Корпус головной части сверхзвукового реактивного снаряда Российский патент 2019 года по МПК F42B12/32 F42B12/58 

Изобретение относится к области военной техники, а именно к головным частям сверхзвуковых реактивных снарядов и ракет.

Объект изобретения представляет собой корпус головной части сверхзвукового реактивного снаряда повышенной боевой эффективности и надежностью функционирования.

Боевая эффективность реактивного снаряда в немалой степени зависит от количества поражающих элементов в корпусе головной части, места их расположения, конструкции составных частей корпуса, обеспечивающих доставку поражающих элементов к цели и функционирование в момент подрыва, требуемые аэробаллистические поражающих элементов. Кроме того должна быть обеспечена надежная защита поражающих элементов от воздействия аэродинамического нагрева в полете со сверхзвуковыми скоростями с целью сохранения их физико-механических характеристик для надежного поражения целей, защита взрывчатого вещества.

Известен корпус головной (осколочно-фугасной) боевой части реактивного снаряда по патенту РФ №2291377 по кл. МПК F42B 12/24, опубл. 10.01.2007 г. Корпус состоит из головной осколочной секции оживальной формы и фугасной секции цилиндрической формы, смонтированных на наружной несущей оболочке (обечайке) цилиндрической формы с носовой оживальной частью. Осколочная секция имеет внутри сетку из спиральных рифлей, наклоненных к продольной оси под углом 30°…45°, образуя полуготовые поражающие элементы. Материал поражающих элементов по периметру упрочнен формообразующей пластической деформацией. Фугасная секция состоит из трубчатой оболочки с донным заливным узлом и предназначена преимущественно для жидкотекучего наполнителя.

Конструкция корпуса обеспечивает повышение могущества реактивного снаряда за счет раздельного формирования поражающих элементов осколочного действия в головной секции и фугасного поражающего действия в задней секции головной части.

Получение поражающих элементов с заданными геометрическими параметрами в приведенной конструкции зависит от разброса параметров техпроцесса упрочнения поверхности пластической деформацией, изменения физико-механических свойств металла под воздействием аэродинамического нагрева корпуса в полете со сверхзвуковыми скоростями или длительного хранения, разброса геометрических параметров поражающих элементов в процессе изготовления.

Общими признаками с предлагаемой авторами конструкцией корпуса головной части сверхзвукового реактивного снаряда является наличие в аналоге наружной оболочки цилиндрической формы с носовой оживальной частью, поражающих элементов.

Известен корпус головной (осколочно-фугасной) боевой части по патенту РФ №2185593 по кл. МПК F42B 12/32, опубл. 20.07.2002 г., бюл. №20, принятый авторами за прототип. Корпус состоит из наружной обечайки (оболочки), блока готовых поражающих элементов (ГПЭ), внутренней цилиндрической оболочки. Блок ГПЭ выполнен в виде набора цилиндрических втулок из полимерного материала, внутри которых размещены готовые поражающие элементы.

Задачей данного технического решения (прототипа) являлось создание корпуса осколочно-фугасной боевой части с увеличенной скоростью разлета ГПЭ, оптимальным распределением осколочного поля.

Наличие втулок из полимерного материала позволяет упорядочить разлет поражающих элементов и увеличить их скорость, однако при этом происходит уменьшение количества ГПЭ, в результате чего снижается боевая эффективность головной части.

Общими признаками с предлагаемой авторами конструкцией корпуса головной части сверхзвукового реактивного снаряда являются наличие в прототипе наружной оболочки цилиндрической формы, блока готовых поражающих элементов. Носовая часть корпуса сверхзвуковых реактивных снарядов выполнена, как правило, оживальной для снижения лобового сопротивления и увеличения максимальной дальности полета.

В отличие от прототипа в предлагаемом корпусе головной части сверхзвукового реактивного снаряда толщина оживальной носовой части наружной оболочки выполнена переменной с увеличением по мере приближения к ее передней части, при этом максимальная толщина оболочки в 1,5…3,0 раза превышает толщину цилиндрической части наружной оболочки, блок готовых поражающих элементов расположен на внутренней поверхности цилиндрической части оболочки и выполнен в виде внутренней обечайки с кольцевым буртом в ее передней части, на которой установлены готовые поражающие элементы, а готовые поражающие элементы соединены между собой упругим неметаллическим связующим материалом с температурой плавления, превышающей не менее, чем в 1,5 раза максимальную температуру внутренней поверхности наружной оболочки в полете.

В одном из вариантов исполнения корпуса головной части величина зазора между внутренней поверхностью наружной оболочки и внутренней обечайкой блока готовых поражающих элементов в 1,10…1,30 раза превышает размер готовых поражающих элементов в радиальном от оси корпуса направлении. Готовые поражающие элементы выполнены в виде металлических сплошных цилиндрических тел длиной 0,9…1,5 их диаметра, а диаметр поражающих элементов в 1,3…3,0 раза превышает толщину цилиндрической части наружной оболочки.

Это позволяет сделать вывод о наличии причинно-следственной связи между совокупностью существенных признаков заявляемого технического решения и достигаемым техническим результатом.

Указанные признаки, отличительные от прототипа, и на которые распространяется испрашиваемый объем правовой защиты, во всех случаях достаточны.

Задачей предполагаемого изобретения является создание корпуса для головной части сверхзвукового реактивного снаряда повышенной боевой эффективности за счет увеличения осколочного и фугасного поражающего действия, обеспечения заданных аэробаллистических характеристик готовых поражающих элементов в районе цели, повышения надежности функционирования за счет снижения воздействия аэродинамического нагрева на элементы конструкции.

Указанный технический результат достигается тем, что в корпусе головной части сверхзвукового реактивного снаряда, содержащем наружную оболочку цилиндрической формы с оживальной носовой частью, блок готовых поражающих элементов, согласно изобретению толщина оживальной носовой части наружной оболочки выполнена переменной с увеличением по мере приближения к ее передней части, при этом максимальная толщина оболочки в 1,5…3,0 раза превышает толщину цилиндрической части наружной оболочки, блок готовых поражающих элементов расположен на внутренней поверхности цилиндрической части оболочки и выполнен в виде внутренней обечайки с кольцевым буртом в ее передней части, на которой установлены готовые поражающие элементы, а готовые поражающие элементы соединены между собой упругим неметаллическим связующим материалом с температурой плавления, превышающей не менее, чем в 1,5 раза максимальную температуру внутренней поверхности наружной оболочки в полете.

В одном из вариантов исполнения корпуса головной части величина зазора между внутренней поверхностью наружной оболочки и внутренней обечайкой блока ГПЭ в 1,10…1,30 раза превышает размер ГПЭ в радиальном от оси корпуса направлении. ГПЭ выполнены в виде металлических сплошных цилиндрических тел длиной 0,9…1,5 их диаметра, а диаметр поражающих элементов в 1,3…3,0 раза превышает толщину цилиндрической части наружной оболочки.

Новая совокупность конструктивных элементов, а также наличие связей между параметрами заявляемого корпуса головной части сверхзвукового реактивного снаряда позволили, в частности, за счет выполнения:

- толщины оживальной носовой части наружной оболочки переменной с увеличением по мере приближения к передней части с максимальной толщиной, превышающей в 1,5…3,0 раза толщину цилиндрической части наружной оболочки, - снизить воздействие аэродинамического нагрева при полете со сверхзвуковыми скоростями на элементы конструкции, а через них на взрывчатое вещество (ВВ), повысить надежность функционирования головной части реактивного снаряда. Выполнение максимальной толщины оживальной носовой части менее, чем в 1,5 раза толщины цилиндрической части приводит к увеличению коэффициента теплоотдачи, от которого зависит время распространения аэродинамического нагрева по толщине оболочки и далее внутрь конструкции, повышению вероятности возгорания ВВ. Увеличение соотношения толщин более чем, в 3 раза нецелесообразно, так как это приводит к увеличению массы корпуса головной части и снижению массы размещаемого в нем ВВ, снижению боевой эффективности реактивного снаряда;

- расположения блока ГПЭ на внутренней поверхности цилиндрической части оболочки - снизить воздействие аэродинамического нагрева на ГПЭ и ВВ, обеспечить заданные физико-механические характеристики ГПЭ в районе цели. Обтекание цилиндрической части наружной оболочки сверхзвуковым воздушным потоком характеризуется уменьшенными значениями температуры восстановления, в 1,5…2,0 раза коэффициента теплоотдачи пограничного слоя на ее поверхности по сравнению с теми же характеристиками на оживальной носовой части;

- блока ГПЭ в виде внутренней обечайки с кольцевым буртом в ее передней части, на которой установлены ГПЭ, соединенные между собой упругим неметаллическим связующим материалом с температурой плавления, превышающей не менее, чем в 1,5 раза максимальную температуру внутренней поверхности наружной оболочки в полете, - увеличить количество поражающих элементов в блоке ГПЭ при их максимальной плотной укладке и повысить тем самым эффективность осколочного поражающего действия, повысить надежность соединения ГПЭ связующим материалом для исключения их биения и вибрации в полете, защитить элементы от воздействия аэродинамического нагрева в полете со сверхзвуковыми скоростями. За счет соединения ГПЭ упругим связующим материалом обеспечивается равномерный выбор возможного зазора между блоком и внутренней поверхностью наружной оболочки корпуса, что позволяет исключить эксцентриситет массы и биение корпуса головной части при наличии вращения снаряда. При температуре плавления связующего материала менее, чем в 1,5 раза максимальной температуры внутренней поверхности наружной оболочки не происходит существенного снижения температуры блока ГПЭ и ВВ. За счет сближения указанных температур происходит размягчение связующего материала, потеря жесткости блока ГПЭ и его эксцентриситет, биение корпуса головной части приводит к ухудшение характеристик точности стрельбы сверхзвуковым реактивным снарядом. Значительное уменьшение температуры блока ГПЭ и ВВ происходит при температуре плавления неметаллического (например, полимерного) связующего материала более, чем в 1,5 раза максимальной температуры внутренней поверхности наружной оболочки за счет гораздо меньшей теплопроводности по сравнению с аналогичными характеристиками материала наружной оболочки корпуса;

- величины зазора между внутренней поверхностью наружной оболочки и внутренней обечайкой в 1,10…1,30 раза превышающего размер ГПЭ в радиальном от оси корпуса направлении - обеспечить не только достаточную жесткость соединения, но и защиту блока ГПЭ и ВВ от аэродинамического нагрева наружной оболочки упругим неметаллическим связующим материалом с указанным соотношением температуры его плавления и температурой внутренней поверхности стенки до момента подрыва корпуса головной части. Такая конструкция не требует затраты энергии для разрушения связующего материала, не влияет на скорость разлета ГПЭ в момент подрыва и их боевую эффективность. Выполнение величины зазора менее 1,10 размера ГПЭ приводит к уменьшению толщины защитного слоя упругого связующего материала со стороны внутренней поверхности наружной оболочки, перегреванию ГПЭ и снижению их физико-механических характеристик, нагреву ВВ, влияющих на эффективность поражающего действия. Увеличение величины зазора более 1,3 раза размера ГПЭ нецелесообразно, так как это приводит к уменьшению внутреннего объема корпуса для размещения ВВ, снижению боевой эффективности головной части;

- ГПЭ в виде металлических сплошных цилиндрических тел длиной 0,9…1,5 их диаметра - обеспечить заданные аэробаллистические характеристики ГПЭ независимо от их ориентации в полете после подрыва головной части. При длине цилиндрического тела менее 0,9 диаметра происходит его неустойчивый полет с вращением, неоднозначный подход (торцом или ребром) к защищенной цели, снижается эффективность поражающего действия части ГПЭ. Увеличение длины цилиндрического тела свыше 1,5 диаметра приводит к увеличению его сопротивления при поперечном обтекании, снижению скорости полета и эффективности поражающего действия ГПЭ;

- диаметра поражающих элементов в 1,3…3,0 раза превышающего толщину цилиндрической части наружной оболочки - повысить надежность дробления наружной оболочки корпуса при подрыве корпуса головной части на требуемые осколки. При диаметре элемента менее 1,3 толщины наружной оболочки происходит дробление ее на осколки различных размеров непрогнозируемой формы, влияющих на эффективность осколочного поражающего действия головной части. Увеличение соотношения диаметра элемента к толщине оболочки свыше 3 нецелесообразно, обеспечивая с одной стороны необходимые размеры поражающего элемента для надежного поражения известных типовых целей и с другой обеспечивая достаточную прочность несущей наружной оболочки корпуса головной части в составе сверхзвукового реактивного снаряда.

Сущность изобретения поясняется чертежом фиг. 1, где представлен общий вид корпуса головной части сверхзвукового реактивного снаряда.

Корпус головной части реактивного снаряда состоит из наружной оболочки 1 цилиндрической формы с оживальной носовой частью 2, блок 3 ГПЭ. Блок 3 расположен на внутренней поверхности цилиндрической части 1 оболочки и выполнен в виде внутренней обечайки 4 с кольцевым буртом в ее передней части, на которой установлены ГПЭ 5, соединенные между собой упругим неметаллическим связующим материалом 6 с температурой плавления, превышающей не менее, чем в 1,5 раза максимальную температуру внутренней поверхности наружной оболочки 1 в полете.

Максимальная толщина t₁ оживальной носовой части 2 оболочки в 1,5…3,0 раза превышает толщину t₂ цилиндрической части 1 наружной оболочки. Величина зазора t₃ между внутренней поверхностью наружной оболочки 1 и внутренней обечайкой 4 в 1,10…1,30 раза превышает размер d готовых поражающих элементов 5 в радиальном от оси корпуса направлении.

ГПЭ 5 выполнены в виде металлических сплошных цилиндрических тел длиной L=(0,9…1,5)d, а диаметр d поражающих элементов в 1,3…3,0 раза превышает толщину t₂ цилиндрической части 1 наружной оболочки.

Функционирование предлагаемого корпуса головной части сверхзвукового реактивного снаряда происходит следующим образом.

Во время полета сверхзвукового реактивного снаряда на его поверхности и особенно на оживальной носовой части корпуса происходит увеличение температуры пограничного слоя, приводящей к его нагреву. За счет выполнения толщины оживальной носовой части 2 наружной оболочки переменной с увеличением ее по мере приближения к передней части в пределах, указанных в материалах заявки, происходит уменьшение воздействие аэродинамического нагрева на элементы конструкции и на ВВ за счет растягивания по времени и уменьшения по величине температуры на внутренней поверхности оживальной носовой части, повышается тем самым надежность функционирования корпуса головной части сверхзвукового реактивного снаряда.

Расположение блока 3 ГПЭ на внутренней поверхности цилиндрической части оболочки в зоне уменьшенных значений температуры восстановления пограничного слоя и коэффициента теплоотдачи также позволяет уменьшить воздействие аэродинамического нагрева на ГПЭ, обеспечить им заданные физико-механические характеристики. Этой же цели способствует примененный в конструкции упругий неметаллический связующий материал 6 с предложенным соотношением температуры плавления и температуры стенки, который не только защищает ГПЭ от перегревания и снижения физико-механических свойств, но и обеспечивает жесткое соединение их между собой в полете. Выполнение величины зазора между внутренней поверхностью наружной оболочки и внутренней обечайкой в 1,10…1,30 раза превышающего размер ГПЭ в радиальном от оси корпуса направлении обеспечивает достаточную жесткость соединения, защиту ГПЭ от аэродинамического нагрева упругим неметаллическим связующим материалом до момента подрыва корпуса головной части. Такая конструкция не требует затраты энергии для разрушения связующего материала, не влияет на скорость разлета готовых поражающих элементов в момент подрыва и их боевую эффективность.

В заданной точке траектории полета сверхзвукового реактивного снаряда подается сигнал на подрыв ВВ внутри корпуса, под действием образовавшегося давления происходит разрушение оживальной носовой части 2 и цилиндрической части наружной оболочки 1. Одновременно с этим ГПЭ 5, установленные на обечайке 4, приобретают скорость полета и поражают живую силу противника, а также защищенные цели. Выполнение ГПЭ в виде металлических сплошных цилиндрических тел длиной 0,9…1,5 их диаметра обеспечивает им заданные аэробаллистические характеристики независимо от их ориентации в полете после подрыва головной части, что повышает ее боевую эффективность.

Таким образом предлагаемая конструкция корпуса головной части сверхзвукового реактивного снаряда позволяет повысить надежность доставки ГПЭ в район цели, защитить их и далее ВВ от воздействия аэродинамического нагрева, сохранить физико-механические свойства ГПЭ, повысить боевую эффективность сверхзвукового реактивного снаряда за счет увеличения осколочного и фугасного поражающего действия.

Указанный положительный эффект подтвержден летно-конструкторскими испытаниями образцов корпуса головной части сверхзвукового реактивного снаряда, выполненных в соответствии с предлагаемым изобретением.

Изобретение относится к ракетной технике и может быть использовано при разработке корпусов головных частей сверхзвуковых реактивных снарядов и ракет. Технический результат - повышение боевой эффективности снаряда за счет увеличения осколочного и фугасного поражающего действия, обеспечения заданных аэробаллистических характеристик поражающих элементов в районе цели, повышения надежности функционирования за счет снижения воздействия аэродинамического нагрева на элементы конструкции. По изобретению толщина оживальной носовой части наружной оболочки выполнена переменной с ее увеличением по мере приближения к ее передней части. При этом максимальная толщина оболочки в 1,5…3,0 раза превышает толщину цилиндрической части наружной оболочки. Блок готовых поражающих элементов расположен на внутренней поверхности цилиндрической части оболочки и выполнен в виде внутренней обечайки с кольцевым буртом в ее передней части. На ней установлены готовые поражающие элементы. Эти элементы соединены между собой упругим неметаллическим связующим материалом с температурой плавления, превышающей не менее чем в 1,5 раза максимальную температуру внутренней поверхности наружной оболочки в полете. Величина зазора между внутренней поверхностью наружной оболочки и внутренней обечайкой блока готовых поражающих элементов в 1,10…1,30 раза превышает размер готовых поражающих элементов в радиальном от оси корпуса направлении. Готовые поражающие элементы выполнены в виде металлических сплошных цилиндрических тел длиной 0,9…1,5 их диаметра. Диаметр поражающих элементов в 1,3…3,0 раза превышает толщину цилиндрической части наружной оболочки. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Корпус головной части сверхзвукового реактивного снаряда, содержащий наружную оболочку цилиндрической формы с оживальной носовой частью, блок готовых поражающих элементов, отличающийся тем, что толщина оживальной носовой части наружной оболочки выполнена переменной с увеличением по мере приближения к ее передней части, при этом максимальная толщина оболочки в 1,5…3,0 раза превышает толщину цилиндрической части наружной оболочки, блок готовых поражающих элементов расположен на внутренней поверхности цилиндрической части оболочки и выполнен в виде внутренней обечайки с кольцевым буртом в ее передней части, на которой установлены готовые поражающие элементы, а готовые поражающие элементы соединены между собой упругим неметаллическим связующим материалом с температурой плавления, превышающей не менее чем в 1,5 раза максимальную температуру внутренней поверхности наружной оболочки в полете.

2. Корпус головной части сверхзвукового реактивного снаряда по п. 1, отличающийся тем, что величина зазора между внутренней поверхностью наружной оболочки и внутренней обечайкой блока готовых поражающих элементов в 1,10…1,30 раза превышает размер готовых поражающих элементов в радиальном от оси корпуса направлении.

3. Корпус головной части сверхзвукового реактивного снаряда по п. 1, отличающийся тем, что готовые поражающие элементы выполнены в виде металлических сплошных цилиндрических тел длиной 0,9…1,5 их диаметра, а диаметр поражающих элементов в 1,3…3,0 раза превышает толщину цилиндрической части наружной оболочки.