Сверхзвуковой биротативный реактивный снаряд
Изобретение относится к боевой технике. Технический результат - повышение скорости полета снаряда, дальности и точности стрельбы и расширение функциональных возможностей снаряда. Сверхзвуковой биротативный реактивный снаряд содержит механизмы управления курсом движения снаряда по углам тангажа, рыскания и крена с приводами, корпус осесимметричной формы, выполненный из вращающейся и невращающейся частей. Внутри корпуса установлено взрывное устройство, система управления, бак с топливом, сверхзвуковой биротативный газотурбинный двигатель, работающий на жидком топливе, содержащий воздухозаборник, компрессор, камеру сгорания и турбину, образующие внутренний и внешний роторы, разделенные подшипниковыми опорами. Внутренний ротор состоит из ротора компрессора и рабочего колеса турбины, а внешний ротор состоит из сверхзвукового воздухозаборника, статора компрессора и камеры сгорания и жестко соединен с вращающейся частью корпуса. Бак с топливом соединен топливопроводом, в котором установлен топливный насос с приводом насоса, с камерой сгорания. Сверхзвуковое реактивное сопло выполнено как невращающаяся часть снаряда и установлено на подшипниковых опорах между внутренним и внешним роторами и выполнено с возможностью регулирования вектора тяги. 3 з.п. ф-лы, 9 ил.
Изобретение относится к военной технике, в частности к средствам ведения боя. охраны и обороны границы, борьбы с террористами. Разработана конструкция оружия для установки на мобильной установке, с целью дистанционного управления стрельбой при штурме бетонированных или бронированных сооружений.
Известны реактивные снаряды по патенту РФ №2272984, содержащие корпус, взрывное устройство и двигатель, работающий на твердом топливе.
Недостатком снаряда является низкая эффективность твердотопливных двигателей.
Известны реактивные снаряды, которые содержат осесимметричный корпус, взрывное устройство, емкость с твердым топливом и реактивный двигатель, работающий на твердом топливе, систему управления и аэродинамические рули, закрепленные на корпусе снаружи, см. сайт «Интернет http://rbase.new-factoria.ru, Приложение 1, прототип.
Недостатки: ограниченная дальность полета, низкая точность попадания, большое аэродинамическое сопротивление аэродинамических рулей и большие габариты и вес снаряда при относительно малом взрывном устройстве, низкая скорость полета снаряда. обусловленные применением твердого топлива, имеющего более низкие энергетические свойства по сравнению с жидким топливом.
Задача создания изобретения - повышение скорости полета снаряда, точности и дальности стрельбы, уменьшение веса и габаритов снаряда при определенной мощности взрывного устройства и дальности полета снаряда.
Решение указанных задач достигнуто в сверхзвуковом биротативном реактивном снаряде, характеризующемся тем, что он содержит механизмы управления курсом движения снаряда по углам тангажа, рыскания и крена с приводами, корпус осесимметричной формы, выполненный из вращающейся и невращающейся частей, внутри которого установлено взрывное устройство, система управления, бак с топливом, сверхзвуковой биротативный газотурбинный двигатель, работающий на жидком топливе, содержащий воздухозаборник, компрессор, камеру сгорания и турбину, образующие внутренний и внешний роторы, разделенные подшипниковыми опорами, причем внутренний ротор состоит из ротора компрессора и рабочего колеса турбины, а внешний ротор состоит из сверхзвукового воздухозаборника, статора компрессора и камеры сгорания и жестко соединен с вращающейся частью корпуса, бак с топливом соединен топливопроводом, в котором установлен топливный насос с приводом насоса, с камерой сгорания, а сверхзвуковое реактивное сопло выполнено как невращающаяся часть снаряда и установлено на подшипниковых опорах между внутренним и внешним роторами и выполнено с возможностью регулирования вектора тяги, причем система управления содержит бортовой компьютер, соединенный с контроллерами. В качестве одного из контроллеров использован контроллер двигателя, соединенный с приводом насоса и с бортовым компьютером. Снаряд может быть снабжен подключенными к бортовому компьютеру приемно-передающим устройством с антенной и приемником системы глобального позиционирования, подключенным к антенне. В качестве одного из контроллеров использован контроллер взрывателя, подключенный к взрывному устройству и бортовому компьютеру.
Проведенные патентные исследования показали, что предложенное техническое решение обладает новизной, изобретательским уровнем и промышленной применимостью.
Сущность изобретения поясняется на фиг.1...9, где:
на фиг.1 приведена принципиальная схема простейшего варианта снаряда,
на фиг.2...4 приведены схемы системы управления,
на фиг.5 приведена схема снаряда с системой глобального позиционирования,
на фиг.6 приведена схема с контролируемым подрывом взрывного устройства,
на фиг.7 приведена схема снаряда с системой глобального позиционирования,
на фиг.8 приведена схема управления по углу тангажа,
на фиг.9 приведена схема управления по углу рыскания.
Снаряд (фиг.1) содержит осесимметричный корпус, состоящий из двух частей: вращающейся части корпуса 1 и невращающейся части корпуса 2. Внутри вращающейся части корпуса 1 установлены взрывное устройство 3 и топливный бак 4. Предпочтительно взрывное устройство 3 и топливный бак 4 выполнить торроидальной формы, для динамической балансировки снаряда в процессе вращения при полете и по мере расходования топлива.
Также внутри вращающейся части корпуса 1 установлен сверхзвуковой газотурбинный двигатель 5, работающий на жидком топливе. Снаряд имеет систему управления, установленную внутри невращающейся части корпуса 2, что позволяет избежать больших нагрузок центробежных сил на приборы и датчики.
Газотурбинный двигатель 5 состоит из сверхзвукового воздухозаборника 6 с центральным обтекателем конической формы 7, компрессора 8, состоящего в свою очередь из статора компрессора 9 и внутреннего ротора 10, камеры сгорания 11, к которой подключен топливопровод 12 с топливным насосом 13, имеющим привод насоса 14. За камерой сгорания 11 установлена турбина 15, содержащая сопловой аппарат 16 и рабочее колесо турбины 17. На выходе турбины 15 установлено сверхзвуковое реактивное сопло 18. На валу 19 установлены все узлы внутреннего ротора 20, а именно ротор компрессора 10 и рабочее колесо турбины 17. Все остальные узлы газотурбинного двигателя 5 образуют внешний ротор 21, в который входят сверхзвуковой воздухозаборник 6, статор компрессора 9, камера сгорания 11 и сверхзвуковое реактивное сопло 18, содержащее внутреннюю внешнюю часть сверхзвукового реактивного сопла 22 и внутренний конический обтекатель 23, установленный с возможностью углового отклонения и соединенный с приводом управления вектором тяги 24 посредством тяги 25 для управления вектором тяги. Сверхзвуковое реактивное сопло 18 выполнено отдельно от газотурбинного двигателя 5 и установлено относительно двигателя 5 на опорах сопла 26, например, подшипниках качения или скольжения, с возможностью поворота относительно них. При этом в полете сверхзвуковое реактивное сопло 18 не вращается, а все остальные узлы газотурбинного двигателя 5 и вращающийся корпус 1 вращаются. Система управления находится в контейнере, закрепленном внутри невращающейся части корпуса 2, и содержит бортовой компьютер 27, т.е. не вращается в полете, что уменьшает нагрузку на датчики и приборы системы управления.
Сверхзвуковой газотурбинный двигатель 5 выполнен по биротативной схеме, т.е содержит два ротора - внутренний 20 и внешний 21, которые вращаются в противоположные стороны. Между этими роторами установлены опоры двигателя 28 (фиг.1).
Привод насоса 14 подсоединен через контроллер топливоподачи 14 к бортовому компьютеру 27 (фиг.2). Система управления (фиг.4...6) содержит бортовой компьютер 27, к которому подключены акселерометр 28 и магнетометр 29, для измерения углов ориентации снаряда в полете. Все связи между электронными приборами и датчиками выполнены проводными каналами связи 30.
К бортовому компьютеру 27 может быть подсоединено приемно-передающее устройство 31 (фиг.5), к которому подсоединена антенна 32. Антенна 32 имеет кольцевую форму, а участок невращающейся части корпуса 2 в районе расположения антенны 32 выполнен радиопрозрачным. Внутри невращающейся части корпуса 2 может быть установлено приемное устройство системы глобального позиционирования 33 (фиг.4), которое также подключено к бортовому компьютеру 27 и к антенне 32. Все соединения выполнены проводными связями 30. В систему входят спутники, связанные с антенной 32 по радиоканалам. Связь привода управления вектором тяги 24 с бортовым компьютером 27 осуществляется через контроллер тяги двигателя 34.
Возможно применение схемы (фиг.7) подрыва с контроллером подрыва 35, подключенным к бортовому компьютеру 27 и к взрывному устройству 3.
Снаряд может быть оборудован стабилизаторами 36, закрепленными на внешней стороне невращающегося корпуса 2 (фиг.1).
На фиг.8 и 9 приведена схема полета снаряда по траектории 37.
При применении снаряда в оперативную память бортового компьютера 27 вводят исходные данные полета. Снаряд 1 стартует с пусковой установки, для этого запускают газотурбинный двигатель 5, при этом бортовой компьютер 27 подает команду на привод насоса 13 и на топливный насос 12. Топливо подается из топливного бака 4 в камеру сгорания 11, где воспламеняется при помощи электрозапальника (на фиг.1...11 не показан). Продукты сгорания приводят в действие рабочее колесо турбины 17, которое раскручивает через вал 19 внутренний ротор 20. Внешний ротор начинает вращаться в другую сторону, т.е. вращающаяся часть корпуса 1 вращается в полете, что обеспечивает стабилизацию снаряда и повышает точность стрельбы. При вращении центробежные силы прижимают топливо к внешним стенкам топливного бака и создают давление на входе в топливный насос без системы наддува. Кроме того, по мере расходования топлива не нарушается балансировка снаряда. Применение жидкого топлива, а также кислорода атмосферного воздуха позволяет получить преимущество в дальности полета по сравнению с твердотопливными реактивными снарядами, т.к. теплотворная способность жидкого топлива больше, чем у твердого в 3...4 раза, а окислитель в форме кислорода воздуха берется из атмосферы.
При полете приемник системы глобального позиционирования 33 (системы ГЛОНАС или GPS) принимает сигнал с трех спутников системы по радиоканалам и определяет собственные координаты. Используя заложенную программу посредством воздействия бортового компьютера 27 на привод насоса 13 и далее на топливный насос 12, можно уменьшить или увеличить тягу сверхзвукового газотурбинного двигателя 6 и тем самым изменить траекторию полета снаряда от точки старта «А» до цели «Б» по дальности.
По команде с бортового компьютера 27, переданной на контроллер подрыва 34 (фиг.9), взрывное устройство 3 может быть взорвано, например в полете.
Управление углами тангажа, рыскания и крена осуществляется согласно фиг.10 и 11 посредством поворота конического обтекателя реактивного сопла 25. Исходные данные об угловой ориентации снаряда постоянно контролируют акселерометр 28 и магнетометр 29. Магнетометр 29 определяет азимут движения снаряда, а акселерометр 28 - его отклонение от направления вектора тяжести. Размещение этих датчиков в невращающейся части корпуса 2 исключает влияние центробежных сил на показания датчиков.
Применение изобретения позволило:
- повысить скорость снаряда до сверхзвуковой,
- повысить относительную скорость роторов в 2 раза, т.к. относительная скорость вращения роторов равна сумме скоростей их вращения,
- уменьшить габариты устройства в 2 раза по сравнению с обычной схемой,
- уменьшить центробежные нагрузки на узлы и детали в 4 раза,
- повысить мощность и КПД газотурбинного двигателя при меньших габаритах,
- обеспечить хорошую стабилизацию снаряда в полете из-за его вращения с огромной угловой скоростью,
- уменьшить нагрузки на приборы и датчики системы управления снаряда,
- стабилизировать положение снаряда в полете,
- улучшить управляемость снарядом в полете.
1. Сверхзвуковой биротативный реактивный снаряд, характеризующийся тем, что он содержит механизмы управления курсом движения снаряда по углам тангажа, рыскания и крена с приводами, корпус осесимметричной формы, выполненный из вращающейся и невращающейся частей, внутри которого установлено взрывное устройство, система управления, бак с топливом, сверхзвуковой биротативный газотурбинный двигатель, работающий на жидком топливе, содержащий воздухозаборник, компрессор, камеру сгорания и турбину, образующие внутренний и внешний роторы, разделенные подшипниковыми опорами, причем внутренний ротор состоит из ротора компрессора и рабочего колеса турбины, а внешний ротор состоит из сверхзвукового воздухозаборника, статора компрессора и камеры сгорания и жестко соединен с вращающейся частью корпуса, бак с топливом соединен топливопроводом, в котором установлен топливный насос с приводом насоса, с камерой сгорания, а сверхзвуковое реактивное сопло выполнено как невращающаяся часть снаряда и установлено на подшипниковых опорах между внутренним и внешним роторами и выполнено с возможностью регулирования вектора тяги, причем система управления содержит бортовой компьютер, соединенный с контроллерами.
2. Снаряд по п.1, отличающийся тем, что в качестве одного из контроллеров использован контроллер двигателя, соединенный с приводом насоса и с бортовым компьютером.
3. Снаряд по п.2, отличающийся тем, что он снабжен подключенными к бортовому компьютеру приемно-передающим устройством с антенной и приемником системы глобального позиционирования, подключенным к антенне.
4. Снаряд по п.1, отличающийся тем, что в качестве одного из контроллеров использован контроллер взрывателя, подключенный к взрывному устройству и бортовому компьютеру.
