Сверхзвуковой реактивный снаряд Российский патент 2023 года по МПК F42B15/00 

Изобретение относится к военной технике, а именно к сверхзвуковым реактивным снарядам, и может быть использовано при создании реактивных систем залпового огня.

Особенностью реактивных снарядов систем залпового огня являются высокие требования, предъявляемые к устойчивости их полета, зависящей от правильного выбора конструктивно-компоновочной схемы планера.

Известны реактивные снаряды М8 и М13 (см., например, Куров В.Д., Должанский Ю.М. Основы проектирования пороховых ракетных снарядов. - М.: Оборонгиз, 1961, с. 11), содержащие носовую часть, цилиндрический корпус и хвостовое оперение. Представленные в источнике конструктивные схемы снарядов-аналогов позволяют осуществить доставку полезной нагрузки в область цели при относительной простоте конструкции, обслуживания и боевого применения.

Однако вследствие неоптимального выбора конструктивных параметров снарядов их движение происходит со значительными случайными углами атаки, в результате чего эти снаряды имеют значительное рассеивание при дальности стрельбы, не превосходящей 10 км.

Таким образом, задачей данного технического решения (аналога) являлось создание реактивных снарядов с относительно простой конструкцией и дальностью стрельбы до 10 км.

Общими признаками между предлагаемой авторами конструкцией реактивного снаряда и объектами-аналогами является наличие носовой части, цилиндрического корпуса и хвостового оперения.

Наиболее близким по технической сути и достигаемому техническому результату является реактивный снаряд системы залпового огня "Смерч" (см., например, журнал "Military Parade", M. АО "Милитэри Перейд", may-june 1994, р. 22-27/120-121), принятый авторами за прототип, содержащий заостренную носовую часть, цилиндрический корпус и хвостовой блок, включающий сопловой блок и лопастное оперение.

Принятый за прототип реактивный снаряд функционирует следующим образом. При старте создается реактивная сила, разгоняющая реактивный снаряд до скоростей, в 2,0…4,0 раза превышающих скорость звука. На заостренной носовой части реактивного снаряда под действием набегающего потока воздуха появляется опрокидывающая аэродинамическая подъемная сила, стремящаяся отклонить продольную ось снаряда от направления вектора скорости, тем самым увеличивая угол атаки. Одновременно на лопастях оперения хвостового блока создается аэродинамическая подъемная сила, препятствующая возникновению опрокидывающей подъемной силы на заостренной носовой части. В реактивном снаряде-прототипе площадь лопастей оперения хвостового блока выбрана таким образом, что обеспечивается превышение стабилизирующего момента от оперения над дестабилизирующим моментом от заостренной носовой части, в результате чего реактивный снаряд движется по траектории с углами атаки, не превышающими 3-х градусов. Благодаря этому снаряд-прототип имеет большую дальность стрельбы и меньшее рассеивание.

Таким образом, задачей данного технического решения (прототипа) являлось повышение дальности стрельбы и снижение рассеивания снарядов за счет рационального выбора площади лопастного хвостового оперения, обеспечившего повышение устойчивости полета по траектории реактивного снаряда с заостренной носовой частью.

Общими признаками с предлагаемой авторами конструкцией сверхзвукового реактивного снаряда является наличие в реактивном снаряде (прототипе) заостренной носовой части, цилиндрического корпуса и хвостового блока, включающего сопловой блок и лопастное оперение.

В отличие от прототипа в предлагаемом авторами реактивном снаряде передняя кромка лопасти оперения хвостового блока смещена относительно соплового среза реактивного снаряда в направлении заостренной носовой части на величину (0,6…0,9)(b_o+d), при этом размах лопастного оперения хвостового блока составляет (4,0…7,5)d²/a, где d - калибр реактивного снаряда; b_o - бортовая хорда лопастного оперения; а - длина заостренной носовой части.

Именно 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 создание реактивного снаряда с конструкцией планера, обеспечивающей устойчивый полет по всей траектории с углами атаки, не превышающими одного градуса, снижение рассеивания снарядов и повышение за счет этого дальности стрельбы.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в реактивном снаряде, содержащем заостренную носовую часть, цилиндрический корпус и хвостовой блок, включающий сопловой блок и лопастное оперение, передняя кромка лопасти хвостового оперения смещена относительно соплового среза реактивного снаряда в направлении заостренной носовой части на величину (0,6…0,9)(b_o+d), при этом размах лопастного оперения хвостового блока (4,0…7,5)d²/a, где d - калибр реактивного снаряда; b_o - бортовая хорда лопастного оперения; а - длина заостренной носовой части.

Новая совокупность конструктивных элементов, а также наличие связей между ними позволяет, в частности, за счет выполнения:

- смещения передней кромки лопасти хвостового оперения относительно соплового среза реактивного снаряда в направлении заостренной носовой части на величину (0,6…0,9)(b_o+d), где d - калибр реактивного снаряда, а b_o - размер бортовой хорды лопастного оперения, повысить величину аэродинамической подъемной силы на лопастях оперения хвостового блока и за счет этого увеличить стабилизирующий момент, действующий на снаряд, и уменьшить углы атаки на траектории. При расположении передней кромки лопасти хвостового оперения относительно соплового среза реактивного снаряда на расстоянии, меньшем 0,6(b_o+d), при движении снаряда на пассивном участке траектории (после окончания работы двигателя) часть площади поверхности лопастей оперения оказывается в вихревой зоне потока воздуха, возникающей в районе донной части цилиндрического корпуса, вследствие чего на 7…9% снижаются несущие свойства оперения. Смещение передней кромки лопасти хвостового оперения относительно соплового среза реактивного снаряда на расстояние, большее 0,9(b_o+d), не приводит к снижению аэродинамической подъемной силы на лопастях оперения, но уменьшает стабилизирующий момент за счет сокращения расстояния между центром давления лопасти (точкой, в которой приложена аэродинамическая подъемная сила) и центром масс снаряда, в результате чего увеличиваются углы атаки снаряда, уменьшается дальность стрельбы, увеличивается рассеивание.

- выполнение хвостового блока с размахом лопастного оперения, составляющим (4,0…7,5)d²/a, где а - длина заостренной носовой части, позволяет увеличить аэродинамическую подъемную силу на лопастях оперения при сверхзвуковом движении снаряда, а следовательно, и действующий на него стабилизирующий момент, повысить дальность стрельбы и снизить рассеивание. При выполнении размаха оперения меньшем 4,0d²/a значительная часть площади поверхности лопастей при сверхзвуковом обтекании будет находиться в прилегающем к корпусу пограничном слое, скорость потока в котором меньше, чем скорость движения снаряда, в результате чего несущие свойства оперения снижаются. При уменьшении длины заостренной носовой части толщина пограничного слоя в районе лопастей увеличивается и для эффективной работы оперения хвостового блока размах оперения должен увеличиваться обратно пропорционально длине заостренной носовой части. При предлагаемом соотношении 90…95% площади лопастей оперения находятся в невозмущенном потоке, что обеспечивает их максимальные несущие свойства. Выполнение оперения хвостового блока, размахом более 7,5d²/a, хоть и увеличивает площадь лопастей оперения, находящихся в невозмущенном потоке, но не приводит к существенному увеличению несущих свойств оперения из-за увеличения изгибных деформаций лопастей. Кроме того, увеличение размаха оперения увеличивает его габаритно-массовые характеристики, что усложняет размещение снарядов на пусковой установке.

Сущность изобретения заключается в том, что сверхзвуковой реактивный снаряд, содержащий заостренную носовую часть, цилиндрический корпус и хвостовой блок, включающий в себя сопловой блок и хвостовое оперение, в отличие от прототипа согласно изобретению выполнен таким образом, что передняя кромка лопасти хвостового оперения смещена относительно соплового среза реактивного снаряда в направлении заостренной носовой части на величину (0,6…0,9)(b_o+d), при этом размах оперения хвостового блока составляет (4,0…7,5)d²/a, где d - калибр реактивного снаряда; b_o - бортовая хорда лопастного оперения; а - длина заостренной носовой части.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом (Фиг. 1), где представлен общий вид сверхзвукового реактивного снаряда.

Предлагаемый реактивный снаряд содержит заостренную носовую часть 1 длиной "а", цилиндрический корпус 2, имеющий диаметр (калибр) "d" и хвостовой блок 3, включающий в себя сопловой блок 4 и лопастное оперение 5. Передняя кромка лопасти оперения 5 удалена от соплового среза 6 на величину L=(0,6…0,9)(b_o+d), а размах лопастного оперения 5 составляет H=(4,0…7,5)d²/a.

Реактивный снаряд работает следующим образом.

После старта реактивного снаряда на него действует реактивная сила, разгоняющая снаряд до высоких сверхзвуковых скоростей. При этом на заостренную носовую часть 1 действует аэродинамическая подъемная сила, создающая относительно центра масс 7 реактивного снаряда опрокидывающий момент, стремящийся увеличить угол атаки. На лопастном оперении 5 одновременно с этим возникает аэродинамическая подъемная сила, создающая стабилизирующий момент обратного знака.

За счет выбора рационального расположения лопастного оперения 5 относительно соплового среза 6 и размаха оперения хвостового блока 3, содержащего сопловой блок 4 и лопастное оперение 5 обеспечивается постоянное (в течение всего полета) полутора-двукратное превышение стабилизирующего момента, действующего со стороны лопастного оперения 5, над опрокидывающим моментом, действующим со стороны заостренной носовой части 1. В результате этого снаряд имеет устойчивый полет по траектории с углами атаки, не превышающими одного градуса, благодаря чему на 5…8% повышается дальность стрельбы и на 15…20% снижается техническое рассеивание.

Указанный положительный эффект подтвержден испытаниями опытных образцов сверхзвуковых реактивных снарядов, выполненных в соответствии с изобретением.

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

Изобретение относится к военной технике, а именно к сверхзвуковым реактивным снарядам, и может быть использовано при создании реактивных систем залпового огня. Сверхзвуковой реактивный снаряд содержит заостренную носовую часть (1), цилиндрический корпус (2) и хвостовой блок (3), включающий сопловой блок (4) и лопастное оперение (5). Передняя кромка лопасти оперения (5) смещена относительно среза (6) соплового блока (4) реактивного снаряда в направлении заостренной носовой части (1) на величину (0,6…0,9)(b_o+d). Размах лопастного оперения (5) хвостового блока (3) составляет (4,0…7,5)d2/a, где d - калибр реактивного снаряда; b_o - бортовая хорда лопастного оперения; а - длина заостренной носовой части. Обеспечивается устойчивый полет по всей траектории с углами атаки, не превышающими одного градуса, снижение рассеивания снарядов и повышение дальности стрельбы за счет правильного выбора конструктивно-компоновочной схемы планера. 1 ил.

Сверхзвуковой реактивный снаряд, содержащий заостренную носовую часть, цилиндрический корпус и хвостовой блок, включающий сопловой блок и лопастное оперение, отличающийся тем, что в нем передняя кромка лопасти оперения смещена относительно среза соплового блока реактивного снаряда в направлении заостренной носовой части на величину (0,6…0,9)(b_o+d), при этом размах лопастного оперения хвостового блока составляет (4,0…7,5)d²/a, где d - калибр реактивного снаряда; b_o - бортовая хорда лопастного оперения; а - длина заостренной носовой части.