Результат интеллектуальной деятельности: ПАРАШЮТ ДЛЯ ОТДЕЛЯЕМОЙ ГОЛОВНОЙ ЧАСТИ РЕАКТИВНОГО СНАРЯДА

Изобретение относится к области ракетной техники, а именно к парашютам для отделяемых головных частей (ОГЧ), контейнеров с боевыми элементами реактивных снарядов (PC) залпового огня.

Для повышения боевой эффективности ОГЧ за счет получения требуемого осколочного поля необходимо обеспечить парирование начальных угловых возмущений при отделении ее от носителя и вертикальный подход к грунту с нулевыми углами атаки (см., например, Гогин В., Федосеев А. Перспективы развития реактивных систем залпового огня - "Зарубежное военное обозрение", 1, 1995 г.; Анисимов В. Боеприпасы с высокоточными боевыми элементами. - "Зарубежное военное обозрение", 11, 1994 г.).

Амплитуда колебаний и балансировочное значение угла атаки влияют на угол подхода ОГЧ к грунту. Это связано с тем, что при ее движении с балансировочным углом атаки появляется подъемная сила, которая приводит к изменению траектории движения, а за счет дополнительного лобового сопротивления снижается скорость у цели. Кроме того, ось ОГЧ отклоняется от вертикали.

В аэродинамике парашюта для безразмерного коэффициента силы лобового сопротивления используют обозначения Сп и при его определении за характерную площадь принимают площадь купола (см. Динамика движения парашютных систем - изд. "Машиностроение", 1982 г. , с. 8). Величина его зависит от конструктивных параметров, формы купола, диаметра развертки купола в раскрое на плоскость (D_к) и т.п.

Известно большое количество форм купола парашюта: круглые, крестообразные, квадратные, многоугольные, выполненные из сплошной ткани и ленточные (см. Н. А. Лобанов. Основы расчета и конструирования парашютов, - изд. "Машиностроение", М., 1965 г., с. 70-78, 96, 134, 135 и др.).

Каждый парашют содержит купол определенной формы, стропы, обладает достоинствами и недостатками.

Например, купол парашюта, приведенного на стр. 70, фиг.3.7 той же книги, имеет круглую форму, и его поверхность образована взаимно пересекающимися лентами одинаковой ширины. В среднем площадь просветов составляет 20... 40% от поверхности купола. К достоинствам таких парашютов относится постепенное наполнение воздухом, мягкий ввод в поток. К недостаткам относятся относительно большой вес, сложность и стоимость изготовления, большая скорость приземления и вращения.

Опыт отработки парашютов с ленточным куполом для ОГЧ с элементами показал на разброс точек их падения, наблюдались случаи отказа нормального функционирования в натурных испытаниях из-за скручивания строп за счет вращения купола.

Такими недостатками не обладают парашюты с круглым тканевым куполом, приведенные на страницах 72... 74, фиг.3.11, 3.12 той же книги. Вращение у них отсутствует, что является достоинством. Недостатком таких парашютов является их неустойчивое снижение в воздухе (с раскачиванием), что недопустимо для применения в ОГЧ PC (см. Н.А. Лобанов. Основы расчета и конструирования парашютов. - изд. "Машиностроение", М., 1965 г., с. 72).

Для ОГЧ PC характерным является наличие угловых возмущений (угла атаки) в момент отделения от двигателя, лежащих в пределах 0...180^o, скорость приземления гораздо выше, чем у спасательных парашютов и составляет примерно 50. . . 150 м/с. Парашюты с круглым куполом широко используются для десантирования грузов, спасения аппаратуры (V≈5...10 м/с). Ввод их происходит при малых углах атаки. Однако при наличии больших углов атаки, идентичных у ОГЧ, они не обладают достаточными стабилизирующими свойствами, для них характерна раскачка в переходном режиме во время затухания колебаний ОГЧ.

Для повышения устойчивости купол парашюта снабжен стабилизирующим кольцом (см. Н. А. Лобанов. Основы расчета и конструирования парашютов. - изд. "Машиностроение", М., 1965 г., с. 71, фиг.3.10). Указанный парашют, принятый авторами за прототип, содержит круглый тканевый купол, стропы и стабилизирующее кольцо.

Подобные по конструкции парашюты нашли широкое применение для стабилизации и торможения ОГЧ, контейнеров с боевыми элементами PC.

Работоспособность каждой ОГЧ у цели зависят от скорости приземления, угла отклонения продольной ее оси от вертикали, которые в первую очередь определяются коэффициентом сопротивления парашюта. Для каждого изделия необходимо проектировать собственный парашют. Кроме того, для ОГЧ, отличающихся массой, для PC одного калибра необходимы различные парашюты. Все это увеличивает номенклатуру изготавливаемых парашютов, увеличивает трудоемкость разработки документации, изготовления парашютов, увеличивает сроки принятия образцов новой техники в эксплуатацию.

Поэтому разработка конструкции парашюта, позволяющего обеспечить надежность функционирования и заданную эффективность ОГЧ различной массы и габаритов, является актуальной задачей.

Общими признаками предлагаемого парашюта для ОГЧ PC и прототипа являются наличие круглого тканевого купола, строп стабилизирующего кольца.

В отличие от прототипа в предлагаемом парашюте для отделяемой головной части реактивного снаряда стабилизирующее кольцо снабжено поясом рифления, уложенным в кольцевой кулисе, которая закреплена на стабилизирующем кольце, на расстоянии 0,2. ..0,5 ширины кольца от его входного отверстия, при этом длину пояса рифления рассчитывают по формуле
1_р=(4,0...4,2)(Кd_вх/D_к-0,18)D_к,
где 1_р - длина пояса рифления,
d_вх - диаметр входного отверстия стабилизирующего кольца незарифованного парашюта,
К= Сп_зариф/Сп_{незариф} - величина уменьшения коэффициента сопротивления зарифованного парашюта,
Сп_зариф и Сп_{незариф} - коэффициенты сопротивления зарифованного и незарифованного парашюта соответственно,
D_к - диаметр развертки купола парашюта, а пояс рифления выполнен в виде капроновой ленты.

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 конструкции парашюта, позволяющего обеспечить надежность функционирования и заданную эффективность ОГЧ различной массы и габаритов реактивного снаряда и надежного парирования больших углов атаки при отделении ее от двигателя реактивного снаряда, а также снизить трудоемкость изготовления.

Указанный технический результат достигается тем, что парашют для отделяемой головной части реактивного снаряда, содержащий круглый тканевый купол, стропы и стабилизирующее кольцо, отличающийся тем, что стабилизирующее кольцо снабжено поясом рифления, уложенным в кольцевой кулисе, которая закреплена на стабилизирующем кольце, на расстоянии 0,2...0,5 ширины кольца от его входного отверстия, при этом длину пояса рифления рассчитывают по формуле
1_р=(4,0..4,2)(Кd_вх/D_к-0,18)D_к,
где 1_р - длина пояса рифления,
d_вx - диаметр входного отверстия стабилизирующего кольца незарифованного парашюта,
К = Сп_зариф/Сп_{незариф} - величина уменьшения коэффициента сопротивления зарифованного парашюта,
Сп_зариф и Сп_{незариф} - коэффициенты сопротивления зарифованного и незарифованного парашюта соответственно,
D_к - диаметр развертки купола парашюта.

Исследовано влияние длины пояса рифления, диаметра входного отверстия стабилизирующего кольца незарифованного парашюта, диаметра купола и других геометрических параметров парашюта на коэффициент лобового сопротивления Сп.

Исследования проведены при скорости потока 50...120 м/с, охватывающих весь реальный диапазон скорости ОГЧ у поверхности земли, углах атаки 0... 180^o. Кроме того, исследовалась динамика возмущенного движения ОГЧ с парашютами относительно боковой державки, закрепленной в центре тяжести, методом свободных колебаний.

Целью данных испытаний являлась проверка динамической устойчивости ОГЧ, определение балансировочных углов атаки, амплитуды колебаний ее продольной оси, от которых зависит функционирование и эффективность действия у цели.

Полученные результаты позволили выявить влияние наиболее доминирующих геометрических параметров парашюта на коэффициент сопротивления Сп, на степень его уменьшения при наличии пояса рифления, установить математическую зависимость для расчета длины пояса рифления, а, следовательно, диаметра входного отверстия стабилизирующего кольца в месте расположения пояса рифления (d_p). Так для парашюта с отношением площади купола к площади миделевого сечения корпуса ОГЧ, равным 7,5, и при скорости потока 110 м/с уменьшение диаметра входного отверстия стабилизирующего кольца в 1,8 раза снижает коэффициент сопротивления в 1,5 раза, при этом макет ОГЧ сохраняет динамическую устойчивость.

Новая совокупность конструктивных элементов, а также наличие связей между параметрами парашюта позволили, в частности, за счет выполнения:
- пояса рифления на стабилизирующем кольце, уложенным в кольцевой кулисе, - изменять коэффициент сопротивления Сп парашюта до требуемой величины, обеспечивая заданную скорость и угол между осью ОГЧ и вертикалью, а также фиксацию его в заданном положении относительно входного отверстия кольца и тем самым обеспечить надежность функционирования парашюта и симметричность формы купола;
- длины пояса рифления, равной 1_р=(4,0...4,2)(Кd_вх/D_к-0,18)D_к - обеспечить требуемое значение коэффициента Сп парашюта, а следовательно, заданные баллистические характеристики конкретной ОГЧ у цели (угол между осью и вертикалью, скорость приземления), исходя из заданной эффективности;
- расстояния от входного отверстия стабилизирующего кольца до пояса рифления 0,2...0,5 ширины кольца - обеспечить симметричную, хорошо наполненную форму купола, сохраняющую устойчивость в потоке при наличии углов атаки, ветровых возмущений.

Выполнение длины пояса рифления менее 4,0(КD_вх/D_к-0,18)D_к приводит к снижению коэффициента сопротивления парашюта ниже требуемой величины, в результате чего испытываемая ОГЧ недостаточно тормозится и не обеспечивает угол между ее осью и вертикалью в заданных пределах. В результате этого снижается эффективность поражающего действия за счет значительного отклонения формы осколочного поля от требуемой. Часть осколков уходит в грунт, а часть в сторону и вверх.

Увеличение длины пояса рифления свыше 4,2(Кd_вх/D_к-0,18)D_к приводит к увеличению Сп парашюта, снижению скорости ОГЧ и возможному отказу нормального функционирования исполнительных устройств и ОГЧ в целом, уменьшению глубины проникания в грунт, снижению эффективности.

Увеличение расстояния от входного отверстия стабилизирующего кольца до пояса рифления свыше 0,5 ширины кольца приводит к нарушению функции кольца как стабилизатора. Купол становится менее устойчивым при парировании, как начальных углов атаки, так и ветровых возмущений при снижении ОГЧ.

При уменьшении расстояния от входного отверстия кольца до пояса рифления менее 0,2 ширины кольца исчезает так называемый воздухозаборник, улучшающий наполнение купола парашюта и уменьшающий время раскрытия парашюта в момент его ввода в поток. От этого зависит быстродействие системы торможения и стабилизации, разброс аэробаллистических характеристик ОГЧ.

Сущность изобретения поясняется чертежами (фиг.1 - 3). На фиг.1 представлена схема незарифованного парашюта, на фиг.2 - схема зарифованного парашюта На фиг.3 - развертка купола парашюта на плоскость, где показаны диаметр купола D_к и диаметр отверстия d_p стабилизирующего кольца в месте расположения пояса рифления. Расчет диаметра d_p проведен с использованием длины 1_р пояса рифления, указанной в формуле изобретения.

Парашют состоит из круглого тканевого купола 1, стабилизирующего кольца 2, пояса рифления 3, уложенного в кольцевую кулису 4, которая закреплена на кольце 2, строп 5. Длина пояса рифления 3 (см. фиг.2) принята из рекомендуемого диапазона, указанного в формуле изобретения 1_р=(4,0... 4,2)(Кd_вх/D_к-0,18)D_к, и обеспечивает парашюту заданные характеристики для торможения и стабилизации ОГЧ конкретной массы. Пояс рифления 3 уложен в кольцевую кулису 4 для симметричного рифления стабилизирующего кольца 2 и придания куполу симметричной формы. Наличие кулисы 4 обеспечивает фиксацию пояса рифления 3 относительно входного отверстия стабилизирующего кольца, повышает надежность функционирования пояса рифления. Расстояние до пояса рифления 3 от входного отверстия кольца 2 выполнено равным 0,2...0,5 ширины b стабилизирующего незарифованного кольца 2 (см. фиг.1).

Функционирование предлагаемого парашюта для ОГЧ PC происходит следующим образом. В заданной точке траектории полета PC отделяют ОГЧ от реактивного двигателя. После отделения в начальный момент времени ОГЧ за счет начальных возмущений при разделении совершает нестабилизированный полет. Затем в набегающий поток воздуха вводят парашют с тканевым куполом 1, происходит его наполнение и полное раскрытие. Стабилизирующее кольцо 2 раскрытого парашюта увеличивает величину стабилизирующего момента парашюта относительно центра тяжести ОГЧ, которая начинает совершать затухающие колебания и стабилизироваться. За счет выполнения требуемой длины пояса рифления 3 кольца 2 парашюта, а следовательно, диаметра отверстия зарифованного кольца d_p обеспечивают заданный (уменьшенный) коэффициент лобового сопротивления парашюта, от которого зависят скорость и угол приземления ОГЧ у цели. Кольцевая кулиса 4 пояса рифления 3 обеспечивает ему надежность функционирования при раскрытии купола 1 парашюта и в полете. В частном случае конструктивного исполнения парашюта пояс рифления выполнен в виде капроновой ленты Такое исполнение позволяет обеспечить плавное изменение формы стабилизирующего кольца, а следовательно, симметричность купола, а также снизить динамические нагрузки в момент ввода парашюта в поток.

Экспериментально выбранные параметры пояса рифления 3 парашюта обеспечивают устойчивое затухание колебаний продольной оси ОГЧ до нулевого угла атаки. Происходит устойчивый полет ОГЧ по заранее известной расчетной траектории.

Выбранные параметры предлагаемого парашюта обеспечивают конкретной ОГЧ заданный угол между ее продольной осью и вертикалью, заданную скорость у цели, что в совокупности обеспечивает заданную эффективность, надежность функционирования. Предлагаемая конструкция парашюта позволяет его унифицировать и использовать для различных по массе и габаритам ОГЧ PC.

В настоящее время разработано изделие, в котором благодаря предложенному техническому решению, обеспечена надежность функционирования ОГЧ реактивного снаряда и заданные характеристики эффективности, надежное парирование больших углов атаки при отделении от двигателя реактивного снаряда, снижена трудоемкость изготовления. Стендовые испытания показали на надежность функционирования, обеспечение необходимой устойчивости ОГЧ и заданного коэффициента лобового сопротивления парашюта.

В настоящее время разработана рабочая документация на предлагаемый парашют для торможения и стабилизации ОГЧ, проведены летные испытания с положительным результатом.