Результат интеллектуальной деятельности: Узел разделения головной части боеприпаса

Изобретение относится к области ракетной техники и может быть использовано при разработке разделяющихся боеприпасов реактивной и ствольной артиллерии.

Решение поставленной задачи связано с необходимостью разработки рациональных вариантов конструкции узлов фиксации и вскрытия, обеспечивающих жесткость снаряда в процессе высокоскоростного движения по траектории и надежность отделения фрагментов головной части (ГЧ) при минимальных силовых и тепловых нагрузках на разделяемые элементы конструкции. Это особенно важно для разделяющихся ГЧ, которые оснащены интеллектуальными элементами или беспилотными летательными аппаратами (БПЛА), снабженными уязвимой электронной аппаратурой.

По международной заявке №88/05523 от 28.07.88, кл. F42B 13/38 (ИСМ №3, вып. 105, 1989) известна конструкция разделяющегося снаряда, содержащего головную часть с парашютным отсеком, узел отделения с зарядом отделения и элементами форсирования в виде срезаемых радиальных болтов.

Конструкция разделяющегося снаряда позволяет осуществить отделение головной части от носителя и ввод в действие парашюта. Однако эта конструкция не обеспечивает работу конструкции в условиях нестабилизированного высокоскоростного движения головной части, характеризующегося формированием больших сил «лобового» сопротивления на траектории.

Тем самым задачей данного технического решения являлось обеспечение отделения головной части от носителя посредством узла отделения с элементами форсирования в виде срезаемых радиальных болтов, а также ввод парашюта в действие в условиях стабилизированного движения головной части.

Общими признаками известного технического решения с предлагаемой авторами конструкцией узла разделения ГЧ является наличие отсека разделения с элементами форсирования и зарядом отделения, являющимся источником энергии при разделении.

Наиболее близким по технической сути и достигаемому результату является многофункциональный отсек разделения реактивных снарядов, известный по патенту РФ №2459176 (опубл. БИ №23, 20.08.2012 г.).

Многофункциональный отсек разделения реактивных снарядов содержит корпус, узлы стыковки головной части и двигателя, механизмы фиксации, систему стабилизации отделяемой головной части, а также блоки отделения, вскрытия, инициирования и задействования исполнительных органов головной части, которые включают пороховые заряды, поршни и элементы форсирования.

Задачей известного технического решения является разработка конструкции многофункционального отсека разделения реактивных снарядов, которая обеспечивает фиксацию и вскрытие системы стабилизации головной части, отделение и стабилизацию головной части в полете, инициирование и задействование исполнительных органов отсека и головной части в процессе функционирования.

Практическая реализация совокупности представленных выше конструктивных отличий в разрабатываемых боеприпасах позволяет создать унифицированную многофункциональную конструкцию отсека разделения, обеспечивающую надежное функционирование реактивных снарядов различного целевого назначения на активном и пассивном участках траектории. Однако в связи с многофункциональностью, сложностью и дороговизной унифицированной конструкции в рассматриваемом случае использование указанного изобретения представляется нецелесообразным.

Общими признаками описанного технического решения, принятого авторами за прототип, с предлагаемой конструкцией отсека разделения головной части боеприпаса является наличие рабочей полости с пороховым зарядом, поршнем и элементами форсирования.

В отличие от прототипа в узле разделения ГЧ пороховые аккумуляторы давления закреплены в поршне узла разделения и сопловыми блоками размещены напротив газодинамических окон, выполненных в промежуточной диафрагме, жестко скрепленной с опорным кольцом оболочки.

При этом сопловые блоки аккумуляторов снабжены устройствами одновременного вскрытия сопел, выполненными в виде заглушек, размещенных в выходной части сопла и имеющих вытяжные тяги, зафиксированные в промежуточной диафрагме и связанные с заглушками посредством проточного упора и разъемных соединений резьбового типа.

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

Задачей предлагаемого изобретения является разработка простой, компактной и надежной конструкции узла разделения ГЧ, позволяющей существенно увеличить скорость разделения при снижении силового и теплового воздействия на разделяемые элементы конструкции, а также обеспечить одновременность вскрытия сопел пороховых аккумуляторов давления (ПАД) и включения ПАД в работу в процессе разделения и тем самым исключить появление опрокидывающего момента при включении аккумуляторов давления в работу.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в известной конструкции узла разделения головной части боеприпаса, содержащей оболочку с дном, опорное кольцо с узлом форсирования, поршень, заряд форсирования, пороховые аккумуляторы давления, рабочую и накопительную полости для продуктов сгорания зарядов, введена новая совокупность конструктивных узлов и элементов, изменено их взаимное расположение, а также кинематические и газодинамические связи.

В частности, пороховые аккумуляторы давления закреплены в поршне узла разделения и сопловыми блоками размещены напротив газодинамических окон, выполненных в промежуточной диафрагме, жестко скрепленной с опорным кольцом оболочки. При этом сопловые блоки аккумуляторов снабжены устройствами одновременного вскрытия сопел, выполненными в виде заглушек, размещенных в выходной части сопла и имеющих вытяжные тяги, зафиксированные в промежуточной диафрагме и связанные с заглушками сопел посредством проточного упора и разъемных соединений резьбового типа.

Закрепление в поршне ПАДов напротив газодинамических окон, выполненных в промежуточной диафрагме, жестко скрепленной с опорным кольцом оболочки, позволяет уменьшить гидродинамическое действие реактивной высокотемпературной струи ПАДа на диафрагму и обеспечить заполнение накопительной полости, что снижает максимальное давление в рабочей полости и тем самым уменьшает максимальные перегрузки, действующие на элементы конструкции в процессе разделения.

Снабжение сопловых блоков аккумуляторов устройствами одновременного вскрытия сопел, выполненными в виде заглушек, размещенных в выходной части сопла и имеющих вытяжные тяги, зафиксированные в промежуточной диафрагме узла разделения и связанные с заглушками сопел посредством проточного упора и разъемных соединений резьбового типа, обеспечивает одновременность вскрытия сопел ПАДов в момент начала процесса разделения и тем самым исключает появление опрокидывающего момента при включении аккумуляторов давления в работу.

Перечисленные выше особенности конструктивного исполнения позволяют решить поставленную задачу по разработке простой, компактной и надежной конструкции узла разделения ГЧ боеприпаса, обеспечивающей возможность снижения силового и теплового воздействия на разделяемые элементы конструкции, а также создание устройства одновременного вскрытия сопел ПАДов, исключающего появление опрокидывающего момента снаряда, возникающего при неодновременном включении аккумуляторов давления на траектории.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен общий вид узла разделения головной части боеприпаса и вид на него со стороны дна ГЧ.

Предлагаемая конструкция узла разделения ГЧ содержит оболочку 1 с дном 15, опорное кольцо 11 с узлом форсирования 5, поршень 2, заряд форсирования 19 и пороховые аккумуляторы давления 3.

Пороховые аккумуляторы давления, закрепленные в поршне узла разделения, сопловыми блоками 8 размещены напротив газодинамических окон 12, выполненных в промежуточной диафрагме 16, жестко скрепленной с опорным кольцом оболочки.

Сопловые блоки аккумуляторов снабжены устройствами одновременного вскрытия сопел, выполненными в виде заглушек 9, размещенных в выходной части сопла и имеющих вытяжные тяги 10, зафиксированные в промежуточной диафрагме и связанные с заглушками сопел посредством проточного упора 13 и разъемных соединений резьбового типа 14.

Функционирование узла разделения головной части начинается с работы предохранительно-исполнительного механизма 17, задействования инициирующего устройства 18 и срабатывания заряда форсирования 19, масса которого назначается из условия надежности срабатывания узла форсирования.

Продукты сгорания заряда заполняют рабочую полость Б и через расходные каналы 12 в диафрагме заполняют накопительную полость В. При величине давления, соответствующего усилию разрушения узла форсирования 5, под действием давления на поршень 2 начинается процесс разделения боеприпаса.

Практически одновременно за счет ускорения поршня с ПАДом и наличия вытяжных тяг 10 с проточными упорами 13 на диафрагме 16 начинается одновременный выход заглушек 9 из сопел, происходит разрушение мембран 7, обеспечивающих герметичность ПАД, и формируется газодинамическая связь полостей камер сгорания ПАД (А) с рабочей полостью Б боеприпаса. Начало выхода заглушек 9 из сопел регулируется установкой разъемных соединений 14 на вытяжных тягах 10 и должно производиться после достижения максимального давления в рабочей полости Б. В результате за счет поступления плотных высокотемпературных продуктов сгорания заряда форсирования в камеры ПАД в нужный момент срабатывают воспламенители 6 и обеспечивают задействование пороховых зарядов 4 аккумуляторов. Продукты сгорания, образовавшиеся в свободных зонах ПАД (А), через сопла и газодинамические окна поступают в рабочую полость Б и накопительную полость В. Начинается мощный подъем давления и эффективный разгон поршня с полезной нагрузкой.

Процесс разделения PC сопровождается резким увеличением рабочей полости Б, однако за счет аккумулирования давления в накопительной полости В и мощного притока энергии из камер ПАД на всей длине направляющей оболочки 1 достигаются требуемые значения скоростей движения разделяемых элементов. При этом величина максимального давления в рабочей полости Б, а следовательно, и перегрузки определяются выбором массы заряда форсирования, а величина относительной скорости разделяемых объектов - выбором массы и свода горения зарядов ПАД.

В момент выхода поршня 2 из оболочки 1 давление в рабочей полости сбрасывается и завершается процесс разделения составных элементов снаряда, включающих: с одной стороны - поршень 2 с полезной нагрузкой головной части, а с другой стороны - кольцо 11 с оболочкой 1, дно 15 и пассивные элементы ракетной части.

Таким образом, практическая реализация совокупности представленных выше конструктивных отличий в разрабатываемых боеприпасах позволяет решить поставленную задачу по разработке простой, компактной и надежной конструкции узла разделения ГЧ, позволяющей существенно увеличить скорость разделения при снижении силового и теплового воздействия на разделяемые элементы конструкции, а также обеспечить одновременность включения ПАДов в работу в процессе разделения, и тем самым исключить появление опрокидывающего момента при включении аккумуляторов давления на траектории.

Это в конечном счете позволяет уменьшить пассивный вес и повысить стабильность работы разрабатываемой конструкции в полетных условиях. Одновременно представляется широкая возможность за счет выбора количества и массы ПАДов, включаемых в работу после срабатывания заряда форсирования, резко повысить относительную скорость разделяемых элементов снаряда.

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

Указанный положительный эффект подтвержден результатами стендовых испытаний опытных образцов узлов разделения, выполненных в соответствии с предлагаемым изобретением.