СПОСОБ ОТСТРЕЛА НОСОВОГО ОБТЕКАТЕЛЯ УПРАВЛЯЕМЫХ АРТИЛЛЕРИЙСКИХ СНАРЯДОВ И МИН (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2018 года по МПК F42B15/00 B64D29/00 

Группа изобретений относится к области вооружения, в частности к управляемым снарядам и минам.

Аналогом предлагаемой группы изобретений является способ отделения носового обтекателя (НО) управляемого артиллерийского снаряда (патент RU №2212628, кл. F42B 15/00, 2002, аналог) [1], заключающийся в том, что увод отделившегося обтекателя в сторону от управляемого артиллерийского снаряда (УАС) осуществляется за счет отклонения размещенных на НО рулей в момент отделения и последующего разворота НО рулями на угол атаки.

Недостатком способа [1] является то, что он может быть применим лишь для носовых обтекателей, имеющих большой запас устойчивости, в то время как при его реализации на неустойчивом или нейтрально устойчивом НО происходит его быстрое опрокидывание, что приводит к уменьшению как продольного, так и бокового отклонения НО и, вследствие этого, соударение с УАС (фиг. 1). Данный недостаток является существенным, так как в настоящее время широко практикуется использование НО для размещения в нем антенны спутниковой навигационной системы, что приводит к увеличению длины НО, облегчению его передней части и, как правило, к аэродинамической неустойчивости.

Также известны способы (патент US №8505455 В2, кл. F42B 15/10, 2013) [2] и (патент RU №2492413, кл. F42B 15/46, 2013) [3], основанные на разделении обтекателя на части с целью снизить кинетическую энергию деталей элементов конструкции обтекателя для минимизации повреждений боеприпаса.

Недостатком способов [2] и [3] является то, что безударное отделение обтекателя от боеприпаса не гарантируется, и, следовательно, конструктивные элементы планера должны иметь достаточную прочность, чтобы выдерживать удар частей разделившегося НО. Однако непременным элементом оптических или инфракрасных (ИК) головок самонаведения (ГСН), применяемых на УАС, является прозрачный обтекатель объектива, с высокой вероятностью повреждаемый фрагментами НО, что делает невозможным применение рассмотренных способов. Кроме того, данные способы неприменимы при размещении внутри НО элементов системы наведения УАС.

Известен способ отделения баллистического колпака артиллерийского управляемого снаряда (патент RU №2072096, кл. F42B 15/00, 1993 - прототип) [4] путем поджига порохового заряда электровоспламенителем, разрушением элементов крепления под воздействием давления пороховых газов в камере отделения, перемещения корпуса устройства отделения в осевом направлении относительно неподвижной центральной вставки, захвата этой неподвижной вставки и вовлечения ее в движение в осевом направлении, вскрытия бокового сопла и увода НО вбок от траектории полета снаряда под действием реактивной силы. Наличие плеча силы тяги относительно центра масс приводит к развороту колпака на угол атаки и, следовательно, появлению аэродинамической силы, отклоняющей колпак в сторону от траектории. Данный способ ([4]) выбран за прототип.

Способ [4] является наиболее эффективным, так как при надлежащем взаимном расположении сопла и центра масс аэродинамическая сила будет складываться с реактивной, увеличивая тем самым боковое отклонение колпака и снижая вероятность его соударения с УАС.

Недостаток способа [4] проявляется при наличии угла атаки УАС в момент отделения НО (баллистического колпака в терминологии [4]). Наличие углов атаки УАС при отделении НО характерно для отстрела НО на конечном участке траектории при переходе от автономного наведения (с пристыкованным НО) к самонаведению (со сброшенным НО). В этом случае совместного действия аэродинамической и реактивной силы может оказаться недостаточно для преодоления влияния начального угла атаки УАС. Данное обстоятельство особенно негативно влияет на отделение НО, если из-за особенностей конструкции уменьшается плечо реактивной силы (фиг. 2).

В связи с этим актуальной является разработка такого метода отделения носового обтекателя, при котором отстрел НО будет реализовываться при углах атаки, благоприятствующих безударному отделению. В этом случае угол атаки УАС будет фактором не препятствующим, а напротив, способствующим обеспечению несоударения.

Задачей предлагаемой группы изобретений является обеспечение безударного отделения носового обтекателя управляемого боеприпаса в широком температурном и скоростном диапазоне.

Решение поставленной задачи по первому варианту выполняется за счет того, что в способе отделения НО управляемого снаряда путем поджига порохового заряда электровоспламенителем, разрушения элементов крепления под воздействием давления пороховых газов в камере отделения, перемещения корпуса устройства отделения в осевом направлении относительно неподвижной центральной вставки, захвата этой неподвижной вставки и вовлечения ее в движение в осевом направлении, вскрытия бокового сопла и увода НО вбок от траектории полета снаряда под действием реактивной силы, для обеспечения максимальной вероятности безударного отделения НО производится измерение значения экваториальных угловых скоростей УАС, оценка углов атаки УАС в плоскости действия реактивной силы двигательной установки НО (α_П), оценивается выполнение условия безударности отделения при текущем значении α_П, в случае выполнения условия безударности вырабатывается разрешение на отстрел НО.

Решение поставленной задачи по второму варианту выполняется за счет того, что в способе отделения НО управляемого снаряда путем поджига порохового заряда электровоспламенителем, разрушения элементов крепления под воздействием давления пороховых газов в камере отделения, перемещения корпуса устройства отделения в осевом направлении относительно неподвижной центральной вставки, захвата этой неподвижной вставки и вовлечения ее в движение в осевом направлении, вскрытия бокового сопла и увода НО вбок от траектории полета снаряда под действием реактивной силы, для обеспечения максимальной вероятности безударного отделения НО перед отделением НО формируют постоянную команду управления в произвольной плоскости, сохраняющей фиксированный угол с плоскостью горизонта, в момент совпадения направления команды с направлением действия реактивной силы вырабатывают команду на отстрел НО, после отстрела НО формируют постоянную противокоманду в той же плоскости для восстановления направления движения снаряда, имевшего место до подачи команды.

Предложенное изобретение дополняется чертежами, где на фиг. 1 изображено отделение аэродинамически неустойчивого НО при реализации способа [1], на фиг. 2 представлено отделение НО при отрицательном угле атаки с плечом реактивной силы, близким к нулю, на фиг. 3 иллюстрируется отделение НО от снаряда с плечом реактивной силы, близким к нулю, при применении предложенного способа обеспечения безударного отделения по обоим из вариантов, на фиг. 4 приведена зависимость угла атаки снаряда от времени в ПСК при подаче команд управления, на фиг. 5 изображено искажение траектории полета снаряда при использовании способа обеспечения безударного отделения НО по второму варианту.

Для реализации способа обеспечения безударного отделения НО по первому варианту могут быть, например, использованы датчики угловых скоростей (ДУС). При использовании ДУС предложенный способ реализуется по следующей схеме:

- проецирование угловых скоростей ω_Z, ω_Y, замеренных ДУС в связанной системе координат, на оси полусвязанной (невращающейся) системы координат (ПСК) (ось OY перпендикулярна оси носового обтекателя, лежит в плоскости действия его реактивной силы, проекция реактивной силы НО на эту ось имеет положительное значение) и выделение переменных составляющих проекций угловых скоростей ω_ZЗ, ω_YЗ в ПСК:

где γ - угол крена снаряда, - усредненные по времени коэффициенты команды в невращающейся ПСК (отношение среднего значения команды на некотором промежутке времени к максимальному), δ_max - максимальный угол отклонения рулей, - производные коэффициента аэродинамического продольного момента по углу отклонения рулей и углу атаки, V - скорость снаряда, θ - угол наклона траектории, - производные коэффициента подъемной силы по углу отклонения рулей и углу атаки, S_m - площадь Миделя, q - скоростной напор, m - масса снаряда;

- восстановление переменной составляющей углов атаки-скольжения в ПСК путем интегрирования полученных угловых скоростей (ω_ZЗ, ω_YЗ) и вычитания из них их средних значений:

где t₀ - время начала интегрирования (вводится в полетное задание); t - текущее время;

- определение постоянной (медленно меняющейся) составляющей углов атаки и скольжения :

где α_Бал - балансировочный угол атаки;

- определение углов атаки и скольжения в ПСК путем суммирования их постоянной и переменной составляющих:

- пересчет прогнозированных углов атаки и скольжения в ПСК в плоскость действия реактивной силы двигательной установки НО:

где Δγ_ДУ - угол между плоскостью действия реактивной силы и плоскостью XOY;

- определение благоприятных для сброса НО интервалов времени, когда угол атаки в плоскости сопла больше или равен заданному пороговому значению (положительный угол соответствует совпадению угла атаки с направлением действия реактивной силы):

При наличии на боеприпасе датчиков углов атаки-скольжения достаточно лишь пересчитать замеренные датчиками значения в плоскость действия реактивной силы:

где Δγ_ДУА - угол между плоскостью действия реактивной силы и плоскостью датчика угла α_Зам, и определить благоприятный для сброса НО момент по формуле (7).

Отделение носового обтекателя от снаряда при применении предложенного способа иллюстрируется на фиг. 3.

В полетное задание для обеспечения указанных операций должны быть включены ожидаемый момент отделения и балансировочное соотношение.

Решение поставленной задачи по второму варианту выполняется за счет того, что перед отделением носового обтекателя в заданный момент времени t формируется постоянная команда управления длительностью Т₁, действующая в произвольной плоскости, сохраняющей фиксированный угол γ_К с плоскостью горизонта. Длительность команды T₁ должна быть достаточна для выхода УАС (УМ) на заданный угол атаки в плоскости действия команды управления, что обеспечивается при , где - частота собственных колебаний планера УАС (УМ). В момент совпадения плоскости действия реактивной силы НО и плоскости действия формирования команды, определяемый по условию:

вырабатывается команда на отстрел НО. После отстрела НО формируется постоянная противокоманда в той же плоскости (γ_К) и той же длительности, что и команда, выполнявшаяся до отстрела, с целью устранить искажение траектории при маневре УАС (УМ) во время отстрела. Зависимость угла атаки снаряда от времени в ПСК при подаче команд управления приведена на фиг. 4. Отстрел НО всегда обеспечивается при наличии в плоскости действия реактивной силы угла атаки, совпадающего с ней по знаку (аналогично способу 1 (фиг. 3)). При использовании предложенной методики отделения искажение траектории, как следует из фиг. 5, не превышает 10 метров.

Предложенные способы отделения носового обтекателя обеспечивают гарантированное безударное отделение в широком температурном и скоростном диапазоне.

Группа изобретений относится к области вооружения и может быть использована при проектировании и модернизации управляемых боеприпасов, включающих в свою конструкцию отделяемый на траектории носовой обтекатель. Группа изобретений предназначена для обеспечения безударного отделения носового обтекателя от управляемого артиллерийского снаряда или мины. Указанная задача по первому варианту выполняется за счет того, что способ отделения носового обтекателя включает в себя вычисление связанных с ним углов атаки по данным бортовой аппаратуры боеприпаса и выработку разрешения на отстрел при совпадении знака проекции угла атаки с направлением действия реактивной силы. По второму варианту задача решается за счет формирования постоянной команды управления в произвольной плоскости, сохраняющей фиксированный угол с плоскостью горизонта, подачи команды на отстрел НО в момент совпадения плоскости команды и плоскости действия реактивной силы, формирования постоянной противокоманды в той же плоскости для восстановления направления движения снаряда. Результатом группы изобретений является повышение вероятности поражения цели управляемым боеприпасом, имеющим в своем составе отделяемый носовой обтекатель, за счет увеличения вероятности его гарантированного безударного отделения от управляемого снаряда или мины. 2 н.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ отделения носового обтекателя (НО) управляемого снаряда путем поджига порохового заряда электровоспламенителем, разрушения элементов крепления под воздействием давления пороховых газов в камере отделения, перемещения корпуса устройства отделения в осевом направлении относительно неподвижной центральной вставки, захвата этой неподвижной вставки и вовлечения ее в движение в осевом направлении, вскрытия бокового сопла и увода НО вбок от траектории полета снаряда под действием реактивной силы, отличающийся тем, что для обеспечения максимальной вероятности безударного отделения НО производят измерение экваториальных угловых скоростей управляемого артиллерийского снаряда (УАС), оценку углов атаки УАС по этим данным либо по замерам датчиков углов атаки, проецирование углов атаки на плоскость действия реактивной силы, формирование разрешения на отстрел при совпадении знака проекции угла атаки с направлением действия реактивной силы.

2. Способ отделения НО управляемого снаряда путем поджига порохового заряда электровоспламенителем, разрушения элементов крепления под воздействием давления пороховых газов в камере отделения, перемещения корпуса устройства отделения в осевом направлении относительно неподвижной центральной вставки, захвата этой неподвижной вставки и вовлечения ее в движение в осевом направлении, вскрытия бокового сопла и увода НО вбок от траектории полета снаряда под действием реактивной силы, отличающийся тем, что для обеспечения максимальной вероятности безударного отделения НО перед отделением НО в заданный момент времени формируют постоянную команду управления в произвольной плоскости, сохраняющей фиксированный угол с плоскостью горизонта, в момент совпадения направления сформированной команды управления с направлением действия реактивной силы вырабатывают команду на отстрел НО, после отстрела НО формируют постоянную противокоманду в той же плоскости для восстановления направления движения снаряда, имевшего место до подачи команды.