Способ стрельбы артиллерийскими снарядами на дальние расстояния Российский патент 2018 года по МПК F42B12/00 

Описание патента на изобретение RU2659449C1

Изобретение относится к артиллерийскому вооружению и боеприпасам, в частности к повышению дальности стрельбы снарядами из артиллерийских орудий. Известно, что для повышения дальности стрельбы необходимо уменьшать сопротивление движению снаряда.

Известен способ уменьшения сопротивления движению снаряда, заключающийся в том, что снаряду придают форму удлиненного конуса, а в донной части формируют полость. Это направление работ прослеживается на разработках дальнобойных осколочно-фугасных снарядов, имеющие шифры: «Наместник», «Хребет-М», «Алагез» и др. (Каллистов А.А. Научно-исследовательский машиностроительный институт (НИМИ): Страницы истории, события, люди (1932-2002). - М.: ЦЭИ «Химмаш», 2002. - 236 с.: ил.). Эти технические решения в целом уменьшают сопротивление движению снаряда в воздухе и позволяют повысить дальность стрельбы на 10-20% по сравнению с обычными снарядами такого же класса.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ обеспечения скоростного движения подводной ракеты (торпеды) в жидкой среде. При этом высокую скорость торпеды обеспечивают за счет уменьшения плотности среды впереди торпеды, путем турбулизации среды до появления пузырьков воздуха впереди этой торпеды (Каллистов А.А. Научно-исследовательский машиностроительный институт (НИМИ): Страницы истории, события, люди (1932-2002). - М.: ЦЭИ «Химмаш», 2002. - 236 с.: ил.) (Прототип).

В заявленном техническом решении предлагается перед выстрелом на прямолинейном участке движения снаряда в узком цилиндрическом коридоре по траектории движения снаряда нагревать воздух. На этом участке под действием тепла плотность воздуха уменьшится, и снаряд, запущенный в этот коридор с меньшей плотностью, будет испытывать меньшее сопротивление своему движению. При этом его потери скорости на данном участке будут меньше, чем если бы снаряд двигался в непрогретом воздухе. Тем самым будет получена большая дальность стрельбы артиллерийским снарядом.

Известно, что сила сопротивления воздуха движению снаряда направлена против скорости движения, ее величина пропорциональна характерной площади S снаряда, плотности среды ρ и квадрату скорости V. Из этого следует, что уменьшение силы сопротивления воздуха впереди снаряда естественно приведет к увеличению дальности стрельбы и тем самым будет повышена эффективность такой стрельбы. Вопросам оптимизации характерной площади снаряда посвящено множество исследований и достигнуты существенные результаты (варианты рассмотрены выше). Предлагается применить технические решения по снижению плотности среды впереди движущегося снаряда.

Техническое решение поясняется чертежами.

Фиг. 1. Изменение плотности воздуха (ось ординат в кг/м3) в зависимости от температуры (ось абсцисс в °С).

Фиг. 2. Световое излучение пучка лазера.

Фиг. 3. Спектральное пропускание атмосферой излучения, измеренное на горизонтальной трассе протяженностью 1,8 км на уровне моря. В нижней части чертежа указано, молекулами каких газов поглощается излучение.

Один из способов уменьшения плотности воздуха заключается в его нагреве. На фиг. 1 приведены данные по изменению плотности воздуха при его нагреве до 100°С. Как видно, с ростом температуры плотность воздуха существенно уменьшается.

Исследования движения различных снарядов на начальном участке траектории (после выстрела) показывают, что в нижних слоях атмосферы сопротивление движению снаряда максимально. Это обусловлено тем, что плотность атмосферы максимальна у поверхности земли и уменьшается с высотой.

Анализ данных, приведенных на фиг. 1, и известных данных об изменении плотности воздуха на различных высотах от поверхности земли показывает, что, например, нагрев воздуха у поверхности земли до 100°С приведет к изменению его плотности как при подъеме на высоту до 2,8 км.

В связи с этим технические решения, позволяющие нагреть воздух на начальном участке движения снаряда, создадут условия для уменьшения лобового сопротивления при прохождении нижних самых плотных слоев атмосферы и тем самым позволят повысить дальность стрельбы ствольной артиллерии.

Одним из таких решений для нагрева воздуха является использование энергии излучения мощного лазера в направлении стрельбы. Картинка, демонстрирующая такой вариант подвода энергии к узкому тоннелю воздуха в направлении движения снаряда, показана на фиг. 2.

Оценки энергии, необходимой для нагрева такого канала в воздухе, приведены ниже.

Технические возможности по созданию оптических систем лазера позволяют создать луч с диаметром пятна 0,5 м на расстоянии три километра от точки излучения. На расстоянии один километр диаметр пятна в этом случае будет составлять примерно 0,2 м. Усредненный расчет показывает, что для рассмотренных условий объем воздуха в конусе от вершины в точке излучения до расстояния в один км составит 7 м3, а до расстояния в 3 км -176 м3.

Энергию для нагрева одного куба воздуха на один градус Цельсия определим из известного соотношения:

Q=cpρ,

где ср - теплоемкость воздуха, равная 0,243 ккал/кг× град; ρ - плотность воздуха, равная у поверхности земли 1,25 кг/м3. Расчет показывает, что при этом величина Q составит 300 кал или 1260 Дж.

Исходя из этого, оценим энергию, необходимую для нагрева на один градус объема воздуха в рассмотренных выше конусах, а именно: в конусах с высотами один и три километра. Проведя расчеты, получим: соответственно примерно 9 кДж и 222 кДж. Тогда для нагрева на 100°С потребуется соответственно 900 кДж и 22,2МДж. Эти расчеты распространяются на прохождение луча параллельно поверхности земли. При направлении луча под углом к поверхности земли, с ростом высоты подъема над землей, плотность воздуха будет уменьшаться. Тогда, в соответствии с расчетом, можно видеть, что с ростом высоты количество энергии для нагрева воздуха на одну и ту же величину будет уменьшаться, т.е. приведенные выше мощности являются предельными.

Следует подчеркнуть, что температура самого луча лазера не просто низкая, термодинамически она вообще отрицательная. Высокая температура может возникнуть только при соприкосновении луча с веществом, например с молекулами газов в воздухе.

В России сегодня есть предприятия, способные разрабатывать и промышленно выпускать мощные малогабаритные лазеры. Достижения в этой области хорошо показаны в документальном фильме «Повелители луча», снятом в 2009 году.

Для того чтобы заставить лазерный луч максимально отдавать энергию окружающему воздуху, необходимо использовать частотный диапазон излучения, в котором наблюдается максимальное поглощение энергии частицами воздуха. Исследования ряда авторов показывают, что это явление наблюдается, например, для длин волн в пределах 5,5-7,5 мкм. На фиг. 3 приведены известные данные исследований по измерению поглощения лазерного излучения на различных длинах волн.

Как видно из фиг. 3, в указанном диапазоне длин волн (5,5-7,5 мкм) основное поглощение энергии лазера происходит при взаимодействии с молекулами воды. Концентрация водяного пара в атмосфере зависит от географического положения района, времени года, высоты слоя атмосферы, местных метеоусловий и колеблется по объему от 0,001 до 4%. Основное количество водяного пара сосредоточено в нижнем пятикилометровом слое и резко уменьшается с дальнейшим увеличением высоты. Принципиальные возможности создания лазеров в диапазоне длин волн 5,5-7,5 мкм рассмотрены в работе (отчет о научно-исследовательской работе в рамках федеральной целевой программы «научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы по теме: «твердотельные лазеры с полупроводниковой накачкой ближнего и среднего ИК диапазонов спектра (2 мкм, 3-8 мкм) на основе кристаллов и керамики, активированных ионами Тm и НО» //мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева, Саранск, 2012 г.).

Одним из таких предприятий, способным создать мощные лазеры с заданными свойствами, является ФКП «ГЛП «Радуга» (Владимирская область). На предприятии разработаны и функционируют рад уникальных малогабаритных мощных лазеров. Особых успехов они добились в области создания матриц лазерных диодов, применяемых для накачки лазеров.

Таким образом, анализ данных, приведенных на фиг. 1, показывает, что повышение температуры воздуха впереди снаряда на 100°С позволяет уменьшить его плотность более чем на 30%. А так как сопротивление движению снаряда пропорционально плотности воздуха следует ожидать, что при реализации устройства, позволяющего провести этот нагрев, дальность стрельбы из артиллерийских орудий можно также увеличить более чем на 30%.

Приведенный выше анализ и расчеты позволяют сформулировать требования на создание установок по снижению сопротивления движению снарядов в нижних слоях атмосферы. Техническая реализуемость предложения не вызывает сомнений.

Реализация способа осуществляется следующим образом. С помощью мощного лазера, направление излучения энергии которого совпадает с осью ствола орудия, перед выстрелом из этого орудия излучают несколько импульсов энергии. Луч лазера, отдавая энергию излучения, будет нагревать воздух в зоне луча (примерно в течение 2-4 секунд). Луч представляет собой усеченный конус. Нагретый воздух в узком тоннеле будет иметь плотность ниже, чем в окружающем этот тоннель пространстве. После этого лазер убирается, и производится выстрел из орудия, так чтобы снаряд на начальном участке траектории двигался в этом тоннеле. За счет того, что плотность воздуха на начальном этапе движения снаряда будет меньше, сила сопротивления движению снаряда будет также меньше. А это условие позволяет снаряду дольше двигаться с максимальной скоростью, и тем самым будет обеспечена большая дальность стрельбы.

Изложенные сведения о заявленном изобретении, охарактеризованном в независимом пункте формулы, свидетельствуют о возможности его осуществления с помощью описанных в заявке и известных средств и методов. Следовательно, заявленный способ соответствует условию промышленной применимости.

Похожие патенты RU2659449C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ЗАЩИТНОГО ПОКРЫТИЯ СТВОЛОВ ОРУДИЙ 2021
  • Лазарев Сергей Юрьевич
  • Максимов Игорь Евгеньевич
  • Калинин Валерий Юрьевич
  • Калинин Андрей Валерьевич
  • Беляева Светлана Дмитриевна
  • Медянников Михаил Александрович
RU2769032C1
Способ коррекции артиллерийских снарядов 2017
  • Кузнецов Николай Сергеевич
RU2667167C1
СПОСОБ СТРЕЛЬБЫ УПРАВЛЯЕМЫМ СНАРЯДОМ С ЛАЗЕРНОЙ ПОЛУАКТИВНОЙ ГОЛОВКОЙ САМОНАВЕДЕНИЯ 2003
  • Шипунов А.Г.
  • Бабичев В.И.
  • Рабинович В.И.
  • Подчуфаров Ю.Б.
  • Серегин Ю.В.
  • Троицкий В.А.
RU2247297C1
СПОСОБ СТРЕЛЬБЫ УПРАВЛЯЕМЫМ СНАРЯДОМ С ЛАЗЕРНОЙ ПОЛУАКТИВНОЙ ГОЛОВКОЙ САМОНАВЕДЕНИЯ ПО ДВИЖУЩЕЙСЯ ЦЕЛИ (ВАРИАНТЫ) 2007
  • Бабичев Виктор Ильич
  • Рабинович Владимир Исаакович
  • Ларин Андрей Викторович
  • Ларин Дмитрий Викторович
  • Шамин Михаил Степанович
RU2347999C2
СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ВООРУЖЕНИЕМ ТАНКА 1996
  • Корнеев В.В.
  • Ковалев В.П.
  • Старостин М.М.
RU2102684C1
СПОСОБ ИНИЦИИРОВАНИЯ МОЛНИЕВЫХ РАЗРЯДОВ 2013
  • Архипов Владимир Павлович
  • Березинский Игорь Николаевич
  • Березинский Николай Александрович
  • Камруков Александр Семенович
  • Козлов Николай Павлович
  • Пашкевич Михаил Юрьевич
  • Трофимов Александр Вячеславович
  • Федченко Людмила Михайловна
  • Шереметьев Роман Викторович
RU2525842C1
ЭЛЕКТРОННО-ДИНАМИЧЕСКИЙ СНАРЯД, СПОСОБ ЕГО ФОРМИРОВАНИЯ, СПОСОБЫ ЕГО РАЗГОНА И ПУШКА ДЛЯ СТРЕЛЬБЫ ЭЛЕКТРОННО-ДИНАМИЧЕСКИМИ СНАРЯДАМИ 2004
  • Никитин Владимир Степанович
RU2279624C2
СПОСОБ СТРЕЛЬБЫ УПРАВЛЯЕМЫМ СНАРЯДОМ С ЛАЗЕРНОЙ ПОЛУАКТИВНОЙ ГОЛОВКОЙ САМОНАВЕДЕНИЯ (ВАРИАНТЫ) 2005
  • Бабичев Виктор Ильич
  • Рабинович Владимир Исаакович
  • Подчуфаров Юрий Борисович
  • Ларин Андрей Викторович
  • Ларин Дмитрий Викторович
RU2291371C1
АВТОНОМНЫЙ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАЧАЛЬНОЙ СКОРОСТИ АРТИЛЛЕРИЙСКОГО СНАРЯДА С ДИСТАНЦИОННЫМ ПОДРЫВОМ В ВОЗДУХЕ 2022
  • Соловьев Владимир Александрович
  • Грачев Иван Иванович
  • Федотов Алексей Владимирович
  • Тюмин Александр Андреевич
RU2816756C1
Способ стрельбы управляемыми снарядами с лазерной полуактивной головкой самонаведения 2019
  • Хохлов Николай Иванович
  • Подчуфаров Юрий Борисович
  • Шигин Александр Викторович
  • Ларин Дмитрий Викторович
  • Ларин Андрей Викторович
  • Моисеев Антон Станиславович
RU2716462C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 659 449 C1

Реферат патента 2018 года Способ стрельбы артиллерийскими снарядами на дальние расстояния

Изобретение относится к артиллерийскому вооружению и боеприпасам и, в частности, к стрельбе снарядами из артиллерийских орудий. Технический результат - повышение дальности стрельбы. По способу перед выстрелом уменьшают сопротивление движению снаряда. Для этого с помощью лазера в диапазоне длин волн 5,5-7,5 мкм излучают несколько импульсов энергии с направлением излучения, совпадающим с осью ствола орудия. С помощью этого излучения нагревают воздух в зоне луча - тоннеле в течение нескольких секунд. После этого лазер убирают и производят выстрел из орудия так, чтобы артиллерийский снаряд на начальном участке траектории двигался в упомянутом тоннеле. 3 ил.

Формула изобретения RU 2 659 449 C1

Способ стрельбы артиллерийскими снарядами на дальние расстояния, заключающийся в том, что перед выстрелом уменьшают сопротивление движению снаряда, отличающийся тем, что перед выстрелом с помощью лазера в диапазоне длин волн 5,5-7,5 мкм излучают несколько импульсов энергии с направлением излучения, совпадающим с осью ствола орудия, с помощью этого излучения нагревают воздух в зоне луча - тоннеле в течение нескольких секунд, после чего лазер убирают и производят выстрел из орудия так, чтобы артиллерийский снаряд на начальном участке траектории двигался в упомянутом тоннеле.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2018 года RU2659449C1

ОСКОЛОЧНО-ФУГАСНЫЙ СНАРЯД 1994
  • Одинцов Владимир Алексеевич
RU2082943C1
ЭЛЕКТРОННО-ДИНАМИЧЕСКИЙ СНАРЯД, СПОСОБ ЕГО ФОРМИРОВАНИЯ, СПОСОБЫ ЕГО РАЗГОНА И ПУШКА ДЛЯ СТРЕЛЬБЫ ЭЛЕКТРОННО-ДИНАМИЧЕСКИМИ СНАРЯДАМИ 2004
  • Никитин Владимир Степанович
RU2279624C2
ВИБРАЦИОННАЯ МАШИНА ДЛЯ ШЛИФОВАНИЯ, ПОЛИРОВАНИЯ И ОЧИСТКИ ДЕТАЛЕЙ 0
SU170322A1
СПОСОБ ТРАНСФОРМАЦИИ В ПОЛЕТЕ КОРМОВОГО ОТСЕКА АРТИЛЛЕРИЙСКОГО СНАРЯДА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ 2011
  • Ветров Вячеслав Васильевич
  • Панферов Павел Валерьевич
  • Михеев Кирилл Николаевич
RU2478183C1
СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ОБТЕКАНИЕМ БЕСПИЛОТНОГО ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА 2010
  • Носачев Леонид Васильевич
  • Егоров Иван Владимирович
RU2415373C1
DE 4028875 A1, 19.03.1992.

RU 2 659 449 C1

Авторы

Кузнецов Николай Сергеевич

Даты

2018-07-02Публикация

2017-08-29Подача