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

Изобретение относится к области ракетной техники, а именно к реактивным снарядам реактивных систем залпового огня.

Объект изобретения представляет собой сверхзвуковой реактивный снаряд (PC) с улучшенными аэробаллистическими характеристиками и характеристиками точности, увеличенной дальностью стрельбы.

Известны PC М8, М13, обеспечивающие поражение площадных и крупноразмерных целей (см., например, Куров В.Д., Должанский Ю.М. Основы проектирования пороховых ракетных снарядов. - М: Оборонгиз 1961, с. 11), содержащие корпус с заостренной носовой частью, реактивный двигатель, стабилизатор с нераскрывающимися лопастями.

Наличие стабилизатора с нераскрывающимися лопастями не позволяет разместить на пусковой установке большое количество PC, что снижает эффективность применения реактивной системы.

Общими признаками с предлагаемой авторами конструкцией сверхзвукового PC является наличие в составе аналогов корпуса с заостренной носовой частью, реактивного двигателя и стабилизатора.

Известен PC системы залпового огня М-210Ф (см. Боевая машина БМ-21. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. - М: Военное издательство МО СССР, 1977, с. 74-75). Применяется данный PC при стрельбе залпом по площадным и крупноразмерным целям. Он содержит корпус с заостренной носовой частью, реактивный двигатель, стабилизатор с раскрывающимися дугообразными лопастями, установленными на цилиндрическом обтекателе. Лопасти установлены под углом к продольной оси снаряда для придания ему вращения, позволяющего повысить точность за счет компенсации всевозможных эксцентриситетных возмущений. У данного PC существует определенный допустимый диапазон изменения угловой скорости вращения по времени полета, обеспечивающий безрезонансный полет без углов атаки. Максимальное значение угловой скорости вращения соответствует концу АУТ. При увеличении скорости полета подобных PC скорость вращения превышает допустимый предел, поэтому приходится ужесточать допуск на угол установки лопастей или применять иные конструктивные решения. Это является ограничением для увеличения скорости и дальности стрельбы.

Тенденция увеличения дальности и повышения точности стрельбы приводит к необходимости разработки сверхзвуковых PC с аэродинамическими рулями. За счет угла отклонения аэродинамических рулей появляется балансировочный угол атаки PC, а возникающие при этом нормальные и поперечные силы изменяют траекторию полета в нужном направлении. При длительном полете на оптимальном балансировочном угле атаки происходит увеличение дальности в режиме подпланирования.

Известны управляемые реактивные снаряды (УРС) по патентам РФ №2291381, №2302606, содержащие цилиндрический корпус с носовой частью, аэродинамические рули, реактивный двигатель, стабилизатор с плоскими лопастями.

УРС по патенту РФ №2291381 содержит корпус с носовой частью, аэродинамические рули, реактивный двигатель, стабилизатор с плоскими лопастями. Носовая часть снаряда выполнена с большим притуплением и содержит кольцевой пилон перед аэродинамическими рулями для создания дополнительной подъемной силы. Рули расположены на цилиндрическом участке носовой части корпуса. Указанный снаряд обладает большим коэффициентом сопротивления и предназначен для полета с дозвуковыми скоростями на небольшую дальность.

УРС по патенту РФ №2302606 содержит цилиндрический корпус с затупленной носовой частью, аэродинамические рули, расположенные на носовой части, реактивный двигатель, стабилизатор с плоскими лопастями. Корпус выполнен с дополнительной выдвигаемой носовой частью.

Применяется такая аэродинамическая схема в малогабаритных УРС с дозвуковой и трансзвуковой скоростью полета.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому сверхзвуковому PC является сверхзвуковой PC по патенту РФ №2642693, содержащий корпус с заостренной носовой частью и размещенными на ней аэродинамическими рулями, реактивный двигатель, стабилизатор с раскрывающимися дугообразными лопастями, закрепленными на осях, параллельных продольной оси корпуса PC, принятый авторами за прототип.

В сверхзвуковом PC по патенту РФ №2642693 аэродинамические рули расположены на расстоянии от переднего торца снаряда, выбираемом в пределах значений, рассчитываемых по предложенной формуле. Выбор расстояния обусловлен выведением рулей из зоны влияния переднего торца носовой части на обтекание рулей сверхзвуковым потоком воздуха, на обеспечение стабильности изменения аэродинамических характеристик рулей и аэробаллистических характеристик PC в целом. Требований к параметрам корпуса в месте установки рулей и параметрам рулей, а также к геометрическим параметрам стабилизатора, обеспечивающим получение максимальной нормальной силы элементов планера, необходимую устойчивость и управляемость, не предъявлялось.

Общими признаками с предлагаемой авторами конструкцией сверхзвукового PC является наличие в прототипе корпуса с заостренной носовой частью, аэродинамических рулей, реактивного двигателя, стабилизатора с раскрывающимися дугообразными лопастями.

В отличие от прототипа в предлагаемом сверхзвуковом реактивном снаряде диаметр носовой части корпуса реактивного снаряда в середине бортовой хорды аэродинамических рулей выполнен не менее 0,3 полного размаха аэродинамических рулей и составляет 0,6…0,9 калибра реактивного снаряда, бортовая хорда рулей выполнена равной 0,2…0,5 калибра реактивного снаряда, и ось вращения каждого руля отстоит от передней кромки его бортовой хорды на 0,40…0,65 ее величины, а дугообразные лопасти стабилизатора установлены выпуклыми поверхностями в направлении вращения реактивного снаряда на цилиндрическом обтекателе диаметром, равным 0,85…0,95 калибра реактивного снаряда, и размах дугообразных лопастей в раскрытом состоянии составляет 1,6…2,3 калибра реактивного снаряда.

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

Задачей предлагаемого изобретения является улучшение аэробаллистических характеристик PC и характеристик точности стрельбы, увеличение дальности за счет рационального выбора соотношений геометрических параметров носовой части корпуса и аэродинамических рулей, цилиндрического обтекателя и лопастей стабилизатора, положения оси вращения рулей, уменьшения разброса аэробаллистических характеристик.

Данное техническое решение позволяет обеспечить режимы функционирования на меньших углах атаки и значительное снижение воздействия аэродинамических нагрузок на элементы конструкции, уменьшить габаритно-массовые характеристики (ГМХ) привода рулей, что снижает вес PC и увеличивает дальность его полета.

Указанный технический результат достигается тем, что в сверхзвуковом реактивном снаряде, содержащем корпус с заостренной носовой частью и размещенные на ней аэродинамические рули, реактивный двигатель и стабилизатор с раскрывающимися дугообразными лопастями, установленными на цилиндрическом обтекателе, согласно изобретению, диаметр носовой части корпуса реактивного снаряда в середине бортовой хорды аэродинамических рулей выполнен не менее 0,3 полного размаха аэродинамических рулей и составляет 0,6…0,9 калибра реактивного снаряда, бортовая хорда рулей выполнена равной 0,2…0,5 калибра реактивного снаряда, и ось вращения каждого руля отстоит от передней кромки его бортовой хорды на 0,40…0,65 ее величины, а дугообразные лопасти стабилизатора установлены выпуклыми поверхностями в направлении вращения реактивного снаряда на цилиндрическом обтекателе диаметром, равным 0,85…0,95 калибра реактивного снаряда, и размах дугообразных лопастей в раскрытом состоянии составляет 1,6…2,3 калибра реактивного снаряда.

Авторы предлагаемого изобретения провели расчетные и экспериментальные исследования, направленные на поиск решений, позволяющих улучшить аэробаллистические характеристики PC за счет соотношения параметров корпуса и аэродинамических рулей, места расположения рулей и положение оси их вращения, рационального выбора размаха лопастей стабилизатора, что позволило улучшить характеристики точности стрельбы.

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

- диаметра носовой части корпуса реактивного снаряда в середине бортовой хорды аэродинамических рулей не менее 0,3 полного размаха аэродинамических рулей и составляющим 0,6…0,9 калибра реактивного снаряда - обеспечить увеличение несущих свойств блока рулей за счет интерференции их с корпусом. При диаметре носовой части корпуса менее 0,6 калибра и менее 0,3 размаха аэродинамических рулей снижается нормальная управляющая сила блока рулей и для ее компенсации необходимо увеличивать размах или хорду рулей, что увеличивает сопротивление PC и уменьшает дальность стрельбы. Кроме этого, увеличивается шарнирный момент привода рулей, необходимо увеличивать его ГМХ. При диаметре корпуса носовой части более 0,9 калибра расположение рулей оказывается на цилиндрическом участке корпуса, уменьшается плечо управляющего момента относительно центра масс;

- бортовой хорды рулей, равной 0,2…0,5 калибра PC, и оси вращения каждого руля, отстоящей от передней кромки его бортовой хорды на 0,40…0,65 ее величины, - обеспечить уменьшение шарнирного момента привода аэродинамических рулей, выбрать привод с минимальными ГМХ, что позволяет увеличить дальность стрельбы. Выполнение бортовой хорды рулей менее 0,2 калибра PC приводит к уменьшению управляющего момента блока рулей относительно центра масс, уменьшается балансировочный угол атаки и потребная для управления нормальная перегрузка. При бортовой хорде руля свыше 0,5 калибра PC увеличивается шарнирный момент привода, необходимо увеличивать его мощность, а, следовательно, ГМХ. При расположении оси вращения каждого руля менее 0,4 бортовой его хорды увеличивается шарнирный момент рулей, необходимо увеличивать мощность привода рулей и его ГМХ. Также увеличивается шарнирный момент рулей и ГМХ их привода при расположении оси их вращения свыше 0,65 его бортовой хорды;

- установки дугообразных лопастей стабилизатора выпуклыми поверхностями в направлении вращения PC на цилиндрическом обтекателе диаметром, равным 0,85…0,95 калибра PC, и размаха дугообразных лопастей в раскрытом состоянии, составляющем 1,6…2,3 калибра PC, - обеспечивается увеличение нормальной силы стабилизатора за счет положительной интерференции цилиндрического обтекателя и дугообразных лопастей. При диаметре цилиндрического обтекателя менее 0,85 калибра PC положительное влияние интерференции снижается. Выполнение диаметра обтекателя свыше 0,95 калибра конструктивно невыполнимо при использовании для стрельбы из трубчатой направляющей, характерной для PC РСЗО. При размахе дугообразных лопастей стабилизатора менее 1,6 калибра PC уменьшается нормальная сила PC в целом, снижаются потребные для управления нормальные перегрузки. Увеличение размаха дугообразных лопастей свыше 2,3 калибра PC приводит к его излишней стабилизации, уменьшает величину суммарного аэродинамического продольного момента относительно центра масс PC.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 представлен общий вид сверхзвукового PC. Реактивный снаряд состоит из корпуса 1 с заостренной носовой частью 2, аэродинамических рулей 3, размещенных на носовой части 2, реактивного двигателя 4, стабилизатора 5 с дугообразными раскрывающимися лопастями 6, установленными на цилиндрическом обтекателе 7. Диаметр носовой части 2 корпуса d_к=(0,6…0,9)d в середине бортовой хорды b_ор рулей и выполнен не менее 0,3 размаха Н_р рулей 3.

За счет предлагаемых геометрических параметров носовой части корпуса и рулей обеспечивается увеличение несущих свойств блока рулей в результате положительной взаимной интерференции.

Бортовая хорда рулей b_op=(0,2…0,5)d и ось вращения (ОВ) 8 рулей 3 Х_ов=(0,40…0,65) b_op, где d - калибр снаряда.

В результате этого обеспечивается уменьшение шарнирного момента привода аэродинамических рулей, что позволяет выбрать привод с минимальными ГМХ, уменьшить вес PC и увеличить дальность стрельбы.

Дугообразные лопасти 6 стабилизатора 5 установлены выпуклыми поверхностями В в направлении вращения ω_х PC. Диаметр цилиндрического обтекателя 7 равен d_обт=(0,85…0,95) d, а размах лопастей 6 стабилизатора 5 равен Н_ст=(l,6…2,3)d. Таким образом обеспечивается увеличение нормальной силы стабилизатора за счет положительной интерференции цилиндрического обтекателя и дугообразных лопастей.

Функционирование предлагаемого сверхзвукового PC происходит следующим образом. При вылете за счет тяги реактивного двигателя 4 из трубчатой направляющей происходит раскрытие дугообразных лопастей 6 стабилизатора 5, установленных на цилиндрическом обтекателе 7, в результате чего обеспечивается его устойчивый полет.

В расчетное время происходит отклонение аэродинамических рулей 3 на заданный угол, продольная ось корпуса 1 с заостренной носовой частью 2 снаряда отклоняется на балансировочный угол атаки. За счет возникающих аэродинамических нормальных и поперечных сил происходит изменение вектора скорости и координат движения центра масс PC, в результате чего происходит полет снаряда по другой траектории. Таким образом, за счет коррекции траекторных параметров выбираются всевозможные эксцентриситетные возмущения, улучшаются аэробаллистические характеристики, выбирается промах до цели, повышается точность стрельбы.

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

Изобретение относится к области вооружения и боеприпасов, а именно к сверхзвуковому реактивному снаряду. Сверхзвуковой реактивный снаряд содержит корпус с заостренной носовой частью и размещенные на ней аэродинамические рули, реактивный двигатель и стабилизатор с раскрывающимися дугообразными лопастями, установленными на цилиндрическом обтекателе. Диаметр носовой части корпуса реактивного снаряда в середине бортовой хорды аэродинамических рулей выполнен не менее 0,3 полного размаха аэродинамических рулей и составляет 0,6…0,9 калибра реактивного снаряда. Бортовая хорда рулей выполнена равной 0,2…0,5 калибра реактивного снаряда, и ось вращения каждого руля отстоит от передней кромки его бортовой хорды на 0,40…0,65 ее величины. Дугообразные лопасти стабилизатора установлены выпуклыми поверхностями в направлении вращения реактивного снаряда на цилиндрическом обтекателе диаметром, равным 0,85…0,95 калибра реактивного снаряда. Размах дугообразных лопастей в раскрытом состоянии составляет 1,6…2,3 калибра реактивного снаряда. Технический результат заключается в улучшении аэробаллистических характеристик и повышении точности стрельбы. 1 ил.

Сверхзвуковой реактивный снаряд, содержащий корпус с заостренной носовой частью и размещенные на ней аэродинамические рули, реактивный двигатель и стабилизатор с раскрывающимися дугообразными лопастями, установленными на цилиндрическом обтекателе, отличающийся тем, что диаметр носовой части корпуса реактивного снаряда в середине бортовой хорды аэродинамических рулей выполнен не менее 0,3 полного размаха аэродинамических рулей и составляет 0,6…0,9 калибра реактивного снаряда, бортовая хорда рулей выполнена равной 0,2…0,5 калибра реактивного снаряда, и ось вращения каждого руля отстоит от передней кромки его бортовой хорды на 0,40…0,65 ее величины, а дугообразные лопасти стабилизатора установлены выпуклыми поверхностями в направлении вращения реактивного снаряда на цилиндрическом обтекателе диаметром, равным 0,85…0,95 калибра реактивного снаряда, и размах дугообразных лопастей в раскрытом состоянии составляет 1,6…2,3 калибра реактивного снаряда.