Сверхзвуковой реактивный снаряд

 

Изобретение относится к области ракетной техники, а именно сверхзвуковым реактивным снарядам систем залпового огня. Сущность изобретения заключается в том, что в сверхзвуковом реактивном снаряде, содержащем корпус удлинением более 20 калибров с центрирующими утолщениями, ракетный двигатель и хвостовое оперение, в отличие от прототипа согласно изобретению центрирующие утолщения выполнены перед оперением и центром масс реактивного снаряда и удалены от них на расстояние не более калибра, причем диаметр утолщений составляет 1,01-1,02 диаметра снаряда, а ширина - 0,6-0,8 диаметра снаряда, а величина полного импульса ракетного двигателя определяется из соотношения: J_п/q_п= К•Н/Х, где J_п - величина полного импульса, кгс; q_п - пассивная масса реактивного снаряда, кг; Н - размах оперения, мм; Х - удаление центра масс реактивного снаряда относительно носика, мм; К - опытный коэффициент, равный 0,7-1,0•10³ 1/с. Выполнение снаряда в соответствии с изобретением позволяет обеспечить устойчивость полета на всей траектории. 3 ил.

Изобретение относится к области реактивной техники, а именно сверхзвуковым реактивным снарядам систем залпового огня.

Сверхзвуковой реактивный снаряд системы залпового огня обладает повышенной дальностью и эффективностью стрельбы и предназначен для дальнего огневого поражения площадных наземных целей. Устойчивость полета таких снарядов на траектории обеспечивается с помощью аэродинамических стабилизаторов.

Так, известны реактивные снаряды М8, М13, обеспечивающие поражение площадных и крупноразмерных целей (см., например, Куров В.Д., Должанский Ю.М. Основы проектирования пороховых реактивных снарядов. - М.: Оборонгиз, 1961 г. , с. 11). В их конструкции используются ракетный двигатель на твердом топливе и хвостовое оперение, содержащее прочно скрепленные с корпусом снаряда лопасти.

Такая конструкция РС позволяет обеспечить устойчивость полета реактивных снарядов. Однако с ростом тяговооруженности снарядов, повышением скорости их полета решение данной задачи становится проблематичным без оптимизации значений его конструктивных параметров и их соотношений.

Общими признаками с предлагаемой авторами конструкцией реактивного снаряда является наличие в составе снарядов-аналогов корпуса, ракетного двигателя и хвостового оперения.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату является реактивный снаряд системы залпового огня М-210Ф (см. Боевая машина БМ-21. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. - М. : Военное издательство МО СССР, 1977 г., с. 74-75), принятый авторами за прототип. Он содержит корпус с относительным удлинением более 20 калибров, выполненные на нем центрирующие утолщения, ракетный двигатель и раскрывающееся хвостовое оперение.

Задачей данного технического решения (прототипа) являлось обеспечение минимальной чувствительности к возмущающим факторам при скоростях полета до 2. ..2,5 М, что положительно сказывается на точностных характеристиках стрельбы.

Таким образом, задачей известного технического решения прототипа являлось обеспечение устойчивости полета реактивного снаряда большого удлинения на скоростях до 2...2,5 М.

Общими признаками с предлагаемым реактивным снарядом является наличие в снаряде-прототипе корпуса с относительным удлинением более 20 калибров, выполненных на нем центрирующих утолщений, ракетного двигателя и хвостового оперения.

В отличие от прототипа в предлагаемом реактивном снаряде центрирующие утолщения выполнены перед оперением и центром масс реактивного снаряда и удалены от них на расстояние не более калибра, причем диаметр утолщений составляет 1,01...1,02 диаметра снаряда, а ширина 0,6...0,8 диаметра снаряда, а величина полного импульса ракетного двигателя определяется из соотношения: где J_п - величина полного импульса, кгс; q_п - пассивная масса реактивного снаряда, кг; Н - размах оперения, мм; Х - удаление центра масс реактивного снаряда относительно носика, мм; К - опытный коэффициент, равный 0,7...1,0•10³ 1/с.

Именно это позволяет сделать выводы 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 сверхзвукового реактивного снаряда с увеличенными значениями полного импульса ракетного двигателя и скорости полета до 4...4,5 М, обладающего необходимой устойчивостью полета.

Указанный технический результат достигается тем, что в реактивном снаряде, содержащем корпус с относительным удлинением более 20 калибров с центрирующими утолщениями, ракетный двигатель и хвостовое оперение, согласно изобретению центрирующие утолщения выполнены перед оперением и центром масс реактивного снаряда и удалены от них на расстояние не более калибра, причем диаметр утолщений составляет 1,01...1,02 диаметра снаряда, а ширина 0,6... 0,8 диаметра снаряда, а величина полного импульса ракетного двигателя определяется из соотношения: где J_п - величина полного импульса, кгс; q_п - пассивная масса реактивного снаряда, кг;
Н - размах оперения, мм;
Х - удаление центра масс реактивного снаряда относительно носика, мм;
К - опытный коэффициент, равный 0,7...1,0•10³ 1/с.

Известно, что с увеличением полного импульса ракетного двигателя и соответственно скорости полета реактивного снаряда происходит снижение характеристик устойчивости полета (см., например, К.П.Петров. Аэродинамика ракет. - М.: Машиностроение, 1977 г., с. 88).

С другой стороны, с увеличением скорости полета растут пропорционально квадрату скорости аэродинамические силы и моменты, действующие на корпус снаряда и вызывающие присущие корпусам большого удлинения интенсивные изгибные колебания, отрицательно влияющие на устойчивость полета.

Указанные обстоятельства существенно ограничивают возможности повышения дальности стрельбы реактивных снарядов за счет повышения значений полного импульса ракетного двигателя и соответственно скоростей полета снаряда. Попытки обеспечить устойчивость полета снаряда при скоростях 4...4,5 М за счет наращивания оперения, главным образом за счет увеличения его размаха, не привели к ожидаемому результату из-за возникающих при увеличении скоростного напора деформаций консолей оперения, приводящих к резкому падению устойчивости. Исключить возрастание изгибных колебаний корпуса снаряда, сопровождающее увеличение его скорости, за счет утолщения стенок корпуса малоэффективно, т.к. связано с возрастанием пассивной массы снаряда, снижением скорости полета и дальности стрельбы.

Авторами предлагаемого изобретения проведен большой объем экспериментальных исследований и летных испытаний снарядов по установлению новой совокупности конструктивных элементов снаряда и рациональных соотношений между их значениями, позволивших решить проблему устойчивости полета снарядов с относительным удлинением корпуса более 20 калибров на скоростях до 4,5 М.

Новая совокупность конструктивных элементов, а также наличие связей между параметрами снаряда позволяют, в частности, за счет выполнения:
- центрирующих утолщений перед оперением и центром масс реактивного снаряда с удалением от них, не превышающим калибра реактивного снаряда, причем диаметр утолщений составляет 1,01...1,02 диаметра снаряда, а ширина 0,6. ..0,8 калибра реактивного снаряда, - обеспечить локальное повышение изгибной жесткости снаряда в узлах колебаний и тем самым снизить их отрицательное влияние на устойчивость полета снаряда;
- соотношения где J_п - величина полного импульса, кгс; q_п - пассивная масса реактивного снаряда, кг; Н - размах оперения, мм; Х - удаление центра масс реактивного снаряда относительно носика, мм; К - опытный коэффициент, равный 0,7...1,0•10³ 1/с - сохранить необходимый запас устойчивости снаряда при полете на скоростях 4...4,5 М.

Сущность изобретения поясняется чертежом реактивного снаряда (фиг.1). Типичный график изменения запаса устойчивости в зависимости от скорости полета такого снаряда с хвостовым оперением приведен на фиг.2.

Реактивный снаряд состоит из корпуса 1 с относительным удлинением более 20 калибров, выполненных на нем центрирующих утолщений 2 и 3, ракетного двигателя 4 и хвостового оперения 5. Точкой обозначено положение центра масс. Калибр снаряда D - максимальный диаметр по центрирующим утолщениям. Диаметр снаряда d - максимальный диаметр корпуса снаряда. Величина а - удаление центрирующих утолщений определяется как расстояние от осей центрирующих утолщений до центра масс и хвостового оперения соответственно.

Предлагаемый реактивный снаряд работает следующим образом.

После запуска ракетного двигателя снаряд разгоняется в направляющей, а затем на траектории до максимальной скорости. При соотношении снаряд обладает избыточным запасом статистической устойчивости, допускающим увеличение значения максимальной скорости. Дальность стрельбы, получаемая при этом, не является предельной. При соотношении снаряд развивает максимальную скорость, при которой запас устойчивости становится недостаточным, возникают колебания снаряда на траектории, следствием которых может стать сход его с траектории и разрушение.

При достижении снарядом максимальной скорости возникают изгибные колебания его корпуса, узлы которых располагаются перед оперением и центром масс снаряда с удалением от них, не превышающим калибра снаряда. Форма изгибных колебаний представлена на фиг.3. С целью снижения интенсивности изгибных колебаний до допустимого уровня центрирующие утолщения выполнены в узлах колебаний корпуса снаряда. При диаметре утолщений, меньшем 1,01 диаметра снаряда, и ширине, меньшей 0,6 диаметра снаряда, эффект снижения интенсивности изгибных колебаний не наблюдается. При увеличении диаметра утолщений сверх 1,02 диаметра корпуса снаряда и ширины сверх 0,8 его диаметра происходит увеличение пассивной массы снаряда, ограничивающее получение предельной дальности стрельбы.

Выполнение параметров снаряда согласно предлагаемому изобретению гарантирует получение предельно достижимой дальности стрельбы без нарушения устойчивости полета по всей траектории. Указанный положительный эффект подтвержден летными испытаниями натурных образцов реактивных снарядов.

В настоящее время разработана конструкторская документация на снаряды, готовится их серийное производство.

Формула изобретения

Сверхзвуковой реактивный снаряд, содержащий корпус удлинением более 20 калибров с центрирующими утолщениями, ракетный двигатель и хвостовое оперение, отличающийся тем, что в нем центрирующие утолщения выполнены перед оперением и центром масс реактивного снаряда и удалены от них на расстояние не более калибра, причем диаметр утолщений составляет 1,01-1,02 диаметра снаряда, а ширина - 0,6-0,8 диаметра снаряда, а величина полного импульса ракетного двигателя определяется из соотношения

где J_п - величина полного импульса, кгс;
q_п - пассивная масса реактивного снаряда, кг;
Н - размах оперения, мм;
Х - удаление центра масс реактивного снаряда относительно носика, мм;
К - опытный коэффициент, равный 0,7-1,0•10³ 1/с.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3