Стабилизатор реактивного снаряда Российский патент 2024 года по МПК F42B10/16 F42B10/38 F42B15/10 

Изобретение относится к области ракетной техники, а именно к реактивным снарядам (PC) различного назначения.

Объект изобретения представляет собой стабилизатор к PC повышенной надежностью функционирования, с улучшенными основными аэробаллистическими характеристиками, увеличенной дальностью полета.

PC широко применяются, например, для борьбы со многими площадными и крупномасштабными наземными целями.

Стабилизация PC осуществляется с помощью аэродинамических стабилизаторов. Так, известны PC М8, М13, обеспечивающие поражение крупноразмерных целей (см., например, Куров В.Д., Должанский Ю.М. Основы проектирования пороховых ракетных снарядов. - М. Оборонгиз. 1961, с. 11), принятые за аналоги. В их конструкции используются стабилизаторы, содержащие прочноскрепленные с корпусом (обтекателем) лопасти. Передние кромки лопастей выполнены без заострения, а на боковой поверхности выполнены продольные выштамповки для повышения жесткости и прочности.

Задачей данного технического решения являлось обеспечение устойчивого полета PC на небольшую дальность. Однако, наличие такого стабилизатора не позволяет разместить на пусковой установке большое количество PC, что снижает эффективность применения системы.

Общими признаками с предлагаемой авторами конструкцией стабилизатора PC является наличие в составе аналогов стабилизатора, содержащего обтекатель и лопасти.

Опыт эксплуатации систем залпового огня показал, что наиболее рациональным решением является размещение PC перед пуском и запуск их из трубчатых направляющих. Дугообразные лопасти стабилизатора PC находятся в сложенном положении перед пуском.

Известен стабилизатор сверхзвукового PC по патенту РФ №2328695, МПК F42B 15/00, содержащий обтекатель, дугообразные лопасти с комбинированной формой передних и задних кромок, принятый авторами за прототип. В данном стабилизаторе PC кромки лопастей выполнены в виде сочетания плоского притупления шириной 0,1…0,3 средней вдоль размаха толщины лопасти и заострения в виде клина с выпуклой стороны лопасти с углом 7°…12° в плоскости, перпендикулярной кромкам, ширина плоского притупления постоянна вдоль размаха лопасти.

Задачей данного изобретения являлось создание стабилизатора сверхзвукового PC с увеличенной дальностью полета, улучшение основных характеристик снаряда за счет уменьшения разброса коэффициента сопротивления стабилизатора и аэробаллистических характеристик, увеличение дальности за счет минимизации геометрических параметров лопастей. Требования к углу установки лопастей к продольной оси PC в данной конструкции не предъявлялись.

Общими признаками с предлагаемой авторами конструкцией стабилизатора PC является наличие в составе прототипа обтекателя и дугообразных лопастей с комбинированной формой передних кромок лопастей, включающей плоское притупление и заострение в виде клина на выпуклой поверхности, и ориентированными в направлении вращения снаряда выпуклыми боковыми поверхностями.

Определенные требования предъявляются к углу установки лопастей к продольной оси PC в сочетании с ориентацией их боковых поверхностей в направлении вращения, формы кромок, геометрических параметров лопастей (размаха, бортовой хорды). Для каждого типа PC существует допустимый диапазон изменения угловой скорости вращения исходя из условий нормального функционирования и полета в заданном диапазоне чисел Маха с минимальными углами атаки, зависящий от угла установки дугообразных лопастей к продольной оси, формы кромок, ориентации лопастей. В случае установки лопастей под углом вне допустимого диапазона возникают резонансные явления, приводящие к полету с углами атаки и разрушению PC.

В отличие от прототипа в предлагаемом стабилизаторе реактивного снаряда ширина плоского притупления выполнена в пределах 0,12…0,35 толщины лопасти в районе бортовой хорды, а угол заострения кромок в виде клина с выпуклой боковой поверхности дугообразных лопастей выполнен равным 5°…15° в плоскости, перпендикулярной передним кромкам, при этом размах дугообразных лопастей стабилизатора выполнен в пределах 1,5…2,5 калибра реактивного снаряда и его отношение к бортовой хорде дугообразных лопастей составляет 0,8…2,0, а средний угол установки лопастей стабилизатора к продольной оси реактивного снаряда, измеряемый в различных их сечениях, выбран по формуле:

,

где β - угол заострения передних кромок в виде клина раскрывающихся дугообразных лопастей стабилизатора в плоскости, перпендикулярной кромкам;

d - калибр снаряда;

b_cp=0,5(b_o+b_к) - средняя хорда дугообразной лопасти;

b_o - бортовая хорда дугообразной лопасти;

b_к - концевая хорда дугообразной лопасти;

Н_ст - размах раскрывающихся дугообразных лопастей стабилизатора;

d_обт - наружный диаметр обтекателя, на котором установлены дугообразные лопасти стабилизатора;

n_лоп=3…8 - количество дугообразных лопастей стабилизатора.

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 стабилизатора PC с дозвуковой и сверхзвуковой скоростью полета с повышенной надежностью функционирования, улучшенными основными аэробаллистическими характеристиками, обеспечение безрезонансного полета с нулевыми углами атаки.

Указанный технический результат достигается тем, что в стабилизаторе реактивного снаряда, содержащем обтекатель с установленными на нем раскрывающимися дугообразными лопастями, имеющими комбинированную форму передних кромок лопастей, включающей плоское притупление и заострение в виде клина на выпуклой поверхности, и ориентированными в направлении вращения снаряда выпуклыми боковыми поверхностями, отличающийся тем, что ширина плоского притупления выполнена в пределах 0,12…0,35 толщины лопасти в районе бортовой хорды, а угол заострения кромок в виде клина с выпуклой боковой поверхности дугообразных лопастей выполнен равным 5°…15° в плоскости, перпендикулярной передним кромкам, при этом размах дугообразных лопастей стабилизатора выполнен в пределах 1,5…2,5 калибра реактивного снаряда и его отношение к бортовой хорде дугообразных лопастей составляет 0,8…2,0, а средний угол установки лопастей стабилизатора к продольной оси реактивного снаряда, измеряемый в различных их сечениях, выбран по формуле:

,

где β - угол заострения передних кромок в виде клина раскрывающихся дугообразных лопастей стабилизатора в плоскости, перпендикулярной кромкам;

d - калибр снаряда;

b_cp=0,5(b_o+b_к) - средняя хорда дугообразной лопасти;

b_o - бортовая хорда дугообразной лопасти;

b_к - концевая хорда дугообразной лопасти;

Н_ст - размах раскрывающихся дугообразных лопастей стабилизатора;

d_обт - наружный диаметр обтекателя, на котором установлены дугообразные лопасти стабилизатора;

n_лоп=3…8 - количество дугообразных лопастей стабилизатора.

Новая совокупность конструктивных элементов, а также наличие связей между параметрами стабилизатора позволяют, в частности, за счет выполнения:

- ширины плоского притупления передних кромок лопастей в пределах 0,12…0,35 толщины лопасти в районе бортовой хорды, а угла заострения кромок в виде клина с выпуклой боковой поверхности дугообразных лопастей равным 5°…15° в плоскости, перпендикулярной передним кромкам -уменьшить разброс аэробаллистических характеристик PC при дозвуковых и сверхзвуковых скоростях полета, что приводит к повышению надежности функционирования и улучшению основных характеристик.

При ширине плоского притупления кромок менее 0,12 толщины лопасти в районе бортовой хорды и угле заострения менее 5° при сверхзвуковых скоростях полета за счет аэродинамического нагрева происходит деформация и искривление передних кромок, что приводит к увеличению сопротивления стабилизатора, разбросу коэффициента сопротивления и аэробаллистических характеристик PC. Кроме того, увеличивается разброс коэффициента вращающего момента крена, что при малых углах установки лопастей к продольной оси PC приводит к снижению угловой скорости вращения и попаданию PC в зону резонансной неустойчивости, появлению углов атаки. Увеличение ширины плоского притупления кромок свыше 0,35 толщины лопасти в районе бортовой хорды и угле заострения более 15° приводит к увеличению сопротивления лопастей и PC в целом, уменьшению дальности полета;

- размаха дугообразных лопастей стабилизатора в пределах 1,5…2,5 калибра PC и его отношение к бортовой хорде дугообразных лопастей равным 0,8…2,0 - обеспечить оптимальные значения несущих свойств стабилизатора и аэробаллистических характеристик PC, их изменение от чисел Маха (скорости полета), что позволяет разработать конструкцию с минимальными значениями геометрических параметров лопастей, снизить их сопротивление, повысить характеристики точности, надежность функционирования PC;

- среднего угла установки дугообразных лопастей стабилизатора к продольной оси реактивного снаряда, измеряемого в различных их сечениях, выбранного по формуле: - обеспечить изменение угловой скорости вращения PC в допустимом интервале, повысить надежность функционирования и снизить разброс аэродинамических и аэробаллистических характеристик PC в режиме полета как с дозвуковой, так и сверхзвуковой скоростью за счет обеспечения устойчивого безрезонансного полета с нулевыми углами атаки.

При угле установки лопастей - угловая скорость вращения PC попадает в зону нижнего резонанса, когда частота вращения совпадает с частотой экваториальных колебаний PC. При угле установки лопастей угловая скорость вращения попадает в зону верхнего резонанса. В этом случае частота вращения совпадает с частотой изгибных колебаний корпуса PC, изгибных и крутильных колебаний лопастей стабилизатора.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 изображен общий вид стабилизатора реактивного снаряда.

Стабилизатор состоит из обтекателя 1, раскрывающихся дугообразных лопастей 2, ориентированных в направлении вращения PC выпуклыми боковыми поверхностями В, передние кромки которых выполнены в виде сочетания плоского притупления 3 шириной t=(0,12…0,35)t_o и заострения в виде клина 4 на выпуклой В поверхности лопастей, имеющего угол β=5°…15° в плоскости, перпендикулярной передним кромкам, где t_o - толщина лопасти в районе бортовой хорды.

Размах Н_ст дугообразных лопастей стабилизатора выполнен в пределах 1,5…2,5 калибра d реактивного снаряда и его отношение к бортовой хорде b_o составляет 0,8…2,0.

Угол установки лопастей 2 к продольной оси PC выбран по предложенной авторами зависимости, приведенной выше.

Предлагаемый стабилизатор PC работает следующим образом.

После запуска, когда PC движется по направляющей пусковой установки, дугообразные лопасти 2 стабилизатора находятся в сложенном положении и охватывают обтекатель 1. После выхода из направляющей лопасти 2 раскрываются (например, при помощи пружин) и PC начинает движение по траектории, при этом передние кромки лопастей 2, выполненные с плоским притуплением 3 и клина 4, взаимодействуют с набегающим потоком воздуха, обеспечивая устойчивое движение PC по траектории и формируют течение, существенно уменьшающее разброс аэробаллистических характеристик. Наличие клина 4 на передних кромках лопастей в сочетании с плоским притуплением повышает жесткость и сохранение формы при воздействии аэродинамического нагрева при сверхзвуковых скоростях полета.

За счет предложенной формы передних кромок лопастей и соотношений их геометрических параметров в совокупности с допустимым диапазоном изменения угла установки лопастей к продольной оси PC, определяемом по предложенной авторами формуле, обеспечивается безрезонансный полет с нулевыми углами атаки, повышается надежность функционирования, повышается жесткость кромок, снижается воздействие аэродинамического нагрева на передние кромки лопастей стабилизатора, увеличивается дальность стрельбы за счет минимизации геометрических параметров лопастей.

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

В настоящее время разработана конструкторская документация, проведены стендовые и летные испытания, намечено изготовление опытной партии PC.

Изобретение относится к области военной техники, а именно к стабилизаторам реактивных снарядов. Стабилизатор снаряда содержит обтекатель с раскрывающимися дугообразными лопастями, имеющими комбинированную форму передних кромок лопастей, включающей плоское притупление и заострение в виде клина на выпуклой поверхности. Ширина плоского притупления выполнена в пределах 0,12…0,35 толщины лопасти в районе бортовой хорды, а угол заострения кромок в виде клина с выпуклой боковой поверхности дугообразных лопастей выполнен равным 5°…15° в плоскости, перпендикулярной передним кромкам. Размах дугообразных лопастей стабилизатора выполнен в пределах 1,5…2,5 калибра реактивного снаряда. Отношение размаха лопастей к бортовой хорде составляет 0,8…2,0. Достигается повышение надежности функционирования и улучшение аэробаллистических характеристик, сохранение формы кромок лопастей, обеспечение безрезонансного полета с нулевыми углами атаки, увеличение дальности стрельбы. 1 ил.

Стабилизатор реактивного снаряда, содержащий обтекатель с установленными на нем раскрывающимися дугообразными лопастями, имеющими комбинированную форму передних кромок лопастей, включающей плоское притупление и заострение в виде клина на выпуклой поверхности, и ориентированными в направлении вращения снаряда выпуклыми боковыми поверхностями, отличающийся тем, что ширина плоского притупления выполнена в пределах 0,12…0,35 толщины лопасти в районе бортовой хорды, а угол заострения кромок в виде клина с выпуклой боковой поверхности дугообразных лопастей выполнен равным 5°…15° в плоскости, перпендикулярной передним кромкам, при этом размах дугообразных лопастей стабилизатора выполнен в пределах 1,5…2,5 калибра реактивного снаряда и его отношение к бортовой хорде дугообразных лопастей составляет 0,8…2,0, а средний угол установки лопастей стабилизатора к продольной оси реактивного снаряда, измеряемый в различных их сечениях, выбран по формуле:

,

где β - угол заострения передних кромок в виде клина раскрывающихся дугообразных лопастей стабилизатора в плоскости, перпендикулярной кромкам;

d - калибр снаряда;

b_cp=0,5(b_o+b_к) - средняя хорда дугообразной лопасти;

b_o - бортовая хорда дугообразной лопасти;

b_к - концевая хорда дугообразной лопасти;

Н_ст - размах раскрывающихся дугообразных лопастей стабилизатора;

d_обт - наружный диаметр обтекателя, на котором установлены дугообразные лопасти стабилизатора;

n_лоп=3…8 - количество дугообразных лопастей стабилизатора.