Результат интеллектуальной деятельности: Способ дистанционного подрыва снаряда

Изобретение относится к боеприпасам ствольной артиллерии и может быть использовано во взрывателях артиллерийских снарядов.

Современные артиллерийские снаряды ствольной артиллерии, как правило, оснащаются двумя типами взрывателей, дистанционными - для обеспечения функционирования кассетных боеприпасов и контактными или неконтактными взрывателями для осколочно-фугасных и объемно-детонирующих снарядов.

Время срабатывания кассетных снарядов определяется расчетом времени, при котором взрыватель подрывает вышибной заряд снаряда с учетом начальной расчетной скорости снаряда V₀ и угла возвышения ствола орудия по отношению к горизонту α, используя таблицы стрельбы. Это время вводится в каждый снаряд перед выстрелом путем установки рассчитанного времени срабатывания t_p: вручную или с помощью установщика (Кузнецов Н.С. Перспективы применения дистанционных взрывательных устройств // Научно-технический сборник ГНЦ РФ ФГУП «ЦНИИХМ им. Д.И. Менделеева» // Боеприпасы, №1, 2016 г., с. 64-68).

Кассетные снаряды, как правило, вскрывают на высоте примерно h_p=1000 м над местностью.

Исходя из этих данных (V₀, α, h_p), с учетом законов движения тела брошенного под углом к горизонту, рассчитывается время срабатывания взрывателя t_p. Как видно, при таком способе расчета, за счет отклонения начальной расчетной скорости от фактической (V₁<V₀<V₂) для каждого снаряда, возникает большой разброс вскрытия снарядов по дальности, что существенно снижает эффективность дорогостоящих кассетных боеприпасов. Это хорошо видно из анализа данных, приведенных на фиг. 1. Как видно (фиг. 1), при изменении скорости V₀ от V₁ до V₂ расстояние изменяется от L₁ до L₂.

И что еще очень важно, для введения в каждый взрыватель времени срабатывания t_p необходимо выполнять расчеты, которые, как правило, делают высококвалифицированные офицеры. И, тем не менее, внешние факторы, такие как температура заряда, вес заряда, масса снаряда, износ ствола орудия и другие учесть не представляется возможным. Разброс снарядов получается значительным.

Для устранения этих недостатков в предложенном способе дистанционного подрыва снаряда предлагается существенно изменить конструкции существующих взрывателей и изменить технологию расчета параметров стрельбы из артиллерийских орудий.

Предложенное техническое решение поясняется рисунками.

Фиг. 1. Схема движения снаряда, выпущенного под углом α с начальной расчетной скоростью V₀, при изменении этой скорости в диапазоне (V₁<V₀<V₂): V_0x и V_0y - вертикальная и горизонтальная составляющие скорости V₀ соответственно в осях y-t-x, L₁ и L₂ - расстояния соответствующие положению снаряда на высоте h_p при скоростях снаряда V₁ и V₂ соответственно, h_max - максимальная высота полета снаряда.

Фиг. 2. Схема движения снаряда, выпущенного под углом α с начальной расчетной скоростью V₀, при изменении этой скорости в диапазоне (V₁<V₀<V₂): V_0x и V_0y - вертикальная и горизонтальная составляющие скорости V₀ соответственно в осях x-y и Р=ƒ(t) в осях Р-t, P₁ - атмосферное давление на высоте h₁, Р₂ - атмосферное давление на высоте h₂, h_max - максимальная высота полета снаряда, t_P1 и t_P2 - моменты времени полета снаряда, при которых давления в зоне полета снаряда равны, т.е. P₁=Р₂.

Фиг. 3. Схема движения снаряда, выпущенного под углом α с начальной расчетной скоростью V₀, при изменении этой скорости в диапазоне (V₁<V₀<V₂): V_0x и V_0y - вертикальная и горизонтальная составляющие скорости V₀ соответственно в осях y-t-x, L_P - расстояние соответствующие положению снаряда в момент времени t_p при скоростях снаряда V₁ и V₂ соответственно, h_max - максимальная высота полета снаряда.

Реализация предлагаемого способа дистанционного подрыва снаряда осуществляется следующим образом.

Во взрыватель снаряда перед выстрелом вводится следующая информация: угол α и расстояние до точки подрыва L_P. Величина L_P определяется расчетом по таблицам стрельбы с учетом расчетного значения V₀ и α. Угол α сравнительно точно выставляется при наведении орудия.

Во взрыватель снаряда устанавливают датчик давления, с помощью которого непрерывно в функции времени регистрируют давление атмосферы в зоне снаряда. После выстрела и начала работы электронной схемы взрывателя, данные с датчика давления непрерывно поступают в вычислительное устройство взрывателя, и в цифровом виде регистрируются в виде функции Р=ƒ(t), где Р - давление атмосферы в зоне нахождения снаряда, t - время сначала вылета.

В качестве датчика давления во взрывателе может быть использован мини-датчик фирмы «Моторола» модель МРХ4115А.

С целью повышения достоверности регистрации факта перехода снаряда через высшую точку траектории (при h=h_max) во взрыватель устанавливают датчик положения, например, ртутный с подогревом. С помощью этого датчика фиксируют изменение положения носовой части снаряда по отношению к линии горизонта и дну снаряда. Такой прием позволяет упростить алгоритм выбора давлений (P₁ и P₂).

После срабатывания датчика положения, как правило, начинает работать устройство для измерения высоты снаряда над местностью. Такой способ позволяет исключить пеленгацию фактической траектории снаряда средствами радиоэлектроники и тем самым позволяет защитить стреляющее орудие от обнаружения по излучению от взрывателя.

На основании анализа данных измерения фактических значений функции Р=ƒ(t), с помощью алгоритма, заложенного в вычислительное устройство взрывателя, определяют фактическое значение начальной скорости снаряда V₀ и вычисляют величину времени срабатывания взрывателя (t_p). В момент времени t=t_p, подается сигнал на исполнительное устройство взрывателя.

В основу алгоритма вычисления параметров полета снаряда положены известные математические зависимости, установленные для тела, брошенного под углом к горизонту и закономерности изменения давления воздуха в атмосфере Земли с изменением высоты от поверхности земли.

Основные элементы этих закономерностей приведены ниже.

Для тела, брошенного под углом к горизонту (без учета сопротивления воздуха), начальную скорость V₀ можно определить с помощью известного соотношения:

где g - ускорение свободного падения, t_м - время сначала полета снаряда до момента достижения им максимальной высоты h_max.

Точное время, соответствующее моменту максимума высоты полета снаряда t_м, предлагается определять из соотношения:

где t_P1 и t_P2 - моменты времени полета снаряда, при которых давления в зоне полета снаряда равны, т.е. P₁=Р₂. Причем P₁ выбирается на участке возрастания высоты полета снаряда, а величина Р₂ фиксируется на ниспадающем участке траектории, и ее величина меньше или равна величине давления, при котором срабатывает датчик положения. Схема выбора давлений P₁=Р₂ и времен t_P1 и t_P2 поясняется рисунком, приведенным на фиг. 2.

Как известно, величина давления воздуха в атмосфере земли с ростом высоты над поверхностью земли уменьшается Р=ƒ(h). Закономерность изменения этого давления описывается с помощью известного соотношения, называемого барометрической формулой:

где P₁ - атмосферное давление на высоте h₁, Р₂ - атмосферное давление на высоте h₂, М - молярная масса воздуха, g - ускорение свободного падения, R_c - универсальная газовая постоянная, Т_с - средняя температура воздуха.

Во взрывателе необходимые значения давлений определяются с помощью датчика давления в каждый момент времени полета снаряда. Нужные значения P₁ и P₂ выбираются в соответствии с заданным алгоритмом при значениях времени t_P1 и t_P2 соответственно. Остальные параметры, входящие в формулу (3), а именно, ускорение свободного падения g, молярная масса воздуха М, универсальная газовая постоянная R_c являются известными постоянными (М=29 грамм/моль, R_c=8,31 Джоуль/моль*К, g=9,81 м/с²).

Высокой точности измерения абсолютных значений давлений P₁ и Р₂ в данном техническом решении не требуется, так как при выборе нужных значений t_P1 и t_P2 выбираются данные измерений одним и тем же датчиком давления, в одних и тех же условиях.

Вычислительное устройство взрывателя, по рассмотренному выше алгоритму, проводит вычисление параметра V₀ для каждого снаряда с учетом влияния внешних факторов. С помощью соотношения:

вычисляют время подрыва снаряда t_p.

В момент времени t=t_p вычислительное устройство выдает импульс управления на исполнительное устройство взрывателя.

Важно, что по этому же алгоритму можно проводить коррекцию полета снаряда за счет включения тормозных устройств, установленных во взрыватель. Включение тормозных устройств на заданном расстоянии от места выстрела делает возможным существенно сократить поле рассеивания снарядов, вызываемое отклонением начальной скорости и угла вылета снаряда от расчетных значений.

Изложенные сведения о заявленном изобретении, охарактеризованном в независимом пункте формулы, свидетельствуют о возможности его осуществления с помощью описанных в заявке и известных средств и методов. Следовательно, заявленный способ соответствует условию промышленной применимости.