РАКЕТА С БЕСКОРПУСНЫМ БЕССОПЛОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ ТОРЦЕВОГО ГОРЕНИЯ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2013 года по МПК F42B15/00 

Изобретение относится к ракетам, преимущественно боевым.

Известен бескорпусный бессопловой двигатель торцевого горения, не имеющий ни корпуса, ни сопла и состоящий на 99% из цилиндрической шашки твердого ракетного топлива особой структуры. Однако проблемой является установка на ракету с таким двигателем стабилизаторов. При горении шашки она укорачивается, и если бы на ней были установлены стабилизаторы, то они скоро отвалились бы или перекосились бы.

При использовании таких ракет из трубчатых направляющих с пазом или без паза для закрутки ракеты нет никаких сложностей. Нет никаких сложностей и с ракетами, имеющими гироскопическую систему управления, правда, управляющим элементом здесь могут быть только или «Регрессивная флюгерная «утка» по пат. №2410286, или газодинамической управление с помощью вспомогательного двигателя в головной части ракеты. Однако при использовании таких ракет в качестве маневренных противосамолетных ракет возможны некоторые сложности - ракете желательно иметь оперение, причем, довольно развитое, что совершать маневры с определенной перегрузкой. Для этого возможны следующие варианты ракет.

ВАРИАНТ 1. Ракета имеет расположенную на твердотопливной шашке скользящую втулку со стабилизаторами, причем на втулке имеются крыльчатки с валами, на которые наматываются нити, соединенная с головной частью ракеты. Под действием набегающего потока воздуха крыльчатка вращается, и на вал наматывается нить, подтягивая втулку вперед (все направления даны относительно направления полета). Желательно, чтобы крыльчатка имела косо расположенные лопасти, то есть, чтобы она имела вид воздушного винта, точнее - турбинки (см. фиг.1).

Чтобы уменьшить аэродинамическое сопротивление намотанной нити, валы крыльчаток можно располагать в вырезах стабилизаторов.

Однако при этом скорость подмотки нити меняется в зависимости от скорости ракеты, что особенно заметно при пуске с земли. В то время, как скорость горения шашки примерно постоянна. Чтобы избежать этого недостатка, вал крыльчатки может быть расположен под углом к набегающему потоку так, чтобы внешняя (то есть - дальняя от продольной оси ракеты) лопасть крыльчатки была параллельна потоку или даже имела отрицательный угол атаки по отношению к запланированному направлению вращения. В этом случае крыльчатка под действием набегающего потока вращаться почти не будет, а будет вращаться только тогда, когда внутренняя лопасть крыльчатки попадет в конус истекающих из двигателя газов. В этом случае скорость вращения крыльчатки будет саморегулироваться по мере продвижения обоймы к головной части ракеты: при интенсивной подмотке внутренняя лопасть крыльчатки выходит из конуса истекающих газов и подмотка замедляется, и наоборот, если подмотка замедлилась, крыльчатка полнее входит в конус истекающих газов и скорость подмотки увеличивается.

На крыльчатке желательно иметь не менее 6 лопастей.

Крыльчатка может быть и с поперечно расположенными лопастями и установлена при этом в заглубленном положении в концах консолей стабилизаторов, как роллероны.

На фиг.1 показан данный вариант изобретения, где: 1 - шашка двигателя, 2 - втулка на ней, 3 - стабилизаторы на втулке, 4 - вал, установленный в подшипниках скольжения в вырезах стабилизатора, 5 - крыльчатка (обратите внимание, на нижнем на рисунке вале видно, что вал расположен под углом к набегающему потоку, а внешняя лопасть расположена параллельно потоку, то есть не создает вращающего момента, вращающий момент создает внутренняя, не видимая на рисунке лопасть крыльчатки). На вал 4 наматывается нить 6, пропущенная через ушко 7. Пунктирными линиями 8 показан конус истекающих из двигателя газов.

Работает ракета так: крыльчатка 5 под действием истекающих газов 8 вращается, нить 6 наматывается на вал 4, и втулка 2 автоматически подтягивается к головной части ракеты по мере обгорания торца двигателя.

ВАРИАНТ 2. Крыльчатка с косыми или с поперечными лопастями может быть установлена и на головной части ракеты - это несколько уменьшит аэродинамическое сопротивление ракеты вследствие того, что нитяные шпули будут спрятаны в корпусе головной части ракеты. При этом система подтягивания нити может содержать редуктор (например, червячный) и центробежный стабилизатор частоты вращения. Скорость подтягивания при этом должна рассчитываться чуть больше, чем линейная скорость горения шашки двигателя.

ВАРИАНТ 3. Мощность, необходимая для подтягивания втулки со стабилизаторами, сравнительно небольшая. Поэтому ее подтягивание может осуществляться электродвигателем. Такая ракета содержит в головной части электродвигатель, редуктор и две или более шпули для намотки нити.

Для постоянства скорости подмотки электродвигатель может питаться от электронной схемы стабилизации частоты вращения (такие схемы хорошо известны и здесь не рассматриваются). Скорость подтягивания при этом также должна рассчитываться чуть больше, чем линейная скорость горения шашки двигателя.

Варианты 2, 3 графически не иллюстрируются и работают аналогично варианту 1.

Варианты 1, 2, 3 могут хорошо работать с трубчатыми пусковыми направляющими, например, на гранатомете или на ПЗРК - втулка со стабилизаторами подводится к горловине направляющей, а нить собирается в змейку рядом. При пуске за счет инерции втулка соскакивает к задней части ракеты.

ВАРИАНТ 4. Решить проблему отваливающихся стабилизаторов можно по-другому: каждый стабилизатор выполнен из нескольких стабилизаторов, приклеенных к шашке двигателя, и соединенных в одной плоскости «нос в хвост» соединением «выступ-паз».

Приклеенные стабилизаторы постепенно отваливаются по мере обгорания торца двигателя, и такие стабилизаторы постепенно укорачиваются в процессе полета.

На фиг.2, 3 показан четвертый вариант ракеты, где: 1 - шашка двигателя, 3 - приклеенные к ней «нос в хвост» небольшие стабилизаторы. Передний стабилизатор крепится к головной части ракеты. При управлении ракетой не в двух плоскостях, а в одной плоскости и по крену, два стабилизатора из четырех могут быть гораздо меньших размеров (верхний на чертеже).

Работает ракета так: по мере обгорания торца двигателя ненужные части стабилизаторов отваливаются.

ВАРИАНТ 5. Этот вариант предназначен преимущественно для ракет, выходящих за пределы атмосферы, но может использоваться и в атмосфере.

Эта ракета содержит в головной части электродвигатель, редуктор и две или более шпули для намотки нитей, соединенных со скользящей втулкой с газовыми рулями или интерцепторами. Причем нити выполнены электропроводными из металла или из углеволокна, и соединены с системой электропитания и управления.

Для позиционирования втулки на ней может иметься датчик огня.

Работает ракета так: по нитям подаются команды и электропитание газовым рулям или интерцепторам. А датчик огня регулирует подмотку нитей так, чтобы втулка всегда была на заданном расстоянии от торца двигателя.

Изобретение относится к ракетам, в частности к ракетам с бескорпусными бессопловыми двигателями торцевого горения. Ракета с бескорпусным бессопловым двигателем торцевого горения содержит головную часть и шашку твердого ракетного топлива. В одном варианте исполнения, ракета имеет расположенную на твердотопливной шашке скользящую втулку со стабилизаторами. На втулке имеются крыльчатки с валами, на которые наматываются нити, соединенные с головной частью ракеты. В другом варианте, на головной части ракеты установлена крыльчатка с косыми или с поперечными лопастями и соединена со шпулями. Шпули соединены нитью со скользящей втулкой и стабилизаторами. В другом варианте, ракета содержит в головной части электродвигатель, редуктор и две или более шпули для намотки нитей. Нити соединены со скользящей втулкой и стабилизаторами. В другом варианте, каждый стабилизатор ракеты выполнен из нескольких стабилизаторов, приклеенных к шашке двигателя и соединенных в одной плоскости «нос в хвост» соединением «выступ-паз». В другом варианте, ракета содержит в головной части электродвигатель, редуктор и две или более шпули для намотки нитей, соединенных со скользящей втулкой с газовыми рулями или интерцепторами. Достигается повышение управляемости ракеты. 5 н. и 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Ракета с бескорпусным бессопловым двигателем торцевого горения, содержащая головную часть и шашку твердого ракетного топлива, отличающаяся тем, что имеет расположенную на твердотопливной шашке скользящую втулку со стабилизаторами, причем на втулке имеются крыльчатки с валами, на которые наматываются нити, соединенные с головной частью ракеты.

2. Ракета по п.1, отличающаяся тем, что валы крыльчаток расположены в вырезах стабилизаторов.

3. Ракета по п.1, отличающаяся тем, что вал крыльчатки расположен под углом к набегающему потоку так, чтобы внешняя (то есть - дальняя от продольной оси ракеты) лопасть крыльчатки была параллельна потоку или даже имела отрицательный угол атаки по отношению к запланированному направлению вращения.

4. Ракета по п.1, отличающаяся тем, что крыльчатка с поперечно расположенными лопастями установлена в заглубленном положении в концах консолей стабилизаторов.

5. Ракета с бескорпусным бессопловым двигателем торцевого горения, содержащая головную часть и шашку твердого ракетного топлива, отличающаяся тем, что крыльчатка с косыми или с поперечными лопастями установлена на головной части ракеты и соединена со шпулями, которые соединены нитью со скользящей втулкой со стабилизаторами.

6. Ракета с бескорпусным бессопловым двигателем торцевого горения, содержащая головную часть и шашку твердого ракетного топлива, отличающаяся тем, что ракета содержит в головной части электродвигатель, редуктор и две или более шпули для намотки нитей, соединенных со скользящей втулкой со стабилизаторами.

7. Ракета по п.6, отличающаяся тем, что электродвигатель питается от электронной схемы стабилизации частоты вращения для постоянства скорости подмотки.

8. Ракета с бескорпусным бессопловым двигателем торцевого горения, содержащая головную часть и шашку твердого ракетного топлива, отличающаяся тем, что каждый стабилизатор выполнен из нескольких стабилизаторов, приклеенных к шашке двигателя, и соединенных в одной плоскости «нос в хвост» соединением «выступ-паз».

9. Ракета с бескорпусным бессопловым двигателем торцевого горения, содержащая головную часть и шашку твердого ракетного топлива, отличающаяся тем, что ракета содержит в головной части электродвигатель, редуктор и две или более шпули для намотки нитей, соединенных со скользящей втулкой с газовыми рулями или интерцепторами.

10. Ракета по п.9, отличающаяся тем, что нити выполнены электропроводными из металла или из углеволокна и соединены с системой электропитания и управления, а на втулке имеется датчик огня.