Патент на изобретение №2150081

(54) РЕАКТИВНЫЙ СНАРЯД ЗАЛПОВОГО ОГНЯ УДЛИНЕНИЕМ БОЛЕЕ 20 КАЛИБРОВ

(57) Реферат:

Изобретение относится к ракетной технике, а именно к реактивным снарядам залпового огня. Ракетный снаряд содержит ведущий штифт, расположенный на расстоянии (0,12-0,15)L от донного среза снаряда. Наружный диаметр донной части корпуса снаряда выполнен равным (0,90-0,95)d, а размах стабилизирующего оперения – равным (0,55-0,65)f_p²d²/f_oп²b, где L – расстояние от донного среза до центра масс снаряда; d – калибр снаряда, b – хорда оперения; f_p, f_oп – соответственно расчетное и опытное значения частоты экваториальных колебаний снаряда. Изобретение позволяет снизить рассеивание и, следовательно, повысить боевую эффективность снаряда. 3 ил.

Изобретение относится к области ракетной техники, а именно к реактивным снарядам (ракетам) залпового огня.

Объект изобретения представляет собой ракету реактивной системы залпового огня с повышенной кучностью стрельбы, предназначенную для вооружения ракетно-артиллерийских частей сухопутных войск, и может найти применение в области ракетной техники.

Для успешной борьбы со многими площадными и крупноразмерными наземными целями широко применяются реактивные системы залпового огня. В состав их входят реактивные снаряды различного назначения. Так, известны реактивные снаряды М8 и М13, обеспечивающие поражение площадных и крупноразмерных целей (смотри, например, Куров В.Д., Должанский Ю.М. Основы проектирования пороховых ракетных снарядов. – М.: Оборонгиз, 1961, с. 11), принятые за аналоги. Они включают корпус с полезной нагрузкой различного назначения и стабилизирующее оперение, расположенное в хвостовой части снаряда. Достоинством этих снарядов является возможность нанесения внезапного массированного удара по целям при простоте конструкции, обслуживания и боевого применения. Размещение стабилизирующего оперения в хвостовой части снаряда (максимально приближенным к донному срезу) позволяет обеспечить наибольшее отклонение центра давления от центра масс и за счет этого устойчивое движение по траектории при минимальной площади оперения.

В то же время достигнутые для этих снарядов характеристики кучности стрельбы (величина отклонения точек падения снарядов залпа от центра группирования) и в первую очередь кучность по направлению не обеспечивают достаточно эффективного поражения целей.

Общим признаком с предлагаемой авторами конструкцией неуправляемого реактивного снаряда является наличие в составе снарядов – аналогов корпуса и размещенного в хвостовой части оперения.

В настоящее время для решения многих боевых задач с успехом применяются реактивные снаряды залпового огня. Для снижения их рассеивания и повышения за счет этого боевой эффективности стрельбы широкое применение нашли различные системы закрутки и проворота снарядов. Они позволяют осреднить газодинамический эксцентриситет двигателя и аэродинамический эксцентриситет снаряда в целом и за счет этого до определенного уровня повысить кучность стрельбы по сравнению с не проворачивающимися снарядами.

Поэтому наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому эффекту к изобретению является снаряд реактивной системы залпового огня “Смерч” (смотри, например, журнал “Military Parade” М., АО “Милитэри Перейд”, may-june 1994, р. 22-27 /120-121/), принятый авторами за прототип. Он содержит корпус удлинением 25 калибров, в хвостовой части которого размещены стабилизирующее оперение и ведущий штифт.

Реактивный снаряд, принятый за прототип, функционирует следующим образом. При старте реактивного снаряда расположенный на его корпусе штифт взаимодействует с винтовым пазом направляющей пусковой трубы, благодаря чему обеспечивается закрутка снаряда относительно продольной оси. После схода с направляющей оперение обеспечивает стабилизацию снаряда. При этом, вследствие наличия аксиальной угловой скорости проворота, происходит постоянное изменение плоскости действия эксцентриситета тяги и аэродинамического эксцентриситета, присущих каждому снаряду. Это ведет к снижению чувствительности координат точек падения к эксцентриситетным возмущениям и повышению тем самым кучности стрельбы по направлению в 6-8 раз по сравнению с не проворачивающимися снарядами-аналогами.

Однако даже достигаемая при этом кучность стрельбы не позволяет достичь максимальной боевой эффективности. Это связано с тем, что остается еще ряд возмущающих факторов, играющих значительную роль в рассеивании. К ним относятся начальные возмущения, пульсационные составляющие скорости ветра и колебания снаряда относительно центра масс. Доля рассеивания, связанная с этими возмущениями, не уменьшается при использовании проворота (смотри, например, Гантмахер Ф. Р. , Левин Л.М. Теория полета неуправляемых ракет. – М.: Физматгиз, 1959, с. 170-175, 263-265). Особенно велико влияние этих параметров на рассеивание снарядов залпового огня удлинением более 20 калибров. Так, боковое рассеивание снарядов типа “Град” на 70-90% определяется именно этими возмущениями. При этом ведущий штифт, снижая эксцентриситетную составляющую рассеивания, может явиться и источником дополнительных возмущений при движении по направляющей.

Начальные возмущения (угловое отклонение от направления стрельбы и угловая скорость поворота оси снаряда относительно направления стрельбы) формируются в результате действия возмущающего момента, вызванного взаимодействием ведущего штифта снаряда с направляющей, и зазора между снарядом и направляющей, в пределах которого снаряд совершает колебания на участке старта.

Влияние пульсационных составляющих скорости ветра и колебаний снаряда относительно центра масс на активном участке траектории определяется в первую очередь степенью (запасом) аэродинамической устойчивости снаряда (чем больше степень устойчивости, тем меньше амплитуда и период колебаний оси снаряда и тем выше его чувствительность к ветровым возмущениям). В случае расположения оперения в хвостовой части снаряда максимально приближенным к его донной части степень аэродинамической устойчивости будет определяться размахом оперения. От его правильного выбора напрямую зависит величина рассеивания.

Общими признаками с предлагаемым реактивным снарядом залпового огня является наличие в снаряде – прототипе корпуса удлинением более 20 калибров, на котором размещены ведущий штифт и оперение в хвостовой части.

В отличие от прототипа в предлагаемом реактивном снаряде ведущий штифт расположен на расстоянии (0,12… 0,15)L от донного среза снаряда, наружный диаметр донной части снаряда выполнен равным (0,.90…0,95)d, при этом размах оперения выполнен равным

где L – расстояние от донного среза до центра масс снаряда;
d – калибр снаряда;
b – хорда оперения;
f_р, f_оп – соответственно расчетное и опытное значения частоты экваториальных колебаний снаряда.

Это позволяет сделать вывод о наличии причинно-следственной связи между совокупностью существующих признаков заявляемого технического решения и достигаемым техническим результатом.

Задачей изобретения является создание реактивного снаряда залпового огня, обеспечивающего за счет максимального снижения уровня начальных возмущений и колебаний на активном участке траектории, а также чувствительности к ветровым возмущениям, снижение рассеивания и, следовательно, повышение боевой эффективности.

Это достигается тем, что в реактивном снаряде залпового огня удлинением более 20 калибров, включающем корпус с ведущим штифтом и размещенное в хвостовой части снаряда стабилизирующее оперение, согласно изобретению ведущий штифт расположен на расстоянии (0,15…0,.20)L от донного среза снаряда, наружный диаметр донной части корпуса снаряда выполнен равным (0,90… 0,95)d, при этом размах стабилизирующего оперения выполнен равным

где L – расстояние от донного среза до центра масс снаряда;
d – калибр снаряда;
b – хорда оперения;
f_р, f_оп – соответственно расчетное и опытное значения частоты экваториальных колебаний снаряда.

Сущность изобретения поясняется чертежом. На фиг. 1 изображен общий вид реактивного снаряда залпового огня, на фиг. 2 – зависимость начальной угловой скорости _у от места расположения ведущего штифта, а на фиг. 3 – зависимость кучности стрельбы по направлению от относительного размаха оперения при различных соотношениях расчетного и опытного значений частот экваториальных колебаний снаряда.

Реактивный снаряд состоит из корпуса 1, удлинение которого превышает 20 калибров (d), ведущего штифта 2 и расположенного в хвостовой части корпуса стабилизирующего оперения 3. Наружный диаметр донной части корпуса 4 выполнен равным (0,90…0,95) калибра снаряда (d). Место расположения ведущего штифта 2 на снаряде определяется отношением удаленности от донного среза штифта (L_i) и центра масс 5 (L). Это отношение составляет (0,12…0,15). Размах стабилизирующего оперения 3 (L_оп) связан с калибром снаряда (d), хордой оперения (b), расчетной и опытной частотой экваториальных колебаний снаряда (f_р, f_оп) соотношением

Реактивный снаряд работает следующим образом.

После запуска реактивного двигателя снаряда он начинает продольное движение по направляющей трубе. При этом ведущий штифт 2 вступает в контакт со спиральным ведущим пазом направляющей и тем самым осуществляет проворот снаряда относительно продольной оси с целью осреднения эксцентриситетных возмущений. Стабилизирующее оперение 3 в этот момент находится в сложенном состоянии. На участке движения по направляющей трубе, когда ведущий штифт 2 кинематически связан с направляющей, колебания снаряда определяются величиной зазора между центрирующими утолщениями снаряда 6 и внутренней поверхностью направляющей трубы, а также местом расположения ведущего штифта 2 относительно центра масс 5. Так как диаметр центрирующих утолщений (d) выполняется максимально приближенным к внутреннему диаметру направляющей трубы, влиянием зазора между ними можно пренебречь. После прекращения кинематической связи штифта 2 с направляющей снаряд получает возможность разворота относительно направляющей и величина возмущений определяется уже соотношением между диаметром донной части снаряда 4 и его калибра d. В результате формирующихся на участке движения снаряда по направляющей начальных возмущений направление полета снаряда после схода с направляющей отличается от заданного. После схода с направляющей на снаряде раскрывается стабилизирующее оперение 3. В процессе движения по траектории на снаряд действуют ветровые возмущения, приводящие к дополнительному отклонению направления его полета, в результате этого конечная точка падения снаряда отличается от точки прицеливания.

Величина рассеивания снарядов залпового огня по направлению, которое определяет кучность стрельбы, может быть рассчитано по зависимости

где _у – начальное возмущение по экваториальной угловой скорости;
– – начальное возмущение по углу вылета снаряда;
W – ветровые возмущения;
e – возмущение, связанное с эксцентриситетом тяги;
B_б – вероятное отклонение боковой координаты точки падения снаряда (боковое рассеивание);
z/_у;z/;z/W;z/e – коэффициенты чувствительности бокового отклонения точки падения снаряда по соответствующим возмущениям.

При применении проворота снаряда относительно продольной оси чувствительность его к эксцентриситету силы тяги минимизирована и доля рассеивания, связанная с этим возмущением (последнее слагаемое в приведенной формуле), не превышает 10%.

Как показали проведенные экспериментальные исследования, место установки штифта на корпусе снаряда оказывает значительное влияние на величину экваториальной угловой скорости, получаемой снарядом в момент выхода из направляющей _у (фиг. 2). Такой характер зависимости связан с тем, что изменение места расположения ведущего штифта от донного торца снаряда к его центру масс, то есть в случае выполнения соотношения L_i/L > 0,15, приводит, с одной стороны, к уменьшению экваториальных колебаний, а с другой стороны, сокращается путь, который проходит штифт по винтовому пазу направляющей. Поэтому для обеспечения заданной угловой скорости аксиального вращения снаряда (_x) необходимо увеличивать угол закрутки паза направляющей, а это в свою очередь ведет к увеличению силы реакции со стороны паза на штифт, а следовательно, и к увеличению начальных возмущений. Таким образом, существует некоторый оптимум расположения ведущего штифта на корпусе снаряда, соответствующий минимуму начальных возмущений и связанной с ними кучности стрельбы. По экспериментальным данным он находится в пределах (0,12…0,15) расстояния от центра масс до донного среза.

При этом существует участок движения по направляющей длиной (0,12… 0,15)L, на котором прекращается контакт всех ведущих элементов снаряда с направляющей. На этом участке также формируются начальные возмущения. Величина их, как показали исследования, зависит от соотношения диаметров наружной поверхности корпуса снаряда в районе его донного среза и внутреннего диаметра направляющей трубы, который можно считать равным калибру. Оптимальная величина этого соотношения составляет (0,90…0,95). Уменьшение отношения ведет к увеличению зазора между донной частью корпуса снаряда и направляющей. В результате этого при выходе снаряда из ствола под действием силы тяжести изменяется угол наклона оси снаряда к горизонту (), приводящий к увеличению бокового рассеивания. При выполнении отношения d_дон/d > 0,95, то есть при приближении его к единице, величина углового отклонения оси снаряда стремится к нулю. Однако при этом, вследствие малого зазора, происходит высокочастотное ударное взаимодействие снаряда с направляющей, в результате чего растет угловая скорость перемещения как снаряда, так и направляющей. Полностью исключить колебания снаряда в стволе при выходе его из направляющей теоретически возможно при d_дон = d. Однако практическая реализация этого метода невозможна, так как при этом становится невозможным движение снаряда по направляющей вследствие большого трения.

От величины размаха оперения (L_оп) напрямую зависит аэродинамический коэффициент стабилизирующего момента (m_z) и связанный с ним запас аэродинамической устойчивости. Увеличение размаха оперения ведет к увеличению m_z, сопровождающемуся увеличением чувствительности снаряда к ветру ((z/W)) и уменьшением чувствительности к начальным возмущениям (z/_у;z/) Как показали экспериментальные исследования (фиг. 3), существует оптимум, соответствующий максимальной кучности стрельбы (B_б/X). Так как существующие в настоящее время расчетные методы не позволяют точно определить величину коэффициента m_z, то и выбор оптимального размаха оперения чисто теоретическими методами может вносить определенную ошибку. Более точно величина коэффициента m_z может быть установлена по замеренной опытным путем частоте экваториальных колебаний снаряда. Для этого может быть использована радиотелеметрическая аппаратура на борту снаряда, содержащая магнитометрические датчики. Как видно из рисунка (фиг. 3), точка расположения оптимума бокового рассеивания изменяется при изменении отношения квадратов опытной и расчетной частот экваториальных колебаний. С увеличением опытной частоты колебаний максимум кучности стрельбы смещается в строну меньшего размаха оперения. Так как в общем случае коэффициент m_z зависит от площади оперения, в выражение для определения размаха целесообразно ввести величину хорды оперения (b). Варьирование величиной хорды оперения обычно не представляется возможным, так как она выбирается из условий рациональной компоновки оперения на снаряде. Увеличение размаха оперения сверх величины ведет к снижению кучности стрельбы за счет роста составляющей, связанной с ветровыми возмущениями, которая становится доминирующей, а уменьшение его до величин < также ведет к снижению кучности стрельбы за счет составляющих, связанных с начальными возмущениями, которые в этом случае становятся доминирующими.

Реактивные снаряды залпового огня предложенной конструкции прошли широкую проверку летными испытаниями с положительными результатами. При этом повышение кучности стрельбы по направлению для снарядов типа “Град” составило 60…70%.

Формула изобретения

Реактивный снаряд залпового огня удлинением более 20 калибров, содержащий корпус с ведущим штифтом и размещенное в хвостовой части корпуса стабилизирующее оперение, отличающийся тем, что в нем ведущий штифт расположен на расстоянии (0,12 – 0,15)L от донного среза снаряда, наружный диаметр донной части корпуса снаряда выполнен равным (0,90 – 0,95)d, при этом размах стабилизирующего оперения выполнен равным
(0,55 – 0,65)f_p²d²/f_on²b,
где L – расстояние от донного среза до центра масс снаряда;
d – калибр снаряда;
b – хорда оперения;
f_p, f_oп – соответственно расчетное и опытное значения частоты экваториальных колебаний снаряда.

РИСУНКИ