разрушится, то осколки уже будут иметь скорость 625 м/сек. Угловая скорость вращения составит примерно 60000 об/мин.

Рубашка из вольфрама допускает меньшую угловую скорость, но энергия осколков будет та же.

Работает боеприпас так: при взрыве все три слоя рубашки дробятся на примерно одинаковые осколки, кинетическая энергия вращения которых складывается с энергией, полученной от взрыва ВВ.

На фиг.2 показан боеприпас на ракете типа "Град". Боеприпас 2 имеет подкалиберный размер и крыльевые поверхности 3. Причем конусный переход к калиберной части также является частью боеприпаса и также вращается. Уменьшение калибра можно компенсировать увеличением длины.

Работает боеприпас так: перед запуском боеприпас раскручивается сжатым воздухом из сопла 4, направленного по касательной или под углом. В полете вращение поддерживается набегающим потоком воздуха. При взрыве энергия осколков и давление на фронте ударной волны увеличиваются.

На фиг.3 показана авиабомба, состоящая из неподвижной средней части 5, к котрой в центре тяжести крепится бомбодержатель, и двух вращающихся в одну сторону подвижных частей 6 и 7. К части 7 прикреплен стабилизатор 8 в виде воздушного винта.

Работает бомба так: находясь на открытой подвеске самолета части 6 и 7 раскручиваются набегающим потоком воздуха. После сброса неподвижная часть 5 также начинает постепенно раскручиваться за счет трения в подшипниках, а возможно и за счет наличия небольших аэродинамических поверхностей. При взрыве энергия осколков и энергия ударной волны увеличиваются.

Следует отметить, что развитие нанотехнологий способно резко увеличить эффективность вращающихся боеприпасов. Предполагается, что нанотехнологии позволят повысит прочность сплавов и металлов в 6-7 раз. В этом случае скорость вращения рубашки в вышеописанном примере достигнет 1600 м/с и более. То есть при сохранении прежней эффективности вес боевой части ракеты класса "Воздух-Воздух" может быть уменьшен в 3-4 раза, что положительно скажется на всех тактико-технических характеристиках ракеты.

Применение изобретения существенно повысит боеспособность нашей армии.

Изобретение относится к боеприпасам, в частности к осколочным и осколочно-фугасным боеприпасам. Осколочный боеприпас содержит заряд взрывчатого вещества (ВВ) и осколкообразующую рубашку. Боеприпас закреплен на подшипниках на валу и имеет наклонные аэродинамические поверхности и/или электродвигатель, и/или элементы зацепления в виде выступов или зубчатых колес, приводящих его во вращение относительно его продольной оси. В другом варианте исполнения, боеприпас помещен в вакуумированную камеру и соединен с электродвигателем или является ротором электродвигателя. Устройство для применения боеприпаса содержит продольные или катапультные направляющие. Устройство имеет со стороны вращательной части ракеты вращательный мотор с вилкой на выходном валу. Вращательный мотор закреплен на пусковом устройстве, на рычаге или на параллелограммном механизме, или в направляющих. В другом варианте, устройство имеет подвижно закрепленный вращательный мотор с цилиндрическим или коническим зубчатым колесом. В другом варианте, устройство имеет компрессор, приводимый в действие двигателем. В другом варианте, устройство имеет один или несколько ракетных двигателей твердого топлива, имеющих одно или несколько реактивных сопел. В другом варианте, устройство имеет магнитопровод с тремя или более обмотками и является статором трехфазного электродвигателя, причем ротором является осколкообразующая рубашка. В другом варианте, устройство имеет подпружиненные контакты. Достигается увеличение начальной скорости осколков. 10 н.з. и 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Осколочный боеприпас, содержащий заряд взрывчатого вещества (ВВ) и осколкообразующую рубашку, отличающийся тем, что закреплен на подшипниках на валу и имеет наклонные аэродинамические поверхности и/или электродвигатель, и/или элементы зацепления в виде выступов или зубчатых колес, приводящих его во вращение относительно его продольной оси.

2. Осколочный боеприпас, содержащий заряд ВВ и осколкообразующую рубашку, отличающийся тем, что боеприпас помещен в вакуумированную камеру, закреплен на подшипниках и соединен с электродвигателем или является ротором электродвигателя.

3. Боеприпас по п.2, отличающийся тем, что состоит из двух частей, вращающихся в противоположные стороны.

4. Боеприпас по п.2, отличающийся тем, что полый вал боеприпаса содержит ВВ и взрыватель.

5. Боеприпас по п.2, отличающийся тем, что содержит взрыватель в виде кумулятивного заряда, расположенного по торцу боеприпаса.

6. Боеприпас по п.2, отличающийся тем, что один торец боеприпаса выполнен радиопрозрачным, около него размещен взрывной электромагнитный заряд, а во взрывчатку добавлено электропроводящее вещество, например алюминиевая пудра или рубленое углеволокно.

7. Устройство для применения боеприпаса по п.1, содержащее продольные или катапультные направляющие, отличающееся тем, что имеет со стороны вращательной части ракеты вращательный мотор с вилкой на выходном валу, закрепленный на пусковом устройстве, на рычаге или на параллелограммном механизме или в направляющих с возможностью отведения вперед или вбок или вперед-вбок от траектории ракеты при продольном ее запуске или при поперечном катапультировании ракеты.

8. Устройство для применения боеприпаса по п.1, содержащее продольные или катапультные направляющие, отличающееся тем, что имеет подвижно закрепленный около боеприпаса вращательный мотор с цилиндрическим или коническим зубчатым колесом, взаимодействующим в рабочем положении с зубчатым колесом на боеприпасе.

9. Устройство для применения боеприпаса по п.1, содержащее продольные или катапультные направляющие, отличающееся тем, что имеет компрессор, приводимый в действие основным, вспомогательным или газотурбинным двигателем в составе турбореактивного, соединенный системой трубопроводов с каждым реактивным соплом, направленным на аэродинамические поверхности каждого боеприпаса.

10. Устройство для применения боеприпаса по п.1, содержащее продольные или катапультные направляющие, отличающееся тем, что имеет один или несколько ракетных двигателей твердого топлива, имеющих одно или несколько реактивных сопел, направленных на аэродинамические поверхности боеприпаса.

11. Устройство для применения боеприпаса по п.1, содержащее продольные или катапультные направляющие, отличающееся тем, что имеет подвижно или неподвижно закрепленный разъемный или неразъемный магнитопровод с тремя или более обмотками, расположенный вокруг осколкообразующей рубашки боеприпаса и являющийся статором трехфазного электродвигателя, причем ротором является осколкообразующая рубашка.

12. Устройство для применения боеприпаса по п.1, содержащее продольные или катапультные направляющие, отличающееся тем, что имеет подпружиненные контакты, взаимодействующие с предназначенными для этого кольцевыми или пластинчатыми контактами на корпусе ракеты.

13. Осколочный боеприпас в виде авиабомбы, содержащий одну неподвижную часть и одну или несколько вращающихся относительно нее частей с аэродинамическими поверхностями.

14. Боеприпас по п.13, отличающийся тем, что неподвижная часть имеет аэродинамические поверхности.

15. Осколочный боеприпас стержневого типа, содержащий дополнительную оболочку в виде обмотки углеволокном, пропитанным синтетической смолой.