Результат интеллектуальной деятельности: Отделяемый боеприпас

Изобретение относится к области ракетной техники и может быть использовано при проектировании реактивных снарядов, ракет с отделяемыми боеприпасами (отделяемыми головными частями (ОГЧ), боевыми элементами (БЭ)).

Объект изобретения представляет собой отделяемый боеприпас (ОБ) повышенной эффективности со стабилизатором в виде парашюта.

Для повышения боевой эффективности ОБ за счет получения требуемого поражающего действия необходимо обеспечить парирование начальных угловых возмущений при отделении его 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 ОБ к грунту. Это связано с тем, что при его движении с балансировочным углом атаки появляется подъемная сила, которая приводит к изменению траектории движения. Устройство стабилизации и торможения ОБ должно обладать минимально возможной массой и габаритами.

Стабилизация ОБ возможна с помощью раскрывающихся стабилизаторов, например, идентичных как в снаряде М-21 ОФ (см. Боевая машина БМ-21. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. - М: Военное издательство МО СССР, 1977 г., с. 74-75). Стабилизатор содержит раскрывающиеся дугообразные лопасти.

Недостатком ОБ с таким стабилизатором является небольшой коэффициент лобового сопротивления, что не позволяет обеспечить требуемое торможение и вертикальный подход к грунту.

Наиболее компактными для торможения и стабилизации ОБ являются парашюты. Их преимущество по сравнению с раскрывающимися жесткими устройствами стабилизации увеличивается по мере увеличения веса ОБ. Наиболее распространенной формой купола парашюта является круглая.

Известна, например, конструкция спускаемого груза на парашюте (см. Р.А. Стасевич, Основы проектирования и расчет грузовых парашютных систем. Ленинградская военно-инженерная академия им. А.Ф. Можайского, 1969 г., с. 17), содержащая корпус с заостренной носовой частью, парашют с круглым куполом.

Для ОБ характерным является наличие угловых возмущений (угла атаки) в момент отделения от носителя, лежащих в пределах 0°…180°. Парашюты с круглым куполом широко используются для десантирования грузов, аппаратуры (V≈5…10 м/с). Ввод их происходит при малых углах атаки. Однако при наличии угла атаки они обладают недостаточными стабилизирующими свойствами, для них характерна раскачка в переходном режиме во время затухания колебаний корпуса груза или ОБ. Для повышения устойчивости такого парашюта его купол снабжен кольцевым поясом (см. Н.А. Лобанов. Основы расчета и конструирования парашютов. - изд. «Машиностроение», М., 1965 г., с. 71, фиг. 3.10).

Общими признаками с предлагаемой авторами конструкцией отделяемого боеприпаса является наличие в составе аналога цилиндрического корпуса, парашюта с круглым куполом, кольцевым поясом, соединенным посредством строп со стреньгой.

Скорость полета ОБ в момент ввода парашюта составляет свыше 200 м/с. Использование указанной конструкции парашюта для ОБ приводит к возникновению значительных динамических нагрузок в момент ввода. Одним из конструктивных решений, позволяющих уменьшить динамические нагрузки на парашют в момент ввода, является выполнение в куполе полюсного отверстия.

Также необходимо учитывать влияние геометрических параметров корпуса ОБ, формы носовой части, удлинение корпуса, взаимное влияние корпуса и парашюта в процессе динамики движения ОБ относительно центра тяжести при парировании начальных углов атаки.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому техническому результату является ОГЧ реактивного снаряда по патенту РФ №2176375 от 25.07.2002 г., МПК F42B 15/00, содержащая цилиндрический корпус с заостренной носовой частью, парашют с круглым куполом, полюсным отверстием и кольцевым поясом, соединенным посредством строп со стреньгой, принятая авторами за прототип.

Целью изобретения (прототипа) являлось создание ОГЧ реактивного снаряда с парашютом, имеющим круглый купол, повышенной боевой эффективности за счет получения минимальных габаритов и веса парашюта при обеспечении необходимой устойчивости и надежного парирования любых начальных угловых возмущений при отделении ОГЧ от реактивного двигателя.

В прототипе предложены оптимальные соотношения геометрических параметров парашюта, расстояния от донного среза корпуса до входного сечения кольцевого пояса для ОГЧ, корпус которой имеет цилиндрический корпус с заостренной формой носовой части, характерной практически для всех дальнобойных реактивных снарядов.

С целью повышения боевой эффективности БЭ и ряда ОГЧ применяют цилиндрические корпуса с притупленной формой носовой части, позволяющей увеличить объем и вес размещаемого в них поражающего вещества. Для таких форм корпусов небольшого удлинения характер обтекания воздушным потоком существенно отличается от характера обтекания корпусов с заостренной формой носовой части, что накладывает иные требования на выбор геометрических и конструктивных параметров парашюта.

Для повышения надежности функционирования парашюта за счет исключения скручивания строп и складывания купола в ОГЧ и ОБ реактивных снарядов применяют выносной вертлюг.

Общими признаками с предлагаемым отделяемым боеприпасом является наличие в прототипе цилиндрического корпуса, парашюта с круглым куполом, полюсным отверстием и кольцевым поясом, соединенным посредством строп со стреньгой.

В отличие от прототипа в предлагаемом отделяемом боеприпасе диаметр купола парашюта выполнен равным (2,0…4,0)d_мС_тФ(λ), расстояние от донного среза корпуса до входного сечения кольцевого пояса купола составляет 5…10 максимального диаметра корпуса, стреньга соединена с корпусом боеприпаса при помощи соединительных звеньев в количестве не менее 3 и длиной 0,7…2,0 максимального диаметра корпуса, при этом выносной вертлюг расположен между соединительными звеньями и стреньгой, длина которой принята равной 1,0…3,0 длины строп, где С_т=Х_ц.т./L - относительная координата центра тяжести отделяемого боеприпаса; Х_ц.т. - расстояние от передней части цилиндрического корпуса до центра тяжести; L - длина цилиндрической части корпуса; d_м - максимальный диаметр корпуса; λ=L/d_м - удлинение цилиндрического корпуса; Ф(λ)=1+0,05λ - функция, учитывающая влияние удлинения цилиндрического корпуса с затупленной носовой частью на диаметр купола парашюта.

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 предполагаемого изобретения является создание ОБ с цилиндрическим корпусом небольшого удлинения и притупленной носовой частью с парашютом, имеющим круглый купол, повышенной боевой эффективности за счет получения минимальных габаритов и веса парашюта при обеспечении необходимой устойчивости и надежного парирования любых начальных угловых возмущений при отделении от носителя (реактивного двигателя, головной части др.), увеличения объема корпуса и веса размещаемого в нем поражающего вещества.

Указанный технический результат достигается тем, что в отделяемом боеприпасе, содержащем цилиндрический корпус с затупленной носовой частью и длиной 1…5 максимального его диаметра, парашют с круглым куполом, полюсным отверстием и кольцевым поясом, соединенным посредством строп со стреньгой, выносной вертлюг, согласно изобретению диаметр купола парашюта выполнен равным (2,0…4,0)d_мС_тФ(λ), расстояние от донного среза корпуса до входного сечения кольцевого пояса купола составляет 5…10 максимального диаметра корпуса, стреньга соединена с корпусом боеприпаса при помощи соединительных звеньев в количестве не менее 3 и длиной 0,7…2,0 максимального диаметра корпуса, при этом выносной вертлюг расположен между соединительными звеньями и стреньгой, длина которой принята равной 1,0…3,0 длины строп, где С_т=Х_ц.т./L - относительная координата центра тяжести отделяемого боеприпаса; Х_ц.т. - расстояние от передней части цилиндрического корпуса до центра тяжести; L - длина цилиндрической части корпуса; d_м - максимальный диаметр корпуса; Х=L/d_м- удлинение цилиндрического корпуса; Ф(λ)=1+0,05λ - функция, учитывающая влияние удлинения цилиндрического корпуса с затупленной носовой частью на диаметр купола парашюта.

Авторы предполагаемого изобретения провели большой объем теоретических и экспериментальных исследований на моделях и натурных макетах ОБ с цилиндрическим корпусом, имеющим притупленную носовую часть и позволяющим разместить наибольший объем и вес поражающего вещества, в аэродинамических трубах, летные испытания, направленные на поиск технических решений, позволяющих обеспечить минимальные габариты и вес парашюта при обеспечении устойчивости и парирования любых начальных углов атаки, вертикальный подход к грунту.

Исследования в аэродинамических трубах на натурных макетах ОБ проведены при углах атаки 0°…180° методом свободных колебаний относительно боковой державки, закрепленной на подшипниках в центре тяжести. Кроме того, на уменьшенных моделях проведены испытания влияния удлинения цилиндрического корпуса с притупленной носовой частью на аэродинамические характеристики (координату центра давления, коэффициент подъемной силы, коэффициент продольного момента и др.).

Установлено, что требуемые геометрические параметры парашюта минимальны при наименьшем дестабилизирующем продольном моменте корпуса ОБ относительно центра тяжести, который зависит от формы его носовой части и удлинении корпуса, а также от относительной координаты центра тяжести С_т. Смещение центра тяжести к кормовой части ОБ приводит к уменьшению плеча стабилизирующего момента парашюта и, как следствие, к увеличению диаметра купола.

Новая совокупность конструктивных элементов, а также наличие связей между параметрами цилиндрического корпуса ОБ и парашюта позволяют, в частности, за счет выполнения:

- диаметра купола парашюта, равным (2,0…4,0)d_мС_тФ(λ) - обеспечить надежное парирование любых начальных угловых возмущений ОБ с притупленной носовой частью при отделении от носителя, при этом геометрические параметры и вес парашюта минимальны. Увеличение диаметра купола парашюта свыше величины 4,0d_мС_тФ(λ) приводит к увеличению суммарного коэффициента сопротивления, снижению скорости подхода к грунту и боевой эффективности, увеличению габаритов и веса парашюта. Выполнение диаметра купола менее 2,0d_мС_тФ(λ) приводит к ухудшению устойчивости ОБ, появлению колебаний и балансировочных углов атаки, что не позволяет получить вертикальный подход его к грунту;

- расстояния от донного среза корпуса до входного сечения кольцевого пояса, равным (5…10) d_м - обеспечить максимальный коэффициент лобового сопротивления парашюта и исключить влияние аэродинамического следа за цилиндрическим корпусом ОБ с притупленной формой носовой части на аэродинамические характеристики и поведение парашюта. При расстоянии от донного среза корпуса до входного сечения кольцевого пояса менее 5d_м парашют оказывается в аэродинамическом следе корпуса, вызывающем его хаотическую раскачку и, как следствие, колебания самого корпуса ОБ. Наличие углов атаки приводит к снижению боевой эффективности, нарушению нормального функционирования, рикошету. Увеличение расстояния между кольцевым поясом и корпусом свыше 10d_м нецелесообразно, так как это не приводит к увеличению стабилизирующих свойств парашюта, коэффициента сопротивления, а увеличивает его вес;

- соединения стреньги парашюта с корпусом отделяемого боеприпаса при помощи соединительных звеньев в количестве не менее 3 и длиной 0,7…2,0 максимального диаметра корпуса - уменьшить время парирования начальных угловых возмущений ОБ, повысить устойчивость купола парашюта и ОБ. При длине соединительных звеньев менее 0,7 d_м существенно возрастают реакции в них от силы сопротивления парашюта и особенно в момент ввода его в поток, возникает необходимость их упрочнения, трудность укладки и теряются положительные свойства многоточечного крепления парашюта. Увеличение длины соединительных звеньев свыше 2,0d_м нецелесообразно, так как это приводит к увеличению веса парашюта;

- длины стреньги, равной 1,0…3,0 длины строп, - обеспечить требуемые аэродинамические характеристики парашюта за счет формирования воздушного потока при обтекании стреньги, строп и на входе в кольцевой пояс, обеспечить устойчивость парашюта. Выполнение длины стреньги менее 1,0 длины строп приводит к уменьшению расстояния от корпуса до входного сечения кольцевого пояса, уменьшению коэффициента сопротивления парашюта за счет влияния аэродинамического следа от корпуса. Увеличение длины стреньги свыше 3,0 длины строп нецелесообразно, так как приводит к незначительному росту коэффициента сопротивления, увеличению габаритов и веса парашюта;

- расположения выносного вертлюга между соединительными звеньями и стреньгой - обеспечивает минимальное его воздействие на динамику колебательного движения ОБ при парировании начальных углов атаки ОБ.

Сущность изобретения поясняется чертежом фиг. 1, где представлен общий вид ОБ с парашютом.

Отделяемый боеприпас состоит из цилиндрического корпуса 1 с притупленной формой носовой части 2 и длиной L=(1…5)d_м, парашюта 3 с круглым куполом, полюсным отверстием 4, кольцевым поясом 5, соединенным посредством строп 6 со стреньгой 7, выносного вертлюга 8, соединительных звеньев 9.

Диаметр D купола парашюта выполнен равным (2,0…4,0)d_мС_тФ(λ), расстояние 1 от донного среза корпуса 1 до входного сечения кольцевого пояса 5 купола составляет 5…10 максимального диаметра d_м корпуса.

Стреньга 7 соединена с корпусом 1 боеприпаса при помощи соединительных звеньев 9 в количестве не менее 3 и длиной 1_зв=(0,7…2,0)d_м. Выносной вертлюг 8 расположен между соединительными звеньями 9 и стреньгой 7, длина которой 1_с=(1,0…3,0) длины 1_стр строп.

Функционирование предлагаемого ОБ происходит следующим образом.

В заданной точке траектории полета реактивного снаряда отделяют боеприпас от носителя (например, реактивного двигателя). После отделения корпус 1 за счет возмущений при разделении и наличия дестабилизирующего момента притупленной носовой части 2 совершает нестабилизированный полет, происходит его торможение. Затем в набегающий поток воздуха вводят парашют 3 с круглым куполом и полюсным отверстием 4. За счет полюсного отверстия 4 уменьшаются динамические нагрузки на парашют 3 и корпус 1 ОБ.

Сила сопротивления купола парашюта 3 натягивает стропы 6, стреньгу 7, соединительные звенья 9. За счет предлагаемых соединительных звеньев 9 уменьшается время парирования углов атаки. Кольцевой пояс 5 раскрытого парашюта 3 увеличивает величину стабилизирующего момента относительно центра тяжести корпуса 1, ОБ начинает совершать затухающие колебания и стабилизироваться. За счет наличия выносного вертлюга 8 имеющаяся угловая скорость корпуса 1 не передается на купол парашюта, в результате чего обеспечивается его нормальное функционирование. За счет оптимального выбора геометрических параметров парашюта, удаления купола от корпуса, обеспечивается полет ОБ с нулевым углом атаки, торможение и вертикальный подход к грунту.

Предложенное техническое решение позволило разработать ОБ с цилиндрическим корпусом небольшого удлинения и притупленной носовой частью с парашютом, имеющим круглый купол, повышенной боевой эффективности за счет получения минимальных габаритов и веса парашюта при обеспечении необходимой устойчивости и надежного парирования любых начальных угловых возмущений при отделении от носителя, увеличения объема корпуса и веса размещаемого в нем поражающего вещества.

Указанный положительный эффект подтвержден летно-конструкторскими испытаниями опытных образцов реактивных снарядов с ОБ, выполненных в соответствии с предлагаемым изобретением.

В настоящее время ведется разработка рабочей конструкторской документации, запланированы изготовление и испытания реактивных снарядов с предлагаемым ОБ.