ТОРПЕДА УНИВЕРСАЛЬНАЯ Российский патент 2013 года по МПК F42B17/00 

Изобретение относится к военной технике, в частности к средствам бомбардировки надводных, подводных и наземных береговых целей.

Известна авиационная бомба, содержащая систему управления, по патенту РФ на изобретение №2232973.

Недостаток - низкая скорость полета на конечном участке траектории и недостаточная эффективность управления.

Известна управляемая авиационная бомба FX 1400, Германия, сайт Интернет http://base13/glasnet.ru. Эта бомба содержит корпус, внутри которого установлено взрывное устройство, систему управления, стабилизаторы, приводы стабилизаторов.

Известна торпеда авиационная из сайта Интрнет http://www.airwar.ru, прототип (Приложение 1), которая содержит осесимметричный корпус, установленные внутри него взрывное устройство, винтовой гидравлический двигатель с приводом от воздушной турбины и баллон со сжатым воздухом, а также систему управления при помощи рулей. Система управления работает только под водой.

Недостатки такой торпеды: низкая скорость на последнем участке траектории и очень низкая точность попадания. Вероятность поражения линкора при бомбометании с высоты 7 км составляет 0,13, а при бомбометании с высоты 4…5 км примерно 0,2…0,3, что практически недопустимо из-за большой стоимости торпеды и невозможности бомбардировок с более низких и даже с указанных высот. При бомбардировке с высот 20…30 км бомбардировщик остается практически неуязвимым, но вероятность попадания торпеды в круг диаметром 1 км равна практически нулю.

Известно применение глобальных навигационных систем для определения координат объекта с использованием спутников специального назначения.

Если известно расстояние до одного спутника, то координаты приемника определить нельзя (он может находиться в любой точке сферы радиусом, описанной вокруг спутника). Пусть известна удаленность приемника от второго спутника. В этом случае определение координат также не представляется возможным - объект находится на окружности, которая является пересечением двух сфер. Расстояние до третьего спутника сокращает неопределенность в координатах до двух точек. Этого уже достаточно для однозначного определения координат - дело в том, что из двух возможных точек расположения приемника лишь одна находится на поверхности Земли (или в непосредственной близости от нее), а вторая, ложная, оказывается либо глубоко внутри Земли, либо очень высоко над ее поверхностью. Таким образом, для трехмерной навигации теоретически достаточно знать расстояния от приемника до 3 спутников.

Глобальная Навигационная Спутниковая Система (ГЛОНАСС) - советская и российская спутниковая система навигации, разработана по заказу Министерства обороны СССР. Это одна из двух функционирующих на сегодня систем глобальной спутниковой навигации. Основой системы должны являться 24 спутника, движущихся над поверхностью Земли в трех орбитальных плоскостях с наклоном орбитальных плоскостей 64,8° и высотой 19100 км. Принцип измерения аналогичен американской системе навигации NAVSTAR GPS. В настоящее время развитием проекта ГЛОНАСС занимаются Федеральное космическое агентство (Роскосмос) и ОАО «Российские космические системы».

Российская глобальная навигационная спутниковая система (ГЛОНАСС) предназначена для оперативного навигационно-временного обеспечения неограниченного числа пользователей наземного, морского, воздушного и космического базирования. Доступ к гражданским сигналам ГЛОНАСС в любой точке земного шара на основании указа Президента РФ предоставляется российским и иностранным потребителям на безвозмездной основе и без ограничений.

Для обеспечения коммерциализации и массового внедрения технологий ГЛОНАСС в России и за рубежом Постановлением Правительства РФ в июле 2009 г. был создан «Федеральный сетевой оператор в сфере навигационной деятельности», функции которого были возложены на ОАО «Навигационно-информационные системы».

Основное отличие от системы GPS в том, что спутники ГЛОНАСС в своем орбитальном движении не имеют резонанса (синхронности) с вращением Земли, что обеспечивает им большую стабильность. Таким образом, группировка КА ГЛОНАСС не требует дополнительных корректировок в течение всего срока активного существования. Тем не менее срок службы спутников ГЛОНАСС заметно короче.

Известна торпеда авиационная по пат. РФ на изобретение №2348003, МПК F42D 17/00, опубл. 27.02.2008 г.

Торпеда имеет газотурбинный двигатель, что позволяет увеличить ее скорость до М=0,3…0,5.

Недостатки - относительно небольшая скорость и невозможность запуска торпед с кораблей и подводных лодок.

Известна торпеда по пат. РФ на изобретение №2289091, МПК F42B 19/18, опубл. 10.12.2008 г. Эта торпеда содержит пороховой заряд, аксиально-поршневой двигатель и гидравлический винт.

Недостаток - низкая скорость движения торпеды.

Известна торпеда с ЖРД (жидкостным ракетным двигателем) по св. РФ на полезную модель №26603, МПК А02К9/48, опубл. 10.12.2002 г., прототип.

Торпеда содержит корпус осесимметричной формы, внутри корпуса которого установлено взрывное устройство, баллон со сжатым воздухом, баки окислителя и горючего, жидкостный ракетный двигатель и систему управления.

Недостатки - относительно небольшая скорость и невозможность запуска торпед с кораблей и подводных лодок.

Задача создания изобретения - повышение скорости полета авиационной торпеды и точности попадания на большом расстоянии от цели.

Решение указанных задач достигнуто в торпеде, содержащей корпус осесимметричной формы, внутри корпуса которого установлено взрывное устройство, баллон со сжатым воздухом, баки окислителя и горючего, жидкостный ракетный двигатель и систему управления, тем, что согласно изобретению внутри корпуса вдоль его оси установлен жидкостный ракетный двигатель, содержащий камеру сгорания и турбонасосный агрегат с турбиной и насосами окислителя и горючего, баки окислителя и горючего соединены топливопроводами с турбонасосным агрегатом, на заднем торце корпуса установлены соосно с жидкостным ракетным двигателем четыре рулевых реактивных сопла, которые газоводами, содержащими регуляторы расхода с приводами, соединены с турбиной. На заднем торце может быть установлена быстросбрасываемая герметичная заглушка.

Торпеда универсальная может содержать бортовой компьютер, соединенный электрической связью с контроллером управления. Контроллер управления может быть соединен средствами связи с регуляторами расхода. К бортовому компьютеру средствами связи может быть подключено приемно-передающее устройство с антенной. Торпеда может содержать приемник системы глобального позиционирования, подключенный к антенне и к бортовому компьютеру. Торпеда может содержать видеокамеру, подключенную средствами связи к бортовому компьютеру.

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

Сущность изобретения поясняется на фиг.1…8, где:

на фиг.1 приведена принципиальная схема простейшего варианта торпеды,

на фиг.2 приведена схема ЖРД,

на фиг.3 приведен вид торпеды универсальной сзади,

на фиг.4 приведена схема торпеды с автономным управлением,

на фиг.5 приведена радиоуправляемая торпеда,

на фиг.6 приведена торпеда с управлением при помощи системы глобального позиционирования,

на фиг.7 приведена торпеда универсальная с видеокамерой,

на фиг.8 приведена полная схема ЖРД.

Торпеда (фиг.1…8) содержит корпус 1 осесимметричной формы, содержащий коническую часть 2, крылья-стабилизаторы 3. Внутри корпуса 1 установлены взрывное устройство 4 и баки окислителя и горючего 5 и 6. Предпочтительно баки 5 и 6 выполнены торроидальной формы.

Также внутри корпуса 1, вдоль его оси в центральной части установлен ЖРД (жидкостный ракетный двигатель) 7. Жидкостный ракетный двигатель 7 состоит из камеры сгорания 8 и ТНА 9. Камера сгорания 8 имеет головку 10, цилиндрическую часть 11 и сопло 12.

Турбонасосный агрегат 9 (фиг.1 и 2) содержит основную турбину 13, насос окислителя 14, насос горючего 15, дополнительный насос горючего 16 и пусковую турбину 17, к которой присоединена выхлопная труба 18. Над ТНА 9 установлен газогенератор 19. Основная турбина 13 и головка 10 камеры сгорания 8 соединены газоводом 20. Камера сгорания 8 выполнена с возможностью регенеративного охлаждения и содержит внешнюю стенку 21, внутреннюю стенку 22 с зазором 23 между ними. С нижней части сопла 12 выполнен нижний коллектор 24, полость которого соединена с зазором 23, и к нему подсоединен трубопровод горючего 25, содержащий клапан горючего 26. Другой конец трубопровода горючего 25 соединен с выходом из насоса горючего 15 (фиг.2). ЖРД 7 оборудован системой продувки, которая содержит баллон инертного газа 27, трубопровод продувки 28 с клапаном продувки 29. Трубопровод продувки 28 присоединен к нижнему коллектору 24.

Торпеда универсальная оборудована четырьмя управляющими соплами 30 (фиг.1, 2 и 3). Управляющие сопла 30 работают на «кислом» газе, т.е. продуктах сгорания в газогенераторе 19 с избытком окислителя, но имеющих относительно большую температуру от 500 до 700°С. Для этого к основной турбине 15 (к входу или выходу) присоединен трубопровод отбора газа 31, к которому присоединены 4 трубопровода 32, содержащие регуляторы расхода 33.

Выход насос-окислителя 15 трубопроводом окислителя 34, содержащим клапан окислителя 35, соединен с входом в газогенератор 19. Выход из дополнительного насоса горючего 16 трубопроводом 36, содержащим регулятор расхода 37 и клапан высокого давления 38, соединен с входом в газогенератор 19.

ЖРД 7 также оборудован системой запуска, которая содержит баллон сжатого воздуха 39, трубопровод высокого давления 40 с пусковым клапаном 41. Трубопровод 40 присоединен к входу в пусковую турбину 17 (фиг.3).

Бак окислителя 5 ракетным трубопроводом 42, содержащим ракетный клапан 43, соединен с ТНА 9, конкретно с входом в насос окислителя 15, аналогично бак горючего 6 ракетным трубопроводом 44, содержащим ракетный клапан 45, соединен с ТНА 9, конкретно с входом в насос горючего 15.

На камере сгорания 8 установлены запальные устройства 46, а на ТНА 9 - запальные устройства 47. ТНА 9 закреплен на камере сгорания 8 при помощи двух кронштейнов 48 и шарниров 49 и 50.

Баки окислителя и горючего 5 и 6 (фиг.1) оборудованы системами наддува, которые содержат баллон сжатого воздуха 51. Бак окислителя 5 трубопроводом наддува 52, содержащим клапан наддува 53, соединен с баллоном сжатого воздуха 51, аналогично бак горючего 6 трубопроводом надува 54, содержащим клапан наддува 55, соединен с баллоном сжатого воздуха 51.

Кроме того, торпеда универсальная имеет систему управления, содержащую бортовой компьютер 56, соединенный электрической связью 57 с контроллером управления 58. В систему управления входят приемно-передающее устройство 59, к которому присоединена антенна 60, и приемное устройство системы дистанционного позиционирования 61, к которому электрической связью 57 присоединена антенна 62. В систему входят спутники 63, связь с которыми осуществляется по радиоканалу 64.

К контроллеру управления 58 присоединены датчики, в том числе акселерометр 65 и магнетометр 66. К контроллеру управления присоединен взрыватель 67 (фиг.1 и 2). Акселерометр 65 и магнетометр 66 - для измерения углов ориентации торпеды в движении (полете) соединены с контроллером управления 58 (фиг.1, 2 и 7).

Внутри камеры сгорания 8 (фиг.8) выполнены наружная плита 68 и внутренняя плита 69 с зазором (полостью) между ними 70. Внутри головки 10 камеры сгорания 8 выполнена полость 71 и установлены форсунки окислителя 72 и форсунки горючего 73. Форсунки окислителя 72 сообщают полость 71 с внутренней полостью 73 камеры сгорания 8.

Газогенератор 19 имеет внешнюю и внутреннюю плиты соответственно 74 и 75 с полостью между ними 76 и форсунки окислители и горючего соответственно 77 и 78. На головке 10 камеры сгорания 8 установлены запальные устройства 46, а на газогенераторе 19 - запальные устройства 47 (фиг.2 и 8).

ТНА 9 (фиг.8) имеет установленный на валу 79 датчик частоты вращения 80. К датчику частоты вращения 80 подсоединена электрическая связь 57, которая соединена с бортовым компьютером 56. На валу 79 установлены рабочее колесо турбины 81, центробежное рабочее колесо 82 насоса окислителя 14, центробежное рабочее колесо 83 насоса горючего 15 и рабочее колесо 84 пусковой турбины 13. Центробежное рабочее колесо 85 дополнительного насоса горючего 16 соединено с валом 79 через мультипликатор 86.

К бортовому компьютеру 56 электрическими связями 57 подключены запальные устройства 46 и 47, предпочтительно пирозапальные, клапан горючего 26, клапан окислителя 45, регулятор расхода 37, клапан высокого давления 38.

Торпеда универсальная оборудована заглушкой 87 на заднем торце, которая уплотнена относительно корпуса 1 уплотнением 88. На заднем торце корпуса 1 установлены механизмы ее сброса 89, например пиропатроны. Торпеда универсальная предназначена для движения преимущественно по поверхности воды 90 и в некоторых случаях кратковременно - под водой, в воздухе, по льду и по снегу. Для дистанционного управления (фиг.1, 2 и 8) используется пульт управления 91, который электрической связью 57 соединен с приемно-передающим устройством 92, к которому присоединена антенна 93.

Торпеда может быть оборудована видеокамерой 94, подсоединенной при помощи электрической связи 57 к компьютеру 94.

БОЕВОЕ ПРИМЕНЕНИЕ ТОРПЕДЫ УНИВЕРСАЛЬНОЙ

При пуске торпеды универсальной сначала ее сбрасывают на водную поверхность 84, потом сбрасывают герметичную заглушку 81, например при помощи механизмов сброса 83. Потом запускают ЖРД 7.

Для этого по команде с бортового компьютера, передаваемой по электрическим связям 57, сначала на контроллер управления 58 открывают пусковой клапан 41 и сжатый воздух по трубопроводу высокого давления 40 поступает в пусковую турбину 17. Потом открывают ракетные клапаны наддува 53 и 55, ракетные клапаны 43, 45, и клапаны 26, 35, и клапан высокого давления 37 и включают запальные устройства 46 и 47 (фиг.2 и 8). Компоненты топлива (окислитель и горючее) одновременно воспламеняются в газогенераторе 19 и в камере сгорания 8. При сгорании компонентов ракетного топлива в газогенераторе 19 с избытком окислителя «кислый газ» имеет температуру 500…700°С, а в камере сгорания 8 сгорает при высокой температуре до 3500°С. Управление движением торпеды универсальной осуществляет бортовой компьютер 56 при помощи регуляторов расхода 33 и 37 (фиг.2 и 8).

1-й вариант управления (автономное наведение)

При применении торпеды в автономном режиме в оперативную память бортового компьютера 56 вводят исходные данные полета. Торпеда универсальная выпускается из торпедного аппарата корабля или подводной лодки или сбрасывается с борта самолета-топедоносца, потом запускают ЖРД 7, при этом бортовой компьютер 56 подает команду на контроллер управления 58, далее на регуляторы 33 и 37. Компоненты ракетного топливо подаются из топливных баков 5 и 6 в газогенератор 19 и в камеру сгорания 8, где воспламеняются при помощи запальных устройств 46 и 47. Продукты сгорания приводят в действие ротор основной турбины 13, который раскручивает ее через вал 79.

Применение жидкого топлива 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. Контроль положения осуществляют акселерометр 34 и магнетометр 25. После подхода к цели на расстояние 300…500 м на торпеде универсальной бортовой компьютер 33 переводит жидкостный ракетный двигатель 7 в режим максимальной тяги. Потом торпеда авиационная либо погружается под воду для поражения морской цели ниже ватерлинии, либо взлетает для поражения береговых целей.

2-й вариант управления. Управление по радио

Управляющий сигнал подается с компьютера корабля, подводной лодки или самолета торпедоносца (на фиг.1…6 не показано) по радиоканалу 64 на антенну 60 и далее на приемно-передающее устройство 36 и на бортовой компьютер 56.

3-й вариант управления. Управление с применением системы глобального позиционирования

При полете приемник системы глобального позиционирования 61 (системы ГЛОНАС или GPS) принимает сигнал с трех спутников 63 системы по радиоканалам 64 и определяет собственные координаты. Используя заложенную программу посредством воздействия бортового компьютера 56, регулятор расхода 44 может уменьшить или увеличить тягу жидкостного ракетного двигателя 7, и тем самым изменить скорость и направление движения (полета) универсальной торпеды.

Управление снарядом по углам тангажа и рыскания (по ракетной терминологии) в движении осуществляется согласно фиг.1 посредством включения управляющих сопел 30 открытием соответствующего регулятора расхода газа 32. Исходные данные об угловой ориентации торпеды авиационной постоянно контролируют акселерометр 63 и магнетометр 64. Магнетометр 64 определяет азимут движения торпеды, а акселерометр 63 - его отклонение от направления вектора тяжести.

Применение изобретения позволило:

- повысить скорость подлета универсальной торпеды к цели до сверхзвуковой за счет применения жидкостного ракетного двигателя,

- повысить скорость движения торпеды под водой за счет работы жидкостного ракетного двигателя,

- повысить точность попадания до 2…5 м при сбрасывании торпеды на расстоянии до 100 км от цели и с высоты более 20 км, обеспечить хорошую стабилизацию снаряда в движении по поверхности воды, в полете и под водой,

- уменьшить нагрузки на приборы и датчики системы управления универсальной торпеды за счет их размещения в корпус снаряда,

- стабилизировать положение универсальной торпеды в полете,

- улучшить и упростить управляемость торпедой в полете, особенно на заключительном этапе полета и движения под водой,

- обеспечить стрельбу торпедой с кораблей, подводных лодок и самолетов всех типов, в том числе бомбардировщиков и истребителей, обеспечить поражение наземных береговых целей,

- обеспечить прицельное поражение наземных целей в зимнее время.

Изобретение относится к боевой технике, а именно к торпедам. Торпеда содержит корпус осесимметричной формы, внутри корпуса установлены взрывное устройство, баллон со сжатым воздухом, баки окислителя и горючего, жидкостный ракетный двигатель (ЖРД), система управления, бортовой компьютер, соединённый с видеокамерой, контроллером управления, приемно-передающим устройством с антенной, приёмником системы глобального позиционирования. ЖРД установлен вдоль оси корпуса и содержит камеру сгорания, турбонасосный агрегат (ТНА) с турбиной и насосами окислителя и горючего, баки окислителя и горючего, соединенные топливопроводами с ТНА. На заднем торце корпуса установлены быстросбрасываемая герметичная заглушка и соосно с ЖРД четыре рулевые реактивные сопла, соединенные с турбиной трубами, содержащими регуляторы расхода и приводы. Изобретение позволяет увеличить скорость движения, дальность и точность попадания. 6 з.п. ф-лы, 8 ил., 1 пр.

1. Торпеда, содержащая корпус осесимметричной формы, внутри корпуса которого установлено взрывное устройство, баллон со сжатым воздухом, баки окислителя и горючего, жидкостный ракетный двигатель и систему управления, отличающаяся тем, что внутри корпуса установлен вдоль оси корпуса жидкостный ракетный двигатель, содержащий камеру сгорания и турбонасосный агрегат с турбиной и насосами окислителя и горючего, баки окислителя и горючего соединены топливопроводами с турбонасосным агрегатом, на заднем торце корпуса установлены соосно с жидкостным ракетным двигателем четыре рулевых реактивных сопла, которые трубами, содержащими регуляторы расхода с приводами, соединены с турбиной.

2. Торпеда по п.1, отличающаяся тем, что на заднем торце установлена быстросбрасываемая герметичная заглушка.

3. Торпеда по п.1 или 2, отличающаяся тем, что она содержит бортовой компьютер, соединенный с контроллером управления.

4. Торпеда по п.2, отличающаяся тем, что в контроллер управления соединен средствами связи с регуляторами расхода.

5. Торпеда по п.1 или 2, отличающаяся тем, что к бортовому компьютеру средствами связи подключено приемно-передающее устройство с антенной.

6. Торпеда по п.1 или 2, отличающаяся тем, что она содержит приемник системы глобального позиционирования, подключенный к антенне и к бортовому компьютеру.

7. Торпеда по п.1 или 2, отличающаяся тем, что она содержит видеокамеру, подключенную средствами связи к бортовому компьютеру.