Результат интеллектуальной деятельности: ВРАЩАЮЩАЯСЯ ПО КРЕНУ РАКЕТА В КОНТЕЙНЕРЕ

Предлагаемое изобретение относится к области ракетной техники и предназначено для применения в ракетах, запускаемых из контейнера и вращающихся в полете.

Во многих снарядах и ракетах стабилизация полета по траектории осуществляется за счет их вращения вокруг продольной оси (по крену). В момент пуска производится первоначальное закручивание ракеты по крену, которое осуществляется различными способами в зависимости от конструкции и класса ракеты.

Известна ракета, стабилизированная вращением, (патент 2070715, RU) принятая за прототип, содержащая размещенные в пусковом контейнере из композиционного материала маршевую ступень и ракетный двигатель. На наружной поверхности двигателя под углом к продольной оси ракеты закреплены резцы. На внутреннюю поверхность контейнера нанесен мягкий подслой из полимерного материала. Резцы своими режущими кромками находятся в зацеплении с мягким подслоем контейнера. Во время движения ракеты - маршевой ступени с ракетным двигателем, - по контейнеру при пуске производится первоначальное закручивание ее по крену (вокруг продольной оси) за счет взаимодействия косопоставленных резцов с мягким подслоем.

Обеспечение современных потребностей по увеличению дальности полета ракеты и повышению могущества ее боевой части приводит к росту массы и калибра маршевой ступени, массы ракетного двигателя. Это приводит к резкому возрастанию момента инерции ракеты относительно ее продольной оси, что вызывает возрастание нагрузок в зацеплении "режущая кромка резца - мягкий подслой". Прочность мягкого подслоя оказывается недостаточной, т.е. происходит разрушение мягкого подслоя в зоне контакта и, как следствие, не обеспечивается необходимая скорость вращения ракеты по крену на выходе из контейнера.

Кроме того, наличие мягкого подслоя на внутренней поверхности контейнера усложняет технологический процесс его изготовления.

При взаимодействии резца с силовым слоем контейнера из композиционного материала на основе стекловолокна происходит абразивный, а при высоких скоростях движения ракеты - катастрофический износ режущей кромки. Нарушается взаимодействие ракета - контейнер и, как следствие, не обеспечивается необходимая скорость вращения ракеты по крену на выходе из контейнера.

Задачей предлагаемого изобретения является обеспечение необходимой скорости вращения ракеты по крену на выходе из контейнера и при этом упрощение технологического процесса изготовления контейнера.

Решение поставленной задачи достигается тем, что вращающаяся по крену ракета в контейнере, выполненном из композиционного материала, содержащая ракетный двигатель с блоком стабилизаторов, снабжена роликами, равномерно распределенными по длине окружности и установленными посредством осей на ее корпусе, при этом ролики закреплены под одинаковым углом относительно продольной оси ракеты в направлении ее вращения с возможностью взаимодействия с внутренней поверхностью контейнера своими зубьями с острым углом при вершине, выполненными на боковой поверхности роликов под углом относительно их торцов в направлении вращения ракеты.

Целесообразно разместить ролики в отверстиях выступов, выполненных на корпусе блока стабилизаторов, между торцами роликов и стенками отверстия выступов установить антифрикционные шайбы, а между роликом и осью установить втулку. Кроме того, зубья относительно торцов ролика целесообразно выполнять под углом величиной 10-45°.

При таком выполнении конструкции ракеты скорость перемещения зубьев ролика относительно контейнера в зоне взаимодействия равна нулю, т.е. имеет место квазистатическое силовое взаимодействие, где отсутствует износ. Т.о., возможно исключить материал малой прочности (мягкий подслой) с внутренней поверхности контейнера и получить безызносное взаимодействие зубьев ролика с контейнером из композиционного материала на основе стекловолокна.

Изложенная сущность предлагаемого изобретения поясняется графическими материалами, где на фиг.1 показано положение ракеты в контейнере, на фиг.2 - взаимодействие ролика с внутренней поверхностью контейнера, на фиг.3 - положение ролика относительно оси ракеты.

Вращающаяся по крену ракета в контейнере (фиг.1) содержит маршевую ступень 1 и ракетный двигатель 2 с закрепленным на нем блоком стабилизаторов 3, которые размещены в контейнере 4 из композиционного материала на основе стекловолокна. На корпусе 5 (фиг.2) блока стабилизаторов 3 (фиг.1) выполнены выступы 6 (фиг.2), в которых закреплены оси 7. На осях 7 в отверстиях 8 выступов 6 установлены ролики 9, которые своими зубьями 10 взаимодействуют с контейнером 4 (входят вершиной зуба во внутреннюю поверхность контейнера). Для обеспечения центральной симметрии относительно продольной оси ракеты силового взаимодействия «ракета - контейнер» ролики 9 и соответственно выступы 6 равномерно распределены по длине окружности. Между торцами ролика 9 (фиг.3) и стенками отверстия 8 выступа 6 установлены антифрикционные шайбы 12. Между осью 7 (фиг.2) и роликом 9 установлена втулка 11.

Отверстие 8 (фиг.3) и соответственно ролик 9 развернуты на угол α относительно продольной оси ракеты в направлении вращения ракеты. Угол α определяет направление движения ролика по контейнеру и тем самым скорость вращения ракеты на выходе из контейнера.

Зубья 10 на боковой поверхности ролика выполнены относительно торцов ролика под углом β. В зоне зацепления с контейнером зубья развернуты на этот угол в направлении вращения ракеты. Угол β совместно с углом установки роликов α определяет силовое взаимодействие зубьев ролика с контейнером.

При пуске включается ракетный двигатель 2 (фиг.1) который перемещает ракету - маршевую ступень 1 с ракетным двигателем 2 - по контейнеру 4. При движении ракеты вдоль контейнера 4 ролики 9 (фиг.3) перемещаются по внутренней поверхности контейнера (поскольку находятся в зацеплении с ним) по винтовой линии, соответствующей углу α установки роликов 9 относительно оси ракеты (и контейнера). Поскольку все ролики 9 установлены под одинаковым углом α, развернуты в одном направлении в сторону, необходимую для вращения ракеты по крену, закреплены на ракете и равномерно распределены по окружности, то ракета приходит во вращательное движение вокруг своей продольной оси при движении по контейнеру.

Скорость движения зубьев 10, выполненных на боковой поверхности роликов 9, определяется переносным движением - ракеты относительно контейнера, и относительным - вращением ролика 9 вокруг оси 7, и зависит от пространственного положения зубьев. В зоне зацепления в каждый момент времени скорость зубьев минимальна и равна нулю, т.е. в каждый момент времени происходит лишь вдавливание зубьев ролика во внутреннюю поверхность контейнера. Поскольку перемещения зубьев относительно контейнера (в зоне зацепления) нет, то нет и износа зубьев, т.е. в паре с материалом ролика можно применить композиционный материал на основе стекловолокна.

При движении ракеты на зубья 10 роликов 9 действует сила, направленная по нормали к поверхности, которая раскладывается на составляющие:

- силу, действующую вдоль оси 7 ролика 9 и прижимающую ролик торцом к стенке отверстия 8;

- силу, действующую по касательной к боковой поверхности ролика и приводящую ролик во вращательное движение относительно оси 7.

Величина этих составляющих зависит от угла α установки ролика и угла β разворота зубьев ролика.

Поскольку величина угла α установки роликов определяется потребной скоростью вращения ракеты и для каждого конкретного исполнения однозначна и изменению не подлежит, то потребное силовое и кинематическое взаимодействие ролика (зубьев ролика) с контейнером обеспечивает величина угла β.

При угле β=0° ролик взаимодействует с контейнером торцом, т.е. зубья на боковой поверхности ролика отсутствуют. В этом случае площадь в зоне взаимодействия ролик - контейнер, воспринимающая силу, приводящую ракету во вращение по крену, будет наибольшей, и следовательно, в материале в зоне взаимодействия возникают наименьшие напряжения. Но в этом случае сила, приводящая ролик во вращение вокруг оси, будет наименьшей, а силы, прижимающие ролик торцом к поверхности ракеты, наибольшие. Т.е. сопротивление вращению ролика, определяемое силами трения по торцам ролика и трением ролика об ось, будет наибольшим. А поскольку еще добавляется сила сопротивления вращению, возникающая от радиального обжатия роликов (от врезания ролика в контейнер), то силы, приводящей ролик во вращение относительно оси, оказывается недостаточно для преодоления сил сопротивления. Т.е. ролик может заклинить на оси. Т.о., угол β должен быть больше 0°.

При угле β=90° зубья на боковой поверхности ролика расположены по образующей. В этом случае при взаимодействии с контейнером боковая поверхность зубьев обеспечивает вращение ролика вокруг оси, а торцевая поверхность зубьев воспринимает нагрузку, возникающую от закрутки ракеты по крену. Площадь торцевой поверхности зубьев мала, и в этом случае возникают наибольшие напряжения. Поскольку потребная сила для вращения ролика вокруг оси много меньше усилия, необходимого для закрутки ракеты, то угол β целесообразно назначать много меньше 90°.

Высота зубьев выбирается исходя из необходимости надежного сцепления (взаимодействия) ролика с контейнером при движении ракеты по всей длине контейнера и должна быть равна или больше наименьшей глубины врезания (вдавливания) зубьев в контейнер и допусков на размеры контейнера и элементов ракеты. Но в то же время высоту зубьев определяют число зубьев, т.е. шаг выполнения зубьев на боковой поверхности ролика, и угол разворота зубьев β. При одном и том же числе зубьев чем меньше угол β, тем меньше высота зубьев. Поэтому в каждом конкретном случае задаются высотой зубьев, и исходя из того что число зубьев должно быть наибольшим, а угол β разворота зубьев относительно торца ролика - наименьшим (т.е. площадь, воспринимающая нагрузку от закрутки ракеты, - наибольшей), определяют число зубьев и угол β. Практически величина угла β лежит в пределах от 10 до 45°.

При старте ракеты ролик 9 прижимается, смещаясь вдоль оси 7, своим торцом к стенке отверстия 8 в выступе 6. Для уменьшения сопротивления вращению ролика между ним и стенкой отверстия 8 установлена антифрикционная шайба 12. Поскольку ролик 9 взаимодействует с контейнером боковой поверхностью, то, перекашиваясь на оси, он опирается другим торцом на другую стенку отверстия 8. Поэтому здесь также установлена антифрикционная шайба 12.

Повышение температуры в зоне скольжения ролик - ось может стать причиной утраты работоспособности пары скольжения, т.е. ролик может заклинить на оси. Тепловой режим работы пары скольжения зависит от удельного давления в зоне контакта и скорости скольжения. Уменьшение скорости скольжения можно обеспечить установкой между роликом 9 и осью 7 втулки 11 (фиг.2). Установка втулки также позволяет более равномерно распределить удельное давление в зоне скольжения.

Первые образцы предложенной конструкции ракеты показали, что реализовано безызносное взаимодействие ролика с контейнером из композиционного материала на основе стекловолокна. При этом наклонное расположение зубьев относительно торца ролика обеспечивает достаточную площадь взаимодействия ролика с контейнером для получения заданной скорости вращения ракеты по крену и потребное усилие для организации вращения ролика вокруг своей оси.