Результат интеллектуальной деятельности: ГОЛОВНАЯ ЧАСТЬ РЕАКТИВНОГО СНАРЯДА ЗАЛПОВОГО ОГНЯ

Изобретение относится к области ракетной техники, а именно к реактивным снарядам (PC) систем залпового огня.

Объект изобретения представляет собой головную часть (ГЧ) реактивного снаряда залпового огня повышенной боевой эффективности, снаряженную жидким наполнителем на основе нефтепродуктов.

Реактивные системы залпового огня (РСЗО) успешно применяются для борьбы со многими площадными целями. Высокая эффективность поражения площадных целей достигается за счет ведения залповой стрельбы, позволяющей за короткое время нанести массированный удар большим количеством снарядов, и за счет большой массы полезной нагрузки, расположенной в головной части, способной причинить существенный урон на значительной площади.

Обеспечение большой площади поражения одним снарядом РСЗО возможно различными способами, одним из которых является применение реактивных снарядов залпового огня с головными частями, снаряженными жидким наполнителем на основе нефтепродуктов. Так, известен вариант головной части реактивного снаряда, представляющей собой корпус-бак, снаряженный жидким наполнителем на основе нефтепродуктов и устройством для разбрасывания и воспламенения наполнителя с корпусом в виде тонкостенного цилиндрического стакана, установленного вдоль продольной оси головной части (патент РФ №2174670), принятый авторами за аналог.

Задачей данного технического решения являлась разработка головной части, снаряженной жидким наполнителем и устройством для его разбрасывания и воспламенения, позволяющей повысить эффективность огневого поражения. Недостатком данной конструкции является невозможность ее эксплуатации при высоких сверхзвуковых скоростях полета, так как в этом случае корпус головной части подвержен интенсивному аэродинамическому нагреву, вследствие чего недопустимо повышается температура жидкого наполнителя, что в свою очередь может привести к преждевременной детонации головной части.

Общими признаками с предлагаемой авторами головной частью являются наличие в конструкции аналога корпуса головной части, жидкого наполнителя на основе нефтепродуктов и устройства для разбрасывания и воспламенения наполнителя, установленного вдоль продольной оси головной части.

Известна также головная часть по патенту РФ №2357197, которая принята авторами в качестве прототипа. Эта головная часть содержит корпус, снаряженный жидким наполнителем контейнер, размещенный в корпусе головной части с зазором и скрепленный с ним передним торцом, а также устройство разбрасывания и воспламенения наполнителя, состоящее из тонкостенной оболочки и метательного заряда, размещенное вдоль продольной оси головной части. В корпусе головной части, со стороны обращенной к двигательной установке PC расположено заднее дно, которое может являться как элементом головной части, так и элементом двигательной установки.

Задачей данного технического решения являлось создание головной части с повышенной эффективностью фугасного действия для высокоскоростных сверхзвуковых ракет.

Общими признаками с предлагаемой авторами головной частью являются наличие в прототипе корпуса головной части с задним дном, установленного в корпусе с зазором, скрепленного с ним передним торцом контейнера с жидким наполнителем на основе нефтепродуктов и размещенного внутри контейнера вдоль его продольной оси устройства разбрасывания и воспламенения наполнителя, состоящего из оболочки и метательного заряда.

Головная часть, принятая за прототип, функционирует следующим образом. При выстреле из направляющей боевой машины, реактивный снаряд, оснащенный головной частью с жидким наполнителем, совершает полет по баллистической траектории с высокими сверхзвуковыми скоростями. В процессе движения корпус ракеты испытывает интенсивный аэродинамический нагрев. Для исключения преждевременной детонации жидкого наполнителя, вследствие его аэродинамического нагрева, он размещен в цилиндрическом контейнере, установленном в корпусе головной части с зазором и тем самым теплоизолированном от нагретой стенки корпуса головной части. При подходе реактивного снаряда к цели происходит ее поражение за счет срабатывания головной части. При этом происходит воспламенение метательного заряда устройства разбрасывания и воспламенения наполнителя, в результате чего корпус контейнера и головной части разрушается, а жидкий наполнитель разбрасывается и воспламеняется. Однако данная конструктивная схема головной части не позволяет обеспечить выполнение современных требований по точности доставки боеприпаса к цели. Связано это с тем, что конструкция данного типа головных частей предусматривает консольное закрепление контейнера с жидким наполнителем по переднему торцу. При этом контейнер имеет значительное относительное удлинение, свойственное для головных частей снарядов РСЗО, и его задний торец может совершать свободные поперечные колебания под действием знакопеременных поперечных аэродинамических и вибрационных нагрузок, возникающих в процессе движения реактивного снаряда по траектории. Результатом возникающих свободных поперечных колебаний контейнера с жидким наполнителем является непрогнозируемое изменение инерционно-массового эксцентриситета головной части и снаряда в целом, отрицательно сказывающееся на характеристиках кучности и точности стрельбы. Кроме того, при выполнении оболочки устройства для разбрасывания и воспламенения наполнителя в виде тонкостенного цилиндра постоянной толщины, выброс всей массы жидкого наполнителя, при воспламенении метательного заряда, происходит практически одновременно, что не обеспечивает оптимальной концентрации наполнителя в образующейся мелкодисперсной смеси с кислородом воздуха, в результате чего снижается энергетика сгорания наполнителя и соответственно эффективность применения боеприпаса.

В отличие от прототипа, в головной части реактивного снаряда залпового огня, содержащей корпус с задним дном, установленный в корпусе с зазором и скрепленный с ним передним торцом цилиндрический контейнер, заполненный жидким наполнителем на основе нефтепродуктов, и размещенное внутри контейнера вдоль его продольной оси устройство для разбрасывания и воспламенения наполнителя, состоящее из оболочки и метательного заряда, контейнер с жидким наполнителем задним торцом скреплен с оболочкой устройства разбрасывания и воспламенения наполнителя, которая в свою очередь закреплена в заднем дне головной части, а оболочка устройства разбрасывания и воспламенения наполнителя выполнена переменной толщины от δ_min до δ_max, где отношение толщин составляет (0,05…0,3), причем наибольшая толщина оболочки располагается в районе переднего торца контейнера.

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

Задачей предлагаемого изобретения является создание головной части реактивного снаряда залпового огня, снаряженной жидким наполнителем на основе нефтепродуктов, обладающей повышенной боевой эффективностью за счет повышения точности доставки боеприпаса к цели и оптимизации зоны рассеивания наполнителя и его концентрации в образующейся мелкодисперсной горючей смеси с кислородом воздуха.

Указанный технический результат достигается тем, что в головной части реактивного снаряда залпового огня, содержащей корпус с задним дном, установленный в корпусе с зазором и скрепленный с ним передним торцом цилиндрический контейнер, заполненный жидким наполнителем на основе нефтепродуктов, и размещенное внутри контейнера вдоль его продольной оси устройство для разбрасывания и воспламенения наполнителя, состоящее из оболочки и метательного заряда, согласно изобретению контейнер с жидким наполнителем задним торцом скреплен с оболочкой устройства разбрасывания и воспламенения наполнителя, которая в свою очередь закреплена в заднем дне головной части, а оболочка устройства разбрасывания и воспламенения наполнителя выполнена переменной толщины от δ_min до δ_max, где отношение толщин составляет (0,05…0,3), причем наибольшая толщина оболочки располагается в районе переднего торца контейнера.

Новая совокупность конструктивных элементов, а также наличие связей между деталями головной части реактивного снаряда залпового огня позволяют, в частности, за счет выполнения:

- скрепления контейнера с оболочкой устройства разбрасывания и воспламенения наполнителя, которая в свою очередь закреплена в заднем дне головной части, исключить возможность возникновения свободных поперечных колебаний контейнера с жидким наполнителем внутри корпуса головной части, тем самым существенно снизить инерционно-массовый эксцентриситет головной части и снаряда в целом, за счет чего повысить точность доставки головной части к цели. При закреплении контейнера с жидким наполнителем консольно по переднему торцу, в процессе полета могут возникать свободные поперечные колебания контейнера относительно корпуса головной части под действием знакопеременных поперечных перегрузок и вибраций. Амплитуда возникающих колебаний в значительной степени зависит от длины консольно закрепленного контейнера (чем больше длина, тем больше амплитуда колебаний). Для обеспечения высокой боевой эффективности реактивного снаряда, снаряженного жидким наполнителем, целесообразно иметь головную часть большого относительного удлинения (до 12 калибров, смотри например патент №2154799). Это позволяет разместить в заданном калибре максимальную массу полезной нагрузки. При этом контейнер с жидким наполнителем также имеет большое относительное удлинение. При консольном закреплении контейнера по переднему торцу, его задний торец может совершать колебания с достаточно большой амплитудой (до 0,07 калибра). Подобные колебания приводят к непрогнозируемому изменению инерционно-массового эксцентриситета головной части и снаряда в целом. Кроме того, в конструкции головных частей данного типа предусмотрено наличие воздушной полости в контейнере с жидким наполнителем, необходимой для компенсации температурного расширения наполнителя (смотри, например, патенты РФ №2174669 и №2357193). Это обстоятельство позволяет жидкому наполнителю перемещаться внутри контейнера в процессе колебаний, тем самым еще более увеличивая инерционно-массовый эксцентриситет, а при превышении некоторого критического значения амплитуды колебаний может привести к возникновению гидродинамического удара, влекущего за собой деформацию, или преждевременное разрушение контейнера и головной части в процессе движения по траектории. Выполнение конструкции головной части, в которой контейнер с жидким наполнителем скреплен передним торцом с корпусом головной части, а задним торцом с оболочкой устройства разбрасывания и воспламенения наполнителя, которая в свою очередь закреплена в заднем дне головной части, позволяет обеспечить надежное крепление контейнера, исключающее возможность возникновения его поперечных колебаний под действием знакопеременных поперечных аэродинамических перегрузок и вибраций, что позволяет существенно снизить величину инерционно-массового эксцентриситета головной части и снаряда в целом, связанного с возможным перемещением контейнера внутри корпуса головной части и перемещением жидкого наполнителя внутри контейнера. Это обстоятельство в свою очередь обеспечивает надежную работоспособность конструкции и высокую точность доставки головной части к цели.

- оболочки устройства разбрасывания и воспламенения наполнителя переменной толщины от δ_min до δ_max, где отношение толщин составляет (0,05…0,3), и выполнения наибольшей толщины оболочки в районе переднего торца контейнера, обеспечить в процессе срабатывания головной части разбрасывание жидкого наполнителя с образованием облака мелкодисперсной смеси в наибольшем объеме с оптимальной концентрацией жидкого наполнителя и кислорода воздуха, тем самым достигнуть максимальной энергетики сгорания наполнителя и увеличить зону поражения, а следовательно, и боевую эффективность. При выполнении устройства разбрасывания и воспламенения наполнителя с оболочкой, имеющей постоянную толщину стенки, в процессе воспламенения метательного заряда происходит ее разрушение по всей длине за короткий промежуток времени. В результате этого, под действием избыточного давления продуктов сгорания, происходит одновременное по всей длине разрушение стенок корпуса контейнера и головной части, жидкий наполнитель выбрасывается в атмосферу, где, смешиваясь с кислородом воздуха, образует облако мелкодисперсной горючей смеси, которая воспламеняется от контакта с продуктами сгорания метательного заряда. Форма облака мелкодисперсной смеси близка к цилиндрической и имеет длину, приблизительно равную длине контейнера с жидким наполнителем. При этом концентрация жидкого наполнителя в образовавшемся облаке оказывается выше, а концентрация кислорода ниже оптимальной, что не обеспечивает максимальной энергетики сгорания жидкого наполнителя. Увеличение концентрации кислорода в образующемся облаке мелкодисперсной смеси возможно путем увеличения размеров облака (его диаметра или длины). Увеличение диаметра облака возможно путем увеличения скорости разбрасывания жидкого наполнителя, но для этого необходимо применение более мощного метательного заряда в устройстве разбрасывания и воспламенения, что соответственно приведет к увеличению габаритов и массы этого устройства и уменьшению массы жидкого наполнителя при сохранении общих габаритов и массы головной части. В результате этого увеличения боевой эффективности головной части, несмотря на оптимизацию процесса сгорания жидкого наполнителя, не происходит. Увеличение длины облака возможно путем увеличения времени его формирования за счет растянутого во времени процесса разрушения корпуса головной части и контейнера в процессе движения по траектории. Выполнение конструкции устройства разбрасывания и воспламенения наполнителя с оболочкой переменной толщины позволяет обеспечить последовательное разрушение корпуса головной части и контейнера. В этом случае при воспламенении метательного заряда в устройстве разбрасывания и воспламенения наполнителя, разрушение его оболочки будет происходить последовательно, от участка стенки с наименьшей толщиной (δ_min) до участка стенки с наибольшей толщиной (δ_max). Связано это с тем, что для разрушения стенок оболочки, имеющих большую толщину, требуется большее избыточное давление продуктов сгорания метательного заряда, на достижение которого требуется больший промежуток времени. Так как головная часть в процессе разрушения от действия избыточного давления продуктов сгорания метательного заряда устройства разбрасывания и воспламенения наполнителя движется по траектории в направлении цели, то разрушение необходимо начинать с заднего торца контейнера. Следовательно, устройство разбрасывания и воспламенения наполнителя должно иметь оболочку с наименьшей толщиной стенки в районе заднего торца и наибольшей толщиной в районе переднего торца контейнера. При этом за счет движения головной части по траектории она за время разрушения преодолевает расстояние, способное на 20-30% увеличить длину зоны формирования облака мелкодисперсной горючей смеси. Минимальная толщина стенки оболочки устройства разбрасывания и воспламенения наполнителя (δ_min) выбирается из конструктивных соображений и условия обеспечения запаса прочности под воздействием осевых и поперечных полетных перегрузок. Максимальная толщина стенки выбирается исходя из условия обеспечения необходимого времени разрушения корпуса головной части. При этом должно соблюдаться соотношение отношение . Увеличение соотношения , как показывает экспериментальная практика, является нецелесообразным, так как время разрушения корпуса головной части становится очень мало и головная часть за это время не успевает сколь-либо существенно продвинуться по траектории. В результате этого ожидаемый положительный эффект незначителен. Уменьшение соотношения приводит к чрезмерному увеличению времени разрушения корпуса головной части, в результате чего положительный эффект исчезает, так как происходит снижение концентрации жидкого наполнителя в образующейся мелкодисперсной смеси, ведущее к снижению энергетики ее сгорания. Кроме того, чрезмерное увеличение максимальной толщины стенки оболочки (δ_max) ведет к уменьшению массы жидкого наполнителя, размещенного в контейнере, при соблюдении общих габаритно-массовых параметров головной части. Оба этих обстоятельства препятствуют повышению боевой эффективности рассматриваемого боеприпаса.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг.1 изображен общий вид головной части реактивного снаряда залпового огня с контейнером, снаряженным жидким наполнителем на основе нефтепродуктов, и устройством разбрасывания и воспламенения наполнителя.

Головная часть состоит из корпуса (1) с задним дном (2), установленного с зазором в корпусе (1) цилиндрического контейнера (3), заполненного жидким наполнителем на основе нефтепродуктов (4) и устройства для разбрасывания и воспламенения наполнителя (5). Цилиндрический контейнер (3) с жидким наполнителем (4) консольно закреплен передним торцом к обечайке корпуса (1). Внутри контейнера (3), вдоль его продольной оси, установлено устройство для разбрасывания и воспламенения наполнителя (5), состоящее из оболочки (6) и метательного заряда (7). Оболочка (6) устройства разбрасывания и воспламенения наполнителя (5) скреплена с задним торцом контейнера (3) и задним дном (2) головной части. Такое крепление позволяет избежать возникновения колебаний контейнера (3) с жидким наполнителем (4) под действием знакопеременных поперечных аэродинамических перегрузок и вибраций. Устройство разбрасывания и воспламенения наполнителя (5) состоит из оболочки (6), имеющей переменную толщину от δ_min до δ_max и метательного заряда (7), предназначенного для создания избыточного давления, необходимого для разрушения корпуса (1) и контейнера (3), разбрасывания жидкого наполнителя (4) и его воспламенения.

Предлагаемая головная часть работает следующим образом. При движении головной части в составе снаряда по траектории на нее действуют знакопеременные поперечные аэродинамические и вибрационные нагрузки. Под действием этих сил контейнер (3) с жидким наполнителем (4), установленный в корпусе (1) головной части, стремится совершать колебательные движения в поперечной плоскости. Скрепление контейнера (3) с оболочкой (6) устройства разбрасывания и воспламенения наполнителя (5), которая в свою очередь закреплена в заднем дне (2) головной части, позволяет свести колебательные процессы к минимуму, тем самым существенно снизив инерционно-массовый эксцентриситет головной части и снаряда в целом. При подходе к цели происходит воспламенение метательного заряда (7) в устройстве разбрасывания и воспламенения наполнителя (5), в результате чего, под действием избыточного давления продуктов сгорания, происходит разрушение его оболочки (6), корпуса контейнера (3) и корпуса (1) головной части. Жидкий наполнитель (4) выбрасывается в атмосферу, где смешивается с кислородом воздуха и образует мелкодисперсную смесь, которая воспламеняется от продуктов сгорания метательного заряда (7). При этом за счет выполнения оболочки (6) устройства разбрасывания и воспламенения наполнителя (5) переменной толщины от δ_min до δ_max ее разрушение растягивается во времени и идет постепенно от стенки с минимальной толщиной к стенке с максимальной толщиной. В результате этого головная часть успевает продвинуться по траектории на некоторое расстояние. Устройство разбрасывания и воспламенения наполнителя (5) установлено в корпусе контейнера (3) таким образом, что наибольшая толщина оболочки (6) находилась в районе переднего торца контейнера (3). Такой способ установки позволяет обеспечить последовательное разрушение корпуса головной части от заднего дна к переднему, что ведет к увеличению длины образующегося облака мелкодисперсной смеси. Увеличение длины облака мелкодисперсной смеси позволяет обеспечить оптимальную концентрацию в нем наполнителя и кислорода воздуха для получения максимальной энергетики их сгорания, что в свою очередь позволяет повысить эффективность применения головных частей данного типа.

Указанный положительный эффект подтвержден большим объемом стендовых экспериментов и натурных летных испытаний реактивных снарядов, оснащенных головными частями, выполненными в соответствии с предполагаемым изобретением.

В настоящее время ведется разработка рабочей конструкторской документации, намечено серийное производство головных частей предлагаемой конструкции.