Кассетная головная часть с поражающими элементами Российский патент 2023 года по МПК F42B12/58 

Изобретение относится к области ракетной техники и может быть использовано при разработке разделяющихся кассетных головных частей (КГЧ), снабженных, преимущественно, крупногабаритными поражающими элементами (ПЭ).

Одним из направлений повышения боевой эффективности реактивных снарядов является разработка головных частей кассетного типа, разделяющихся в заданной точке траектории. При проектировании и отработке таких изделий разработчику необходимо решить ряд вопросов, связанных в первую очередь:

- с поиском рационального конструктивного решения, обеспечивающего плотную укладку и надежную фиксацию поражающих элементов в изделии, предотвращающих возникновение ударных нагрузок на элементы конструкции на всех участках функционирования головной части: в процессе старта, движения по траектории и разделении головной части;

- с обеспечением надежного функционирования головной части при минимальных значениях силовых и тепловых нагрузок, действующих на уязвимые элементы конструкции.

Эти требования особенно важны при создании КГЧ с использованием крупногабаритных ПЭ, когда существует необходимость максимального заполнения поперечного сечения оболочки КГЧ. При этом под надежным функционированием понимается отход ПЭ на безопасное расстояние, при котором исключается догон и разрушение их конструктивными элементами реактивного снаряда. Одновременно должны быть обеспечены термодинамические условия (импульсы давления и температуры продуктов сгорания), необходимые, например, для надежного задействования устройств взведения - теплоприемников, обеспечивающих взведение взрывателей ПЭ и срабатывание устройств разделения отсеков.

В какой-то степени указанные выше вопросы решались в технических предложениях, изложенных в бюллетене изобретений РФ. Так по патенту RU №2187065 С1, 10.08.2002 г. известна конструкция кассетной головной части, которая может быть использована для размещения крупногабаритных боевых элементов.

Сущность изобретения заключается в том, что в КГЧ, имеющей в своем составе оболочку с дном, в которой последовательно расположены боевые элементы с взрывательными устройствами, воспламенительный заряд, узел форсирования, поршень и временное устройство, на одном из торцов боевых элементов выполнен кольцевой выступ с радиальными щелевыми пазами, количество которых соответствует количеству боевых элементов в головной части. При этом боевые элементы повернуты относительно друг друга на угол, равный углу между щелевыми пазами, и снабжены сквозными газоводами, в передней части которых размещены пороховые заряды и конические расходные шайбы с дроссельными каналами, а между боевыми элементами образованы аккумулирующие полости, ограниченные внутренней поверхностью герметизирующего кольца и торцами боевых элементов. Причем воспламенительный и пороховые заряды боевых элементов газодинамически связаны посредством газоводов с аккумулирующими полостями головной части.

Использование изобретения позволяет создавать кассетные головные части с высокой плотностью укладки крупногабаритных поражающих элементов, надежно функционирующие при разделении на траектории. Однако практическая реализация такого конструктивного решения наталкивается на необходимость размещения в ПЭ газоводов с источниками энергии, что не всегда бывает возможным и рациональным, т.к. уменьшает величину полезного объема поражающего элемента и исключает его автономность.

Общими признаками с предлагаемой конструкцией КГЧ является наличие оболочки с дном, в которой размещены крупногабаритные поражающие элементы с взрывателями и устройствами взведения, рабочие полости с источниками энергии, поршень с узлом форсирования. Между торцами поражающих элементов выполнена полость взведения, имеющая газодинамическую связь с источниками энергии.

Наиболее близкой по технической сути решения является конструкция КГЧ, известная по патенту RU №2280837 С1, 27.07.2006 г. Кассетная головная часть реактивного снаряда содержит оболочку с доньями, в которой размещены крупногабаритные боевые элементы с взрывательными устройствами, воспламенительный, передаточные и вышибной пороховые заряды и поршень с узлом форсирования. Разделяющиеся элементы конструкции жестко скреплены между собой посредством разъемных поршневых полуколец. Поршень зафиксирован в оболочке посредством осевого упора и узла форсирования, выполненного в виде разрывных болтов, стягивающих в единую кассету разделяемые элементы конструкции. Передаточные пороховые заряды и сквозные газоводы размещены в периферийных зонах боевых элементов с равномерным смещением относительно друг друга, а в дне головной части выполнен канал для обеспечения газодинамической связи запоршневой и задонной рабочих полостей.

Указанная конструкция, принятая авторами за прототип, может быть положена в основу разработки предлагаемой авторами конструкции, но, также как и в предыдущем случае, требует размещения газоводов и источников энергии непосредственно в поражающем элементе. Это существенно усложняет конструкцию ПЭ и при использовании некоторых жидких наполнителей представляется нецелесообразным.

Задачей рассмотренной выше конструкции являлась разработка головной части кассетного типа, обеспечивающей надежную фиксацию боевых элементов в оболочке, исключающую осевые, радиальные и угловые перемещения, а также эксцентриситет их в процессе эксплуатации снаряда. При этом одновременно рассматривалась возможность снижения силовых нагрузок, действующих на разделяемые элементы конструкции в процессе вскрытия головной части.

Общими признаками с предлагаемой конструкцией КГЧ является наличие оболочки с дном, в которой размещены крупногабаритные поражающие элементы с взрывателями и устройствами взведения, рабочие полости с источниками энергии, поршень с узлом форсирования и разъемные полукольца.

В отличие от прототипа в предлагаемом конструктивном решении аккумулирующая полость газодинамически связана с полостями взведения посредством периферийных каналов, образованных между разъемными скобами П-образного профиля, скрепляющими поражающие элементы за счет радиальных выступов, входящих в ответные пазы, выполненные на смежных радиальных поверхностях обтекателя, поражающих элементов и поршня.

Между поражающими элементами, образующими посредством осевых упоров полости взведения, размещены дополнительные источники энергии с приемными коническими втулками, ориентированные во взаимно противоположных направлениях.

Поршень снабжен V-образным уплотнением, направленным герметизирующими поверхностями в сторону обтекателя, и центральным воспламенительным каналом, ориентированным с входной конической стороны на экран газопороховой смеси и на утонение в корпусе разделительного источника энергии с выходной стороны канала.

Указанные отличительные признаки, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой защиты, являются существенными и достаточными для достижения нового технического результата.

Задачей предлагаемого изобретения является разработка рациональной конструкции КГЧ, обеспечивающей надежную фиксацию поражающих элементов в оболочке и работоспособность головной части в процессе разделения при отсутствии газоводов с передаточными источниками энергии, усложняющими технологию и стоимость изготовления КГЧ, а также уменьшающих величину коэффициента заполнения полезного объема элементов, определяющих эффективность действия ПЭ у цели.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в известной конструкции головной части, имеющей в своем составе оболочку с дном, в которой размещены крупногабаритные поражающие элементы с взрывателями и устройствами взведения, поршень с узлом форсирования, разъемные скобы, а также аккумулирующая и разделительная полости, снабженные источниками энергии, введена новая совокупность конструктивных узлов и элементов, изменены их взаимное расположение и связи.

В частности, наличие газодинамической связи аккумулирующей полости с полостями взведения посредством периферийных каналов, образованных между разъемными скобами, позволяет создать необходимые условия в полостях взведения (импульсы давления и температуры продуктов сгорания источников энергии), обеспечивающие надежное срабатывание устройств взведения взрывателей поражающих элементов. При этом наличие разъемных скоб П-образного профиля, скрепляющих ПЭ за счет радиальных выступов, входящих в ответные пазы, выполненные на смежных радиальных поверхностях обтекателя, поражающих элементов и поршня, позволяет объединить в жесткий блок разделяющиеся элементы конструкции КГЧ.

Размещение дополнительных источников энергии с приемными коническими втулками, ориентированных во взаимно противоположных направлениях, позволяет создать локальные зоны повышенного давления и температуры в месте непосредственного размещения устройств взведения взрывателей ПЭ и, тем самым, повысить надежность срабатывания устройств взведения и передачи воспламенительного импульса от головного источника энергии к разделительному.

Снабжение поршня V-образным уплотнением, направленным герметизирующими поверхностями в сторону обтекателя, позволяет перекрыть кольцевые зазоры между оболочкой и поршнем, способствующие преждевременному поступлению продуктов сгорания из аккумулирующей полости в разделительную и, тем самым, исключить спрессовывание заряда в корпусе до момента поступления продуктов сгорания через центральный канал. Тем самым, с одной стороны, исключается физический фактор, приводящий к отказу воспламенения разделительного источника энергии, а с другой - обеспечиваются условия срабатывания устройств взведения взрывателей ПЭ, что позволяет повысить стабильность и надежность процесса разделения КГЧ.

Одновременно, снабжение поршня центральным воспламенительным каналом, ориентированным с входной конической стороны на экран газопороховой смеси и на утонение в корпусе разделительного источника энергии с выходной стороны канала, позволяет:

- повысить надежность передачи воспламенительного импульса, поступающего к разделительному источнику энергии;

- исключить прямое силовое и тепловое воздействие высокотемпературной струи на устройства взведения взрывателей поражающих элементов при возвратном движении продуктов сгорания через воспламенительный канал поршня и обеспечить сохранность и работоспособность устройств взведения в процессе разделения КГЧ.

Таким образом, практическая реализация перечисленных выше конструктивных особенностей позволяет разработать простую, компактную и надежную конструкцию КГЧ, обеспечивающую размещение и фиксацию в оболочке крупногабаритных поражающих элементов. При этом за счет изменения местоположения и формы газодинамического тракта удалось, не применяя никаких дополнительных конструктивных мероприятий, обеспечить необходимые силовые и тепловые импульсы в полостях взведения, а также надежную передачу воспламенительного импульса из аккумулирующей полости источнику энергии, размещенному в разделительной полости.

Такой подход позволил применить упрощенную конструкцию автономного поражающего элемента, исключающего использование в нем дополнительных элементов (газовода, источника энергии) и, как следствие, увеличить полезный объем и эффективность действия боеприпаса у цели.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 изображен общий вид КГЧ, на фиг. 2-5 - продольные и поперечные разрезы конструкции.

Кассетная головная часть с поражающими элементами содержит обтекатель 1 и оболочку 5 с дном 20, в которой размещены поражающие элементы 7 с взрывателями, устройствами взведения 6, 11 и разъемными скобами 4, поршень 14 с узлом форсирования 17, а также аккумулирующая 2 и разделительная 16 полости, снабженные источниками энергии 3 и 18.

Аккумулирующая полость 2 газодинамически связана с полостями взведения 10 посредством периферийных каналов 8, образованных между разъемными скобами П-образного профиля 4, скрепляющими поражающие элементы 7 за счет радиальных выступов 24, входящих в ответные пазы, выполненные на смежных радиальных поверхностях обтекателя, поражающих элементов 7 и поршня 14.

Между поражающими элементами 7, образующими посредством осевых упоров 9 полости взведения 10, размещены дополнительные источники энергии 21 с приемными коническими втулками 22, ориентированные во взаимно противоположных направлениях.

Поршень 14 снабжен V-образным уплотнением 23, направленным герметизирующими поверхностями в сторону обтекателя, и центральным воспламенительным каналом 15, ориентированным с входной конической стороны на экран газопороховой смеси 13 и на утонение 19 в корпусе разделительного источника энергии 18 с выходной стороны канала.

Работа кассетной головной части начинается с подачи в требуемое время инициирующего импульса на источник энергии 3, расположенный в аккумулирующей полости 2 КГЧ. Продукты сгорания источника энергии 3 создают в аккумулирующей полости давление и температуру, необходимые для срабатывания устройства взведения 6 и одновременно, через радиальные окна в осевом упоре 9 первого ПЭ 7, по каналам между разъемными скобами 4, а также по периферийным каналам 8 между оболочкой 5 и ПЭ 7 продукты сгорания двигаются к полостям взведения 10.

Затем, через радиальные окна между поражающими элементами 7 продукты сгорания поступают в полости взведения 10, задействуют расположенные там дополнительные источники энергии 21 и, создав необходимые импульсы давления и температуры, обеспечивают срабатывание устройств взведения 6, 11 поражающих элементов 7.

В дальнейшем, продукты сгорания источников энергии через радиальные окна в осевом упоре 9 поступают в предпоршневую зону, откуда по центральному воспламенительному каналу 15 поступают в полость 16 размещения разделительного источника энергии 18 и через утонение 19 обеспечивают его надежное срабатывание.

Продукты сгорания разделительного источника энергии 18 заполняют разделительную полость головной части 16 и при достижении величины давления, необходимого для разрушения узла форсирования 17, начинается выдвижение разделяемых элементов из оболочки 5. В процессе разделения продукты сгорания разделительного источника энергии 18 через центральный канал 15 направляются на экран 13 и, минуя взрыватель, поступают в предпоршневую зону, что позволяет, с одной стороны, повысить надежность задействования устройства взведения 11 взрывателя, а с другой - предотвращает разрушение взрывателя, возможное при прямом воздействии высокотемпературной струи газопороховой смеси.

При прохождении поражающими элементами 7 среза оболочки 5 за счет наличия внутреннего давления в полостях КГЧ обеспечивается отделение скоб 4 в радиальном направлении, а поражающих элементов 7 - в направлении стрельбы.

После завершения процесса разделения КГЧ за счет срабатывания устройства взведения 6 с требуемой задержкой осуществляется срабатывание парашютных отсеков 12, стабилизирующих движение ПЭ на траектории и обеспечивающих подход к поражаемой поверхности под углом ~ 90°, соответствующим максимальной эффективности срабатывания ПЭ.

Таким образом, практическая реализация совокупности представленных выше конструктивных отличий в заявляемом изобретении позволяет решить поставленную задачу по разработке простой, компактной и надежной конструкции кассетной головной части, обеспечивающей первоначально надежную фиксацию, а затем надежное разделение на траектории всех составных частей боеприпаса.

Изобретение может быть использовано при разработке разделяющихся реактивных снарядов с кассетными головными частями и, в первую очередь, при создании новых и модернизации существующих конструкций головных частей с крупногабаритными поражающими элементами для систем залпового огня, что сокращает сроки и стоимость отработки разрабатываемых образцов.

Указанный положительный эффект подтвержден результатами стендовых и летных испытаний опытных образцов кассетных головных частей, выполненных в соответствии с предлагаемым изобретением.

Изобретение относится к области ракетной техники и может быть использовано при разработке реактивных снарядов с кассетными головными частями. Кассетная головная часть с поражающими элементами содержит обтекатель и оболочку с дном, в которой размещены поражающие элементы с взрывателями, устройствами взведения и разъемными скобами, поршень с узлом форсирования, а также аккумулирующая и разделительная полости, снабженные источниками энергии. Аккумулирующая полость газодинамически связана с полостями взведения посредством периферийных каналов, образованных между разъемными скобами П-образного профиля, скрепляющими поражающие элементы за счет радиальных выступов, входящих в ответные пазы, выполненные на смежных радиальных поверхностях обтекателя, поражающих элементов и поршня. Между поражающими элементами, образующими посредством осевых упоров полости взведения, размещены дополнительные источники энергии с приемными коническими втулками, ориентированные во взаимно противоположных направлениях, а поршень снабжен V-образным уплотнением, направленным герметизирующими поверхностями в сторону обтекателя, и центральным воспламенительным каналом, ориентированным с входной конической стороны на экран газопороховой смеси и на утонение в корпусе разделительного источника энергии с выходной стороны канала. Разработана рациональная, надежно функционирующая конструкция кассетной головной части, обеспечивающая первоначально надежную фиксацию, а затем надежное вскрытие на траектории всех составных частей головной части. 5 ил.

Кассетная головная часть с поражающими элементами, содержащая обтекатель и оболочку с дном, в которой размещены поражающие элементы с взрывателями, устройствами взведения и разъемными скобами, поршень с узлом форсирования, а также аккумулирующая и разделительная полости, снабженные источниками энергии, отличающаяся тем, что в ней аккумулирующая полость газодинамически связана с полостями взведения посредством периферийных каналов, образованных между разъемными скобами П-образного профиля, скрепляющими поражающие элементы за счет радиальных выступов, входящих в ответные пазы, выполненные на смежных радиальных поверхностях обтекателя, поражающих элементов и поршня, при этом между поражающими элементами, образующими посредством осевых упоров полости взведения, размещены дополнительные источники энергии с приемными коническими втулками, ориентированные во взаимно противоположных направлениях, а поршень снабжен V-образным уплотнением, направленным герметизирующими поверхностями в сторону обтекателя, и центральным воспламенительным каналом, ориентированным с входной конической стороны на экран газопороховой смеси и на утонение в корпусе разделительного источника энергии с выходной стороны канала.