Реактивный снаряд с газодинамической системой стабилизации Российский патент 2021 года по МПК F42B12/02 F42B10/30 

Описание патента на изобретение RU2756195C1

Изобретение относится к области ракетной техники, а именно к реактивным снарядам (PC) с газодинамической системой стабилизации, преимущественно для реактивных систем залпового огня.

Объект изобретения представляет собой PC с газодинамической системой стабилизации повышенной боевой эффективности, точности и надежности функционирования. Система стабилизации предназначена для снижения влияния угловых возмущений, действующих на PC и приводящих к отклонению его вектора скорости от направления стрельбы. Особенно необходимой данная система является на начальном активном участке траектории полета.

Для повышения боевой эффективности указанных PC необходима минимизация веса газодинамической системы стабилизации, а следовательно, увеличение веса боевой части, увеличение управляющего усилия исполнительных органов (сопел) при минимальных энергетических затратах, улучшение характеристик точности и кучности при залповой стрельбе.

Известен управляемый снаряд с генератором горячих газов по заявке Франции №2641857, кл. МПК F42B 10/66, содержащий газогенератор, реактивные сопла, расположенные по периферии снаряда. Управляемый снаряд по заявке ФРГ №3901041, кл. МПК F42B 10/62 также содержит газогенератор горячего газа, сопла, расположенные равномерно по периметру снаряда. В указанных PC, принятых за аналоги, посредством истекающих из сопел струй газа происходит изменение траектории их движения в направлении цели.

Задачей указанных технических решений являлось обеспечение изменения траектории снарядов без оптимизации места расположения сопел с точки зрения получения максимальной тяги и газодинамического момента относительно центра масс при минимальных энергетических затратах газогенератора.

Общими признаками с предлагаемой авторами конструкцией PC с газодинамической системой стабилизации является наличие в составе аналогов газогенератора, сопел, расположенных по периферии корпуса.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату является PC по патенту РФ №2071027, МПК F42B 12/00, опубл. 27.12.1996 г., содержащий головную часть, имеющей заостренный и цилиндрический участки корпуса, газодинамическую систему угловой стабилизации, включающей газогенератор и сопла, реактивный двигатель, аэродинамический стабилизатор с лопастями, принятый авторами за прототип. Лопасти стабилизатора установлены под углом к продольной оси снаряда.

Целью изобретения (прототипа) являлось создание ракеты, обеспечивающей за счет обеспечения оптимального режима работы системы угловой стабилизации улучшение характеристик кучности стрельбы. При этом предполагалось использование в реактивном двигателе низкоэнергетических твердых топлив и приводятся по тексту описания некоторые ограничения по скорости и числу Маха полета, дальности стрельбы предложенной конструкции.

В прототипе предложено соотношение геометрических параметров стабилизатора и расстояний от сопла до центра масс, соотношение толщин заряда газодинамической системы и реактивного двигателя, ограничение по разбросу угла установки лопастей относительно среднего его значения. Требований по месту расположения сопел относительно носовой части, а также лопастей стабилизатора относительно выходного сечения сопла реактивного двигателя в прототипе не предъявлялось.

При разработке PC с увеличенной дальностью и скоростью полета, у которых значительно возрастают действующие на них аэродинамические силы и моменты, изменяется характер распределения поперечных сил по длине при наличии углов атаки, от которых зависит взаимодействие набегающего потока и истекающих управляющих струй из сопел газодинамической системы стабилизации, значение тяги струй.

Общими признаками с предлагаемой авторами конструкцией PC с газодинамической системой стабилизации является наличие в прототипе головной части, имеющей заостренный и цилиндрический участки корпуса, газодинамической системы стабилизации, включающей газогенератор и сопла, реактивного двигателя, аэродинамического стабилизатора с лопастями, установленными на цилиндрическом обтекателе.

Опыт отработки PC с газодинамической системой стабилизации с учетом испытаний в аэродинамических трубах показывает, что величина управляющего усилия исполнительного органа (сопла) при взаимодействии газовой струи с обтекающим снаряд воздушным потоком, аэродинамические характеристики снаряда во время работы системы угловой стабилизации и после в немалой степени зависят от места расположения выходного сечения сопла относительно носовой части снаряда. Также влияет расположение лопастей стабилизатора относительно выходного сечения сопла реактивного двигателя на аэробаллистические характеристики снаряда.

В отличие от прототипа в предлагаемом PC с газодинамической системой стабилизации сопла газодинамической системы установлены на цилиндрическом участке корпуса головной части и расстояние от места сопряжения его с заостренным участком корпуса до середины выходных сечений сопел составляет 0,2-2,0 калибра снаряда, а ширина выходного сечения сопла в направлении продольной оси снаряда не превышает 0,2 калибра снаряда, выходное сечение каждого сопла утоплено в корпусе головной части и отстоит от наружной ее поверхности на величину 0,02-0,2 ширины сопла, при этом оси выходных сечений сопел расположены в плоскости, перпендикулярной продольной оси головной части, а длина заостренного участка корпуса составляет 1,5-3,5 калибра снаряда, лопасти стабилизатора смонтированы на цилиндрическом обтекателе диаметром, превышающем в 1,05-1,15 диаметр выходного сечения сопла реактивного двигателя, а задние кромки лопастей в районе корневой хорды удалены от выходного сечения сопла на расстояние 0,3-1,0 диаметра его выходного сечения.

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 предлагаемого изобретения является повышение боевой эффективности, надежности функционирования PC с газодинамической системой стабилизации за счет обеспечения максимального газодинамического стабилизирующего момента относительно центра масс снаряда, минимизации веса газодинамической системы стабилизации, а, следовательно, увеличения веса боевой части, повышение точности и кучности стрельбы за счет парирования угловых возмущений в полете, исключения отрицательного воздействия струи реактивного двигателя на лопасти и аэродинамические характеристики стабилизатора, обеспечения улучшения аэробаллистических характеристик снаряда.

Указанный технический результат достигается тем, что в PC с газодинамической системой стабилизации, содержащем головную часть, имеющую заостренный и цилиндрический участки корпуса, газодинамическую систему стабилизации, включающую газогенератор и сопла, реактивный двигатель, аэродинамический стабилизатор с лопастями, установленными на цилиндрическом обтекателе, согласно изобретению сопла газодинамической системы установлены на цилиндрическом участке корпуса головной части и расстояние от места сопряжения его с заостренным участком корпуса до середины выходных сечений сопел составляет 0,2-2,0 калибра снаряда, а ширина выходного сечения сопла в направлении продольной оси снаряда не превышает 0,2 калибра снаряда, выходное сечение каждого сопла утоплено в корпусе головной части и отстоит от наружной ее поверхности на величину 0,02-0,2 ширины сопла, при этом оси выходных сечений сопел расположены в плоскости, перпендикулярной продольной оси головной части, а длина заостренного участка корпуса составляет 1,5-3,5 калибра снаряда, лопасти стабилизатора смонтированы на цилиндрическом обтекателе диаметром, превышающем в 1,05-1,15 диаметр выходного сечения сопла реактивного двигателя, а задние кромки лопастей в районе корневой хорды удалены от выходного сечения сопла на расстояние 0,3-1,0 диаметра его выходного сечения.

Авторы предлагаемого изобретения провели экспериментальные исследования на моделях PC в аэродинамической трубе, летные испытания, конструкторские проработки, направленные на поиск технических решений, позволяющих увеличить управляющую силу, создающую соплами газодинамической системы стабилизации, и стабилизирующий момент относительно центра масс снаряда при минимизации расхода газа, веса заряда газогенератора, а, следовательно увеличить вес боевой части, минимизировать сопротивление снаряда после окончания работы газодинамической системы стабилизации.

Новая совокупность конструктивных элементов, а также наличие связей между параметрами заявляемого PC с газодинамической системой стабилизации позволили, в частности, за счет выполнения:

- установки сопел газодинамической системы стабилизации на цилиндрическом участке корпуса головной части и расстояния от места сопряжения его с заостренным участком корпуса до середины выходных сечений сопел 0,2-2,0 калибра снаряда - обеспечить получение максимальной величины управляющей силы системы стабилизации при минимальном расходе газа а, следовательно, снизить вес заряда газогенератора, увеличить вес боевой части и повысить боевую эффективность PC. Такое расположение сопел обеспечивает надежное парирование угловых возмущений в полете, удерживает вектор скорости в плоскости стрельбы, позволяет повысить точность и кучность при залповой стрельбе. При увеличение указанного расстояния свыше 2,0 калибров происходит уменьшение реактивной силы сопел газодинамической системы стабилизации и стабилизирующего момента относительно центра масс PC за счет уменьшения плеча реактивной силы сопла. Выполнение расстояния менее 0,2 калибра, а тем более расположение сопел на заостренной участке корпуса головной части приводит к уменьшению коэффициента усиления тяги сопел в присутствии потока, обтекающего PC. Наличие сопловых отверстий на заостренном участке корпуса после окончания работы системы угловой стабилизации приводит к увеличению сопротивления PC, потере дальности стрельбы;

- ширины выходного сечения сопла в направлении продольной оси снаряда, не превышающей 0,2 калибра PC, а осей выходных сечений сопел, расположенных в плоскости, перпендикулярной продольной оси головной части, - обеспечить получение максимального стабилизирующего газодинамического момента системы угловой стабилизации относительно центра масс PC. При ширине выходного сечения сопла более 0,2 калибра снаряда происходит увеличение сопротивления сопловых отверстий после окончания работы газодинамической системы стабилизации;

- выходного сечения каждого сопла, утопленным в корпусе головной части и отстоящим от наружной ее поверхности на величину 0,02-0,2 ширины сопла, - увеличить тягу реактивных струй, истекающих из сопел газодинамической системы. Выполнение указанного расстояния более 0,2 ширины приводит к увеличению сопротивления PC и потере дальности. При расстоянии менее 0,02 ширины сопла тяга струи практически не увеличивается;

- длины заостренного участка корпуса, равной 1,5-3,5 калибра PC, - обеспечить стабильность изменения параметров набегающего потока на внешней поверхности PC в зоне расположения сопел газодинамической системы стабилизации. При длине заостренного участка корпуса головной части менее 1,5 калибра увеличивается зона отрывного обтекания на начальном цилиндрическом участке корпуса головной части, которая влияет на характер обтекания и разброс аэродинамических характеристик PC. От этого ухудшается точность и кучность стрельбы. Выполнение длины заостренного участка корпуса более 3,5 калибра нецелесообразно из-за уменьшения плеча тяги сопла относительно центра масс снаряда, уменьшения газодинамического момента системы стабилизации для парирования угловых и ветровых возмущений;

- цилиндрического обтекателя диаметром, превышающем в 1,05-1,15 диаметр выходного сечения сопла реактивного двигателя, а задних кромок лопастей в районе корневой хорды удаленных от выходного сечения сопла на расстояние 0,3-1,0 диаметра его выходного сечения - уменьшить отрицательное воздействие струй реактивного двигателя на лопасти стабилизатора и его аэродинамические характеристики, уменьшить разброс указанных характеристик, обеспечить заданные аэробаллистические характеристики PC, повысить точность и кучность стрельбы.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг.1 представлен общий вид PC с газодинамической системой стабилизации, на фиг.2 - сопла газодинамической системы, на фиг.3 - хвостовая часть PC.

PC состоит из головной части 1, имеющей заостренный 2 и цилиндрический 3 участки корпуса, газодинамической системы стабилизации, включающей газогенератор 4 и сопла 5, реактивного двигателя 6 с соплом 7, аэродинамического стабилизатора 8 с лопастями 9, установленными на цилиндрическом обтекателе 10.

Функционирование предлагаемого PC происходит следующим образом. После запуска реактивного двигателя 6 и за счет реактивной тяги струи, истекающей из сопла 7, происходит вылет PC из направляющей. Далее раскрываются лопасти 9 стабилизатора 8, установленные на цилиндрическом обтекателе 10, и PC продолжает устойчивый полет. Одновременно с запуском двигателя 6 начинает работать газогенератор 4 газодинамической системы снаряда и газ поступает в сопла 5, расположенные на цилиндрическом участке 3 корпуса головной части 1 по его периферии. При наличии угловых возмущений продольной оси PC, то есть при отклонении вектора скорости от направления стрельбы, газодинамическая система направляет газ в соответствующие сопла 5, тяга которых создает стабилизирующий момент относительно центра масс снаряда и парирует появившийся угол атаки. Корректирующая сила действует в направлении противоположном направлению отклонения оси PC.

Заостренный участок 2 корпуса головной части 1 длиной L1, равной 1,5-3,5 калибра d1, обеспечивает стабильность изменения параметров набегающего потока на внешней поверхности цилиндрического участка 3 в зоне расположения сопел 5. Расположение сопел 5 на расстоянии L2=(0,2-2,0)d1 от места сопряжения участков 2 и 3 до середины их выходных сечений обеспечивает получение максимальной величины тяги сопел 5 при минимальном расходе газа, а следовательно при минимальном весе заряда газогенератора 4, уменьшается разброс газодинамических характеристик истекающих из сопел 5 реактивных струй. За счет этого PC имеет увеличенный вес боевой части и повышается его боевая эффективность.

Предложенная авторами ширина t выходного сечения сопел, не превышающая 0,2 d1, и утопленными в корпусе 1 выходными сечениями сопел 5 на величину h=(0,02-0,2)t позволило увеличить тягу реактивных струй и обеспечить максимальный стабилизирующий момент относительно центра масс, парирующий угловые возмущения на начальном участке полета PC. Благодаря этому и уменьшению разброса газодинамических характеристик сопел 5 улучшается точность и кучность PC при залповой стрельбе.

За счет выполнения обтекателя 10 диаметром d2=(1,05-1,15)d3, а задних кромок лопастей 9 в районе корневой хорды, удаленных от выходного сечения сопла 7 на расстояние L3=(0,3-1,0)d3 уменьшается отрицательное воздействие струй реактивного двигателя на лопасти 9 стабилизатора 8 и его аэродинамические характеристики, обеспечивается улучшение аэробаллистических характеристик PC, повышается точность и кучность стрельбы.

Указанный положительный эффект подтвержден летно-конструкторскими испытаниями образцов PC с газодинамической системой стабилизации, выполненных в соответствии с предлагаемым изобретением.

Предложенное техническое решение позволило разработать PC с газодинамической системой стабилизации повышенной боевой эффективности, надежности функционирования за счет обеспечения максимального управляющего усилия и газодинамического стабилизирующего момента, минимизации веса газодинамической системы стабилизации, а, следовательно, увеличения веса боевой части, повысить точность и кучность стрельбы за счет надежного парирования угловых и ветровых возмущений в полете, исключения отрицательного воздействия струи реактивного двигателя на лопасти и аэродинамические характеристики стабилизатора, обеспечить улучшение аэробаллистических характеристик PC в целом.

В настоящее время разработана конструкторская документация, проведены летные испытания, намечено серийное производство.

Похожие патенты RU2756195C1

название год авторы номер документа
Вращающийся реактивный снаряд, запускаемый из трубчатой направляющей 2022
  • Бабин Сергей Александрович
  • Белобрагин Борис Андреевич
  • Базарный Алексей Николаевич
  • Захаров Сергей Олегович
  • Белокопытов Алексей Владимирович
  • Зотов Владимир Николаевич
  • Власов Алексей Владимирович
  • Максимов Сергей Сергеевич
  • Семенов Дмитрий Витальевич
  • Смирнов Александр Владимирович
  • Скорлупкин Дмитрий Борисович
RU2795731C1
РЕАКТИВНЫЙ СНАРЯД 2006
  • Денежкин Геннадий Алексеевич
  • Макаровец Николай Александрович
  • Семилет Виктор Васильевич
  • Аляжединов Вадим Рашитович
  • Захаров Олег Львович
  • Вербовенко Александр Андреевич
  • Савченко Владимир Иванович
  • Базарный Алексей Николаевич
  • Батов Александр Геннадьевич
RU2343397C2
ВРАЩАЮЩАЯСЯ РАКЕТА 2020
  • Аляжединов Вадим Рашитович
  • Белобрагин Борис Андреевич
  • Трегубов Виктор Иванович
  • Базарный Алексей Николаевич
  • Медведев Владимир Иванович
  • Хлебников Игорь Иванович
  • Захаров Олег Львович
  • Захаров Сергей Олегович
  • Ерохин Владимир Евгеньевич
  • Кузнецов Виталий Васильевич
  • Быконя Игорь Петрович
  • Михайлов Андрей Владимирович
  • Хрыков Виктор Викторович
  • Шатунова Наталья Николаевна
RU2732370C1
ВРАЩАЮЩИЙСЯ РЕАКТИВНЫЙ СНАРЯД 2011
  • Макаровец Николай Александрович
  • Калюжный Геннадий Васильевич
  • Денежкин Геннадий Алексеевич
  • Захаров Олег Львович
  • Медведев Владимир Иванович
  • Куксенко Александр Федорович
  • Базарный Алексей Николаевич
  • Захаров Сергей Олегович
RU2451902C1
Сверхзвуковой реактивный снаряд 2023
  • Белобрагин Борис Андреевич
  • Ерохин Владимир Викторович
  • Захаров Сергей Олегович
  • Хлебников Игорь Иванович
  • Базарный Алексей Николаевич
  • Попов Сергей Викторович
  • Хомяков Евгений Александрович
  • Хрипков Дмитрий Юрьевич
  • Скорлупкин Дмитрий Борисович
  • Максимов Сергей Сергеевич
  • Семенов Дмитрий Витальевич
  • Морсин Сергей Александрович
  • Борисов Олег Григорьевич
RU2806859C1
РАКЕТА 1998
  • Белобрагин В.Н.
  • Громов Н.И.
  • Гущин В.А.
  • Денежкин Г.А.
  • Макаровец Н.А.
  • Обозов Л.И.
  • Петров В.Л.
  • Подчуфаров В.И.
  • Семилет В.В.
RU2125701C1
Вращающийся реактивный снаряд, запускаемый из гладкоствольной трубчатой направляющей 2021
  • Базарный Алексей Николаевич
  • Захаров Сергей Олегович
  • Зотов Владимир Николаевич
  • Власов Алексей Владимирович
  • Скорлупкин Дмитрий Борисович
  • Смирнов Александр Владимирович
  • Терехов Богдан Николаевич
RU2773057C1
РАКЕТНАЯ ЧАСТЬ СО СТАБИЛИЗАТОРОМ РЕАКТИВНОГО СНАРЯДА 2014
  • Макаровец Николай Александрович
  • Аляжединов Вадим Рашитович
  • Трегубов Виктор Иванович
  • Вербовенко Александр Андреевич
  • Каширкин Александр Александрович
  • Базарный Алексей Николаевич
  • Ерохин Владимир Евгеньевич
  • Захаров Сергей Олегович
RU2540291C1
СВЕРХЗВУКОВОЙ РЕАКТИВНЫЙ СНАРЯД 2016
  • Петров Валерий Леонидович
  • Ваньков Виктор Тимофеевич
  • Калюжный Геннадий Васильевич
  • Белобрагин Борис Андреевич
  • Трегубов Виктор Иванович
  • Захаров Олег Львович
  • Борисов Олег Григорьевич
  • Захаров Сергей Олегович
  • Базарный Алексей Николаевич
RU2642693C2
Ракета с воздушно-реактивным двигателем 2017
  • Белобрагин Борис Андреевич
  • Смоляга Владимир Иванович
  • Захаров Сергей Олегович
  • Базарный Алексей Николаевич
  • Спирин Константин Владимирович
  • Степанов Алексей Васильевич
  • Максимов Сергей Сергеевич
  • Князев Сергей Юрьевич
  • Иванькин Михаил Анатольевич
RU2682418C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 756 195 C1

Реферат патента 2021 года Реактивный снаряд с газодинамической системой стабилизации

Изобретение относится к области ракетной техники, а именно к реактивным снарядам с газодинамической системой угловой стабилизации, преимущественно для реактивных систем залпового огня. Сопла газодинамической системы установлены на цилиндрическом участке корпуса головной части и расстояние от места сопряжения его с заостренным участком корпуса до середины выходных сечений сопел составляет 0,2-2,0 калибра снаряда. Ширина выходного сечения сопла в направлении продольной оси снаряда не превышает 0,2 калибра снаряда. Выходное сечение каждого сопла утоплено в корпусе головной части и отстоит от наружной ее поверхности на величину 0,02-0,2 ширины сопла, при этом оси выходных сечений сопел расположены в плоскости, перпендикулярной продольной оси головной части, а длина заостренного участка корпуса составляет 1,5-3,5 калибра снаряда. Лопасти стабилизатора смонтированы на цилиндрическом обтекателе диаметром, превышающем в 1,05-1,15 диаметр выходного сечения сопла реактивного двигателя, а задние кромки лопастей в районе корневой хорды удалены от выходного сечения сопла на расстояние 0,3-1,0 диаметра его выходного сечения. Изобретение позволяет создать реактивный снаряд повышенной боевой эффективности с надежным функционированием за счет обеспечения максимального газодинамического стабилизирующего момента, с минимизацией веса газодинамической системы стабилизации, а следовательно, с увеличением веса боевой части, повысить точность и кучность стрельбы за счет надежного парирования угловых возмущений на начальном активном участке полета и исключения отрицательного воздействия струи реактивного двигателя на лопасти и аэродинамические характеристики стабилизатора, обеспечить улучшение аэробаллистических характеристик снаряда. 3 ил.

Формула изобретения RU 2 756 195 C1

Реактивный снаряд с газодинамической системой стабилизации, содержащий головную часть, имеющую заостренный и цилиндрический участки корпуса, газодинамическую систему стабилизации, включающую газогенератор и сопла, реактивный двигатель, аэродинамический стабилизатор с лопастями, установленными на цилиндрическом обтекателе, отличающийся тем, что сопла газодинамической системы установлены на цилиндрическом участке корпуса головной части и расстояние от места сопряжения его с заостренным участком корпуса до середины выходных сечений сопел составляет 0,2-2,0 калибра снаряда, а ширина выходного сечения сопла в направлении продольной оси снаряда не превышает 0,2 калибра снаряда, выходное сечение каждого сопла утоплено в корпусе головной части и отстоит от наружной ее поверхности на величину 0,02-0,2 ширины сопла, при этом оси выходных сечений сопел расположены в плоскости, перпендикулярной продольной оси головной части, а длина заостренного участка корпуса составляет 1,5-3,5 калибра снаряда, лопасти стабилизатора смонтированы на цилиндрическом обтекателе диаметром, превышающем в 1,05-1,15 диаметр выходного сечения сопла реактивного двигателя, а задние кромки лопастей в районе корневой хорды удалены от выходного сечения сопла на расстояние 0,3-1,0 диаметра его выходного сечения.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2021 года RU2756195C1

RU 2071027 C1, 27.12.1996
РАКЕТА 1998
  • Белобрагин В.Н.
  • Громов Н.И.
  • Гущин В.А.
  • Денежкин Г.А.
  • Макаровец Н.А.
  • Обозов Л.И.
  • Петров В.Л.
  • Подчуфаров В.И.
  • Семилет В.В.
RU2125701C1
US 3098447 A, 23.07.1963
US 4497460 A, 05.02.1985
УСТРОЙСТВО РАЗМЕЩЕНИЯ ИМПЛАНТАТА ДЛЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ТКАНИ, НАБОР, СОДЕРЖАЩИЙ ТАКОЕ УСТРОЙСТВО, И СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ТКАНИ 2013
  • Кардинейл Майкл
  • Уортингтон Энтони
  • Тэннхосер Роберт Дж.
  • Скьюла Эмиль Ричард
RU2641857C2
DE 4408085 A1, 14.09.1995.

RU 2 756 195 C1

Авторы

Аляжединов Вадим Рашитович

Белобрагин Борис Андреевич

Захаров Олег Львович

Базарный Алексей Николаевич

Трегубов Виктор Иванович

Захаров Сергей Олегович

Попов Сергей Викторович

Борисов Олег Григорьевич

Ерохин Владимир Викторович

Даты

2021-09-28Публикация

2020-12-16Подача