Результат интеллектуальной деятельности: КАССЕТНАЯ ГОЛОВНАЯ ЧАСТЬ СВЕРХЗВУКОВОГО РЕАКТИВНОГО СНАРЯДА

Изобретение относится к области ракетной техники, а именно к головным частям реактивных снарядов (ракет).

Объект изобретения представляет собой кассетную головную часть сверхзвукового реактивного снаряда и может найти широкое применение в области ракетной техники.

В последнее время одним из основных путей повышения боевой эффективности стало использование разделяющихся на траектории реактивных снарядов (см. например, Гогин В., Федосеев А. Перспективы развития реактивных систем залпового огня. - “Зарубежное военное обозрение”, №1, 1995 г. или Анисимов В. Боеприпасы с высокоточными боевыми элементами. - “Зарубежное военное обозрение”, №11, 1994 г.), обеспечивающих эффективное поражение живой силы, небронированной и бронированной техники. В этих реактивных снарядах благодаря вертикализации траектории при подходе боевой части к цели достигается многократное повышение боевой эффективности по сравнению с традиционными снарядами с баллистической траекторией.

Так, известны конструкции боеприпасов, защищенные патентами США №3946672, №3491689, №3636877. Данные конструкции представляют собой реактивные снаряды, в состав которых входят отделяемая головная часть и устройство разделения.

Задачей данного технического решения являлось повышение боевой эффективности за счет увеличения угла подхода к цели отделившейся головной (боевой) части без исключения возможности ее соударения с двигателем.

Общими признаками с предлагаемой авторами конструкцией кассетной головной части является наличие в составе аналогов отделяемой головной (боевой) части и устройства разделения (вскрытия).

Существенным недостатком данных конструкций является возможность соударения отделившейся головной части или суббоеприпасов с реактивным двигателем. В результате такого соударения изменяется заданная траектория движения отделившейся головной части или выходят из строя система торможения и стабилизации, приборное оснащение.

Этот недостаток обусловлен отсутствием устройства разведения (увода), способствующего формированию у головной части или суббоеприпаса автономной траектории полета.

Наиболее близким по технической сути и достигаемому техническому результату является кассетная головная часть реактивного снаряда по патенту США №3384016 (см. реферативный журнал “Вооружение”, 1969, №14, 14.74.37 П.), принятая авторами за прототип. Она включает в себя оболочку с последовательно установленными суббоеприпасами и устройства разделения (вскрытия) и увода реактивного двигателя с траектории отделившейся головной части.

В данной ракете в одной точке поверхности корпуса реактивного двигателя (асимметрично относительно оси) размещен кумулятивный заряд. При его подрыве в корпусе реактивного двигателя образуется отверстие и создается боковая сила, вектор которой пересекается с осевой линией корпуса в центре тяжести, благодаря чему реактивный двигатель смещается с траектории полета боевой части.

Существенными недостатками данной конструкции являются:

- отсутствие надежного предотвращения соударения разделяемых отсеков в течение всего полета ракеты, в частности на пассивном участке траектории;

- высокая стоимость и сложность.

Задачей данного технического решения являлось предотвращение соударения отделившейся головной части и реактивного двигателя за счет формирования автономной траектории при увеличении стоимости и сложности конструкции.

Общими признаками с предлагаемой конструкцией кассетной головной части является наличие в составе прототипа оболочки с последовательно установленными суббоеприпасами и устройств вскрытия и увода.

В отличие от прототипа в предлагаемой кассетной головной части устройство увода выполнено в виде комбинации двух плоских опор, площадь одной в 1,4...2,5 раза превышает площадь другой, при этом поверхность меньшей опоры перпендикулярна продольной оси головной части, а большей - отклонена от нее на угол 99-107 градусов, причем суббоеприпасы выполнены с центром масс, расположенным на расстоянии, равном 0,29-0,56 длины суббоеприпаса от его заднего торца.

Это позволяет сделать вывод о наличии причинно-следственной связи между совокупностью существующих 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 кассетной головной части сверхзвукового реактивного снаряда, обеспечивающей повышенную надежность функционирования суббоеприпасов за счет исключения возможности их соударения с реактивным двигателем после выброса в течение всего полета без увеличения стоимости и усложнения конструкции.

Указанный технический результат достигается тем, что в кассетной головной части сверхзвукового реактивного снаряда, содержащей оболочку с последовательно установленными в ней суббоеприпасами и устройства вскрытия и увода, согласно изобретению устройство увода выполнено в виде комбинации двух плоских опор, площадь одной в 1,4...2,5 раза превышает площадь другой, при этом поверхность меньшей опоры перпендикулярна продольной оси головной части, а большей - отклонена от нее на угол 99-107 градусов, причем суббоеприпасы выполнены с центром масс, расположенным на расстоянии, равном 0,29-0,56 длины суббоеприпаса от его заднего торца.

Новая совокупность конструктивных элементов, а также наличие связей между узлами реактивного снаряда позволяют, в частности, за счет:

- выполнения устройства увода в виде комбинации двух плоских опор, площадь одной из которых в 1,4...2,5 раза превышает площадь другой, при этом поверхность меньшей опоры перпендикулярна продольной оси головной части, а большей - отклонена от нее на угол 99-107 градусов, обеспечить придание суббоеприпасам в момент ввода их в воздушный поток первоначального угла атаки и, как следствие, начальной угловой экваториальной скорости и боковой скорости, позволяющих изменить направление суммарного вектора скорости суббоеприпасов и обеспечить их выброс за пределы кассеты;

- выполнения суббоеприпасов с центром масс, расположенным на расстоянии, равном 0,29-0,56 длины суббоеприпаса от его заднего торца, обеспечить автономное движение суббоеприпаса с балансировочным углом атаки 20...30 градусов, что приводит к сохранению боковой составляющей скорости движения суббоеприпаса и, как следствие, гарантированному уводу его с траектории двигателя и предотвращению соударения.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид предлагаемой конструкции кассетной головной части, на фиг.2 - вид снаряда в момент вскрытия кассетной головной части (снятие оболочки с суббоеприпасов, расположенных на устройстве увода) с действующими на суббоеприпасы аэродинамическими силами и моментами, на фиг.3 - сечение головной части поперечной плоскостью, проходящей через стык между суббоеприпасом и поверхностью плоской опоры устройства увода, на фиг.4 - вид снаряда в момент поворота суббоеприпаса на устройстве увода, на фиг.5 - график зависимости вероятности соударения Р_с суббоеприпасов с элементами реактивного двигателя от величины относительной центровки суббоеприпаса Х_ЦМ/L_СБП (отношения координаты центра масс суббоеприпаса к его длине).

Предлагаемая кассетная головная часть содержит оболочку 1, устройство вскрытия 3, выполненное, например, в виде порохового заряда 5 и поршня 4, суббоеприпасы 2, последовательно установленные в оболочке 1 на поверхности 9 меньшей опоры 7 устройства увода 6, состоящего из комбинации двух плоских опор 7 и 8. Поверхность 9 меньшей опоры 7 перпендикулярна продольной оси 12 головной части, а поверхность 10 большей опоры 8 отклонена на угол δ=99-107 градусов от продольной оси 12 (фиг.1). При этом продольная ось суббоеприпасов совпадает с продольной осью головной части 12, а в сборе головной части с двигателем 11 - с продольной осью снаряда (фиг.2).

Работа конструкции происходит следующим образом.

После запуска снаряда в заданный момент времени на траектории срабатывает устройство вскрытия 3 и оболочка 1 головной части отстреливается вперед по ходу снаряда, открывая при этом суббоеприпасы 2, которые оказываются в набегающем потоке воздуха (фиг.2). На суббоеприпасы начинает действовать аэродинамическая сила лобового сопротивления X. В связи с тем что площадь S₁ поверхности 9 опоры 7, на которой установлены суббоеприпасы, меньше в 1,4...2,5 раза площади S₂ поверхности 10 опоры 8, геометрическая ось суббоеприпаса, вдоль которой действует сила X, не проходит через поверхность 9 (фиг.2). При этом линия действия силы Х расположена на некотором расстоянии “а” от линии 13 сопряжения поверхностей 9 и 10 опор 7 и 8 соответственно (фиг.2, 3). Под действием момента М_ВР=Х×а суббоеприпасы начинают поворачиваться в сторону поверхности 10 опоры 8 и устанавливаются на поверхности 10 опоры 8 под углом атаки α=9...17 градусов (фиг.4), который равен разности между угловым положением поверхностей 10 и 9 опор 8 и 7. Под действием возникающей аэродинамической подъемной силы У_СБП (фиг.4), равной где q - скоростной напор; S_СБП - площадь миделя суббоеприпаса; - производная коэффициента подъемной силы по углу атаки; α - угол атаки, суббоеприпасы получают дополнительную боковую скорость V_БОК, обеспечивающую выход их за калибр реактивного двигателя (фиг.4).

Проведенные экспериментальные исследования показали, что при отношении площадей S₁ и S₂ (фиг.3) поверхностей 10 и 9 опор 8 и 7 S₂/S₁ меньше 1,4 работа устройства увода становится неэффективной. Так как при этом вследствие малости момента М_вр увеличивается время поворота суббоеприпаса, а следовательно, резко снижается его боковая скорость, что приводит к увеличению вероятности соударения суббоеприпаса с двигателем 11. При отношении площадей поверхностей опор S₂/S₁ больше 2,5 возможна деформация суббоеприпаса 2 в месте контакта его с опорой 7 и, следовательно, заклинивание его в оболочке 1 в момент вскрытия вследствие малости площади контактной поверхности 9, на которой распределяется нагрузка от воздействия поршня 4.

В результате конструктивной проработки было установлено, что для сверхзвуковых скоростей полета при угле отклонения поверхности 10 опоры 8 от продольной оси 12 меньше 99 градусов скорость перемещения суббоеприпаса в боковом направлении практически равна нулю. Это связано с увеличением силы трения скольжения при перемещении опорной поверхности суббоеприпаса по поверхности 10 опоры 8 вследствие увеличения силы нормального давления, прижимающей трущиеся поверхности F_НОРМ=X×СOS(α) (фиг.4). При углах отклонения поверхности 10 опоры 8 от продольной оси 12 больше 107 градусов вследствие изменения направления аэродинамической подъемной силы У_СБП, боковая составляющая скорости суббоеприпаса уменьшается, что также приводит к снижению эффективности работы устройства увода.

После потери контакта с устройством увода суббоеприпас совершает автономный полет, но находится в непосредственной близости от отделившегося двигателя 11. При относительной центровке суббоеприпаса Х_ЦМ/L_СБП (фиг.2), превышающей 0,56, суббоеприпас, движущийся со сверхзвуковой скоростью, быстро стабилизируется, в результате чего балансировочный угол атаки становится близким к нулю. При этом вследствие незначительной величины боковой составляющей скорости суббоеприпаса он длительное время движется рядом с двигателем 11 на расстоянии, не превышающем 1...3 калибров, что может привести к соударению суббоеприпаса с элементами конструкции двигателя 11 (например, с оперением) (фиг.5).

При относительной центровке суббоеприпаса Х_ЦМ/L_СБП меньше 0,29 вследствие существенной неустойчивости суббоеприпас сразу после потери контакта с устройством увода совершает один или несколько оборотов вокруг поперечной оси и вследствие увеличения лобового сопротивления быстро теряет сообщенную ему боковую скорость. Это также может привести к соударению (фиг.5).

Изобретение может быть использовано при разработке реактивных снарядов с кассетными головными частями различных типов.

Указанный положительный эффект подтвержден испытаниями опытных образцов реактивных снарядов с кассетной головной частью, выполненной в соответствии с изобретением.

В настоящее время разработана конструкторская документация, проведены летные испытания, намечено серийное производство кассетных головных частей.