СВЕРХЗВУКОВОЙ ЛЕТАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ И СПОСОБ РЕАЛИЗАЦИИ ЕГО ПОЛЕТА Российский патент 2017 года по МПК F41G5/00 F42B15/00 

Область техники

Предлагаемая группа изобретений относится к военной технике, к дальнобойным системам управляемого оружия и ракетной техники, в частности, может использоваться в сверхзвуковых системах вооружения.

В настоящее время интенсивно развиваются работы по созданию гиперзвуковых и сверхзвуковых летательных аппаратов (ЛА), обладающих высокими боевыми возможностями за счет малого подлетного времени до цели и низкой уязвимостью для современных средств противоракетной обороны (ПРО).

Уровень техники

Известен гиперзвуковой аэрокосмический ЛА, выполненный по схеме «летающее крыло», интегрированное с фюзеляжем, с двойным стреловидным оперением и рулями управления, с нанесенным на его поверхность теплозащитным покрытием, у которого крыло выполнено с большой стреловидностью, а фюзеляж имеет веретенообразную форму и расположен в теневой аэродинамической зоне крыла, передние кромки носовой части фюзеляжа, крыла и вертикального оперения выполнены затупленными, патент РФ №2393978, публикация 10.07.2010, бюллетень №19.

Известен ЛА, содержащий стартовый двигатель с механизмом разделения ступеней, маршевую ступень с функциональными блоками, принятый за прототип, патент РФ №2184343, публикация 27.06.2002, бюллетень №18.

Существует способ реализации полета гиперзвукового аэрокосмического ЛА, в котором при заданных начальной скорости, высоте полета и угле бросания используют программируемую амплитуду рикошетирования, при этом на этапе погружения в атмосферу изменение вектора аэродинамической силы осуществляют путем выбора оптимального угла атаки, соответствующего достижению максимальной дальности полета аппарата, патент РФ №2393978, публикация 10.07.2010, бюллетень №19.

Применение в конструкции ЛА стартового двигателя с механизмом разделения ступеней позволяет производить запуск ЛА на большую дальность без самолета-носителя. Однако полет осуществляют без вывода ЛА в зону верхней атмосферы и в конструкции данного ЛА не предусмотрена защита от кинетического нагрева поверхности, происходящего при требуемых скорости и дальности полета.

Достижение требуемых дальности и скорости ЛА предполагает реализацию полета ЛА за пределами плотных слоев атмосферы. Для реализации данного способа полета гиперзвукового аэрокосмического ЛА необходимо использовать самолет-носитель, что значительно усложняет и повышает стоимость таких полетов. При запуске гиперзвукового аэрокосмического ЛА с наземной пусковой установки на стартовом участке полета происходит значительный кинетический нагрев, и защита от него нанесенным на поверхность ЛА теплозащитным покрытием не обеспечивается.

Раскрытие изобретения

Задачей предлагаемой группы изобретений является устранение указанных выше недостатков, а именно уменьшение аэродинамических нагрузок и теплового воздействия на траектории, обеспечение сверхзвуковой скорости ЛА и полета на большую дальность, малозаметность для средств обнаружения, простоту реализации при оптимальных ценовых характеристиках.

В сверхзвуковом ЛА, содержащем стартовый двигатель с механизмом разделения ступеней, маршевую ступень с функциональными блоками, поставленная задача достигается тем, что маршевая ступень помещена в защитный обтекатель, раскрывающийся при отделении стартового двигателя, а планер маршевой ступени выполнен по самолетной схеме «низкоплан» с элементами вертикального оперения, обеспечивающими устойчивость планера по крену, заневоленными защитным обтекателем и переходящими в рабочее положение при его раскрыве.

В способе реализации полета сверхзвукового летательного аппарата, в котором используют программируемую амплитуду рикошетирования, при этом на этапе погружения в атмосферу изменение вектора аэродинамической силы осуществляют путем выбора оптимального угла атаки, соответствующего достижению максимальной дальности полета аппарата, поставленная задача достигается тем, что запуск ЛА осуществляют с наземной пусковой установки под траекторным углом от 50 до 85° к горизонту и ЛА выводят по баллистической траектории в разреженные слои атмосферы на высоты от 50 до 70 км.

Технический результат обеспечивается за счет того, что в сверхзвуковом летательном аппарате маршевая ступень помещена в защитный обтекатель, раскрывающийся при отделении стартового двигателя, а планер маршевой ступени выполнен по самолетной схеме «низкоплан» с элементами вертикального оперения, обеспечивающими устойчивость планера по крену, заневоленными защитным обтекателем и переходящими в рабочее положение при его раскрыве.

Технический результат также обеспечивается за счет того, что в способе реализации полета сверхзвукового летательного аппарата запуск ЛА осуществляют с наземной пусковой установки под траекторным углом от 50 до 85° к горизонту и ЛА выводят по баллистической траектории в разреженные слои атмосферы на высоты от 50 до 70 км.

Данное техническое решение поясняется графическими материалами.

На фиг. 1 и фиг. 2 схематически приведены внешний вид ЛА и маршевой ступеней сверхзвукового ЛА соответственно,

где 1 - защитный обтекатель;

2 - вертикальное оперение;

3 - маршевая ступень с функциональными блоками;

4 - механизм разделения ступеней;

5 - стартовый двигатель;

6 - блок стабилизаторов;

7 - корпус маршевой ступени;

8 - крыло;

9 - рули.

Сверхзвуковой ЛА, в соответствии с фиг. 1, выполнен бикалиберным и состоит из маршевой ступени, оснащенной функциональными блоками, отделяемого стартового двигателя и обтекателя. Данная схема позволяет обеспечить минимальные массогабаритные характеристики и увеличить дальность полета, производить запуск с наземной пусковой установки.

Маршевую ступень 3 стыкуют со стартовым двигателем 5 посредством переходного отсека с механизмом разделения 4, обеспечивающим принудительное отделение стартового двигателя 5 в конце активного участка полета ЛА. На сопловом блоке стартового двигателя установлен блок стабилизаторов 6, предназначенных для придания ЛА продольной устойчивости на стартовом участке полета. Стабилизаторы выполнены складывающимися в соответствующий данному ЛА калибр и представляют собой четыре лопасти. Каждая лопасть посредством оси шарнирно соединена с корпусом, неподвижно установленным на сопловом блоке стартового двигателя.

На фиг. 2 изображена маршевая ступень 3, оснащенная функциональными блоками. Маршевая ступень выполнена по самолетной схеме «низкоплан» с элементами вертикального оперения 2 крыла 8, обеспечивающими устойчивость планера по крену, заневоленными защитным обтекателем 1 и переходящими в рабочее положение при его раскрытии. Крыло 8 выполнено интегрированным в корпус маршевой ступени 7. Для обеспечения управляемого полета в хвостовой части маршевой ступени расположены рули 9. Выбранная аэродинамическая схема позволяет достичь аэродинамического качества K=5,5-6,0.

Для обеспечения скрытности и внезапности нанесения высокоточного удара на большой дальности от линии соприкосновения с противником располагают огневую позицию с пусковой установкой, оснащенной сверхзвуковым ЛА.

Наибольшую дальность стрельбы обеспечивают посредством вывода на начальном участке траектории ЛА на максимально возможную заатмосферную высоту полета, а на среднем участке траектории поддержанием ЛА на высоте полета, где потери скорости ЛА минимальны: выше плотных слоев атмосферы. Для этого при подготовке ЛА к запуску в пульте управления орудия при получении координат цели производят расчет баллистических установок стрельбы и формируют программное полетное задание для ЛА, в котором в том числе определяют траекторию с полетом в стратосфере (от 15 до 70 км), рикошетирующую от ее нижних слоев (от 15 до 20 км) с характерными участками:

- баллистическим - до максимальной высоты полета;

- основным, - характеризуемым полетом с максимальным коэффициентом аэродинамического качества;

- конечным - наведение и пикирование на цель.

Для реализации первого баллистического участка траектории полета запуск ЛА осуществляют с наземной пусковой установки под высоким траекторным углом от 50 до 85° к горизонту и ЛА выводят по баллистической траектории в разреженные слои атмосферы на высоты от 50 до 70 км.

После выхода ЛА из контейнера раскрываются и фиксируются лопасти блока стабилизаторов 6. С целью снижения аэродинамических нагрузок и теплового воздействия на начальном участке траектории применяют защитный обтекатель 1. По окончании работы стартового двигателя 5, по команде системы управления срабатывает механизм раскрытия защитного обтекателя 1 и механизм разделения ступеней 4. После разделения маршевая ступень 3 продолжает полет к цели по программной траектории.

Функциональные блоки маршевой ступени переводят управление полетом на программу для среднего участка траектории и формируют команды управления на рули ЛА. На этапе погружения в атмосферу изменение вектора аэродинамической силы осуществляют путем выбора оптимального угла атаки, соответствующего достижению максимальной дальности полета аппарата, аналогично патенту РФ №2393978, публикация 10.07.2010, бюллетень №19.

При подлете к цели также согласно полетному заданию полет ЛА происходит в режиме самонаведения, который обеспечивает высокоточное наведение ЛА на цель.

Для реализации предложенного способа могут применяться следующие устройства. ПУ с приводами наведения могут быть выполнены, например, аналогично применяемым в зенитном ракетно-пушечном комплексе, патент РФ №2321818, публикация 10.04.2008, бюллетень №10. Функциональные блоки маршевой ступени могут быть выполнены, например, аналогично содержащимся на ЛА, патент РФ №2184343, публикация 27.06.2002, бюллетень №18.

Таким образом, использование предлагаемых сверхзвукового летательного аппарата и способа реализации полета сверхзвукового летательного аппарата позволяет реализовать требования к современному вооружению и обеспечить уменьшение аэродинамических нагрузок и теплового воздействия на ЛА на траектории, осуществить запуск ЛА со сверхзвуковой скоростью на большую дальность, малозаметность вооружения для средств обнаружения, простоту реализации при оптимальных ценовых характеристиках.

Группа изобретений относится к управляемому стратегическому вооружению, в частности к сверхзвуковым летательным аппаратам и способам реализации их полета. Сверхзвуковой летательный аппарат содержит стартовый двигатель с механизмом разделения ступеней, маршевую ступень с планером и с функциональными блоками. Маршевая ступень помещена в защитный обтекатель, раскрывающийся при отделении двигателя. Планер маршевой ступени выполнен по самолетной схеме «низкоплан» с элементами вертикального оперения, обеспечивающими устойчивость планера по крену. Оперение заневоленно защитным обтекателем. Способ реализации полета сверхзвукового летательного аппарата заключается в использовании программируемой амплитуды рикошетирования. На этапе погружения в атмосферу изменение вектора аэродинамической силы осуществляют путем выбора оптимального угла атаки. Запуск летательного аппарата осуществляют с установки под траекторным углом от 50 до 85° к горизонту. Летательный аппарат выводят по баллистической траектории в разреженные слои атмосферы на высоты от 50 до 70 км. Достигается уменьшение аэродинамических нагрузок. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

1. Сверхзвуковой летательный аппарат, содержащий стартовый двигатель с механизмом разделения ступеней, маршевую ступень с функциональными блоками, отличающийся тем, что маршевая ступень помещена в защитный обтекатель, раскрывающийся при отделении двигателя, а планер маршевой ступени выполнен по самолетной схеме «низкоплан» с элементами вертикального оперения, обеспечивающими устойчивость планера по крену, заневоленными защитным обтекателем и переходящими в рабочее положение при его раскрыве.

2. Способ реализации полета сверхзвукового летательного аппарата, в котором используют программируемую амплитуду рикошетирования, при этом на этапе погружения в атмосферу изменение вектора аэродинамической силы осуществляют путем выбора оптимального угла атаки, соответствующего достижению максимальной дальности полета аппарата, отличающийся тем, что запуск летательного аппарата осуществляют с наземной пусковой установки под траекторным углом от 50 до 85° к горизонту, и летательный аппарат выводят по баллистической траектории в разреженные слои атмосферы на высоты от 50 до 70 км.