Стабилизатор реактивного снаряда
ROCKET STABILIZER

Изобретение относится к области ракетной техники, а именно к реактивным снарядам систем залпового огня.
Объект изобретения представляет собой стабилизатор к реактивному снаряду (PC) системы залпового огня с улучшенными аэробаллистическими характеристиками, повышенной надежностью функционирования и увеличенной дальностью стрельбы.
Реактивные системы залпового огня широко применяются для борьбы со многими площадными и крупномасштабными наземными целями.
Стабилизация PC осуществляется с помощью аэродинамических стабилизаторов. Так, известны PC М8, М13, обеспечивающие поражение крупноразмерных целей (см., например, Куров В.Д., Должанский Ю.М. Основы проектирования пороховых ракетных снарядов. - М. Оборонгиз. 1961, с. 11), принятые за аналоги. В их конструкции используются стабилизаторы, содержащие прочно скрепленные с корпусом (цилиндрическим обтекателем) лопасти.
Задачей данного технического решения являлось обеспечение устойчивого полета PC на небольшую дальность. Однако, наличие стабилизатора с нераскрывающимися лопастями не позволяет разместить на пусковой установке большое количество PC, что снижает боевую эффективность реактивной системы.
Общими признаками с предлагаемой авторами конструкцией стабилизатора PC является наличие в составе приведенных аналогов стабилизатора, содержащего цилиндрический обтекатель и лопасти.
Опыт эксплуатации систем залпового огня показал, что наиболее рациональным решением является размещение PC перед пуском и запуск их из трубчатых направляющих. Лопасти стабилизатора находятся в сложенном положении перед пуском, а после выхода из направляющей раскрываются.
Известен стабилизатор PC М-21ОФ (см. Боевая машина БМ-21. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. - М. Военное издательство МО СССР 1977, с. 74-75). Он содержит цилиндрический обтекатель с установленными на нем раскрывающимися дугообразными лопастями с проушинами. Лопасти в раскрытом состоянии установлены под определенным углом к продольной оси обтекателя, благодаря чему обеспечивается вращение снаряда в полете и улучшение кучности стрельбы. За счет применения более мощного реактивного двигателя обеспечивается гораздо большая дальность стрельбы по сравнению с PC М8, М13.
Дугообразные лопасти у приведенного стабилизатора выполнены с постоянной по размаху стабилизатора толщиной, форма передних кромок прямолинейна с небольшим углом стреловидности по отношению к нормали к продольной оси цилиндрического обтекателя, что является резервом для дальнейшего совершенствования конструкции и оптимизации конфигурации стабилизатора с точки зрения увеличения дальности, повышения надежности функционирования и несущих свойств стабилизатора.
Общими признаками с предлагаемой авторами конструкцией стабилизатора PC является наличие в аналоге цилиндрического обтекателя с установленными на нем раскрывающимися дугообразными лопастями с проушинами.
Наиболее близким по технической сути и достигаемому техническому результату является аэродинамический стабилизатор реактивного снаряда залпового огня по патенту РФ №2313761, кл. МПК F42B 10/16, принятый авторами за прототип. Стабилизатор содержит обтекатель с пазами с установленными на нем складывающимися (раскрывающимися) дугообразными лопастями. В пазах в обтекателе выполнены фиксаторы клиновидной формы с расширением во входной части до 1,17…1,7 толщины ушка (проушины) лопасти.
Задачей данного технического решения являлось создание стабилизатора PC, обеспечивающего повышение надежности фиксации лопастей в полете и заданной скорости вращения за счет клиновидного фиксатора, увеличение дальности стрельбы и повышение точности. Однако, при проектировании PC с гораздо большей дальностью полета и увеличенной в связи с этим скоростью происходит увеличение аэродинамических нагрузок, действующих на элементы конструкции стабилизатора, появляется необходимость поиска конструктивных решений, снижающих влияние аэроупругих явлений на разброс несущих свойств стабилизатора и аэробаллистических характеристик PC.
Общими признаками с заявляемым техническим решением являются наличие в стабилизаторе - прототипе цилиндрического обтекателя с клиновидными фиксаторами и установленными на нем раскрывающимися дугообразными лопастями с проушинами.
В отличие от прототипа в предлагаемом стабилизаторе реактивного снаряда передняя кромка каждой лопасти выполнена с изломом контура и состоит из нижней части, прилегающей к обтекателю, с углом стреловидности по отношению к нормали к продольной оси обтекателя, не превышающим 5°, и длиной 0,3…0,6 высоты развертки лопасти, и верхней части с углом стреловидности по отношению к нормали обтекателя, равным 10°…35°, толщина лопасти в концевой части составляет 0,25…0,60 ее толщины в районе корневой хорды, а толщина обтекателя принята равной 0,5…1,0 толщины лопасти в районе корневой хорды, при этом длина паза клиновидных фиксаторов составляет 5…10 толщины обтекателя в месте контакта его с проушинами лопастей.
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 стабилизатора PC, позволяющего увеличить дальность полета, повысить надежность функционирования, улучшить характеристики кучности и точности стрельбы за счет уменьшения разброса коэффициента сопротивления стабилизатора и подъемной силы дугообразных лопастей, улучшить аэробаллистические характеристики путем уменьшения влияния аэроупругих возмущений на элементы конструкции.
Указанный технический результат достигается тем, что в стабилизаторе реактивного снаряда, содержащем дугообразные раскрывающиеся лопасти с проушинами, цилиндрический обтекатель с клиновидными фиксаторами, согласно изобретению передняя кромка каждой лопасти выполнена с изломом контура и состоит из нижней части, прилегающей к обтекателю, с углом стреловидности по отношению к нормали к продольной оси обтекателя, не превышающим 5°, и длиной 0,3…0,6 высоты развертки лопасти и верхней части с углом стреловидности по отношению к нормали обтекателя, равным 10°…35°, толщина лопасти в концевой части составляет 0,25…0,60 ее толщины в районе корневой хорды, а толщина обтекателя принята равной 0,5…1,0 толщины лопасти в районе корневой хорды, при этом длина паза клиновидных фиксаторов составляет 5…10 толщины обтекателя в месте контакта его с проушинами лопастей.
Новая совокупность конструктивных элементов, а также наличие связей между параметрами стабилизатора PC позволяют, в частности, за счет выполнения:
- передней кромки каждой лопасти с изломом контура и состоящей из нижней части, прилегающей к обтекателю, с углом стреловидности по отношению к нормали к продольной оси обтекателя, не превышающим 5°, и длиной 0,3…0,6 высоты развертки лопасти и верхней части с углом стреловидности по отношению к нормали обтекателя, равным 10°…35°, -обеспечить увеличение координаты центра давления PC при равных с прототипом значениях числа Маха, а следовательно, повышение устойчивости PC в связи с увеличением скорости полета, не увеличивая при этом лобовое сопротивление лопастей стабилизатора, повысить жесткость лопастей на изгиб и кручение. Выполнение нижней части передней кромки лопасти с углом стреловидности, не превышающим 5°, и длиной свыше 0,6 высоты развертки лопасти приводит к увеличению лобового сопротивления стабилизатора и потере дальности, хотя устойчивость PC при этом повышается. При длине нижней части кромки менее 0,3 высоты развертки происходит уменьшение подъемной силы стабилизатора. Увеличение угла стреловидности верхней части передней кромки свыше 35° приводит к смещению координаты центра давления PC к носовой части, уменьшению подъемной силы стабилизатора, ухудшению устойчивости PC. При угле стреловидности передней кромки менее 10° также увеличивается лобовое сопротивление стабилизатора, и происходит потеря дальности стрельбы;
- толщины лопасти в концевой части, равной 0,25…0,60 ее толщины в районе корневой хорды, - уменьшить сопротивление лопастей стабилизатора и увеличить дальность стрельбы при обеспечении равно прочности лопасти вдоль размаха. Выполнение толщины лопасти в концевой части менее 0,25 толщины в районе корневой хорды приводит к снижению ее жесткости, искривлению в условиях воздействия аэродинамического нагрева, появлению крутильных колебаний относительно оси, перпендикулярной продольной оси обтекателя, что приводит к увеличению сопротивления и потере дальности стрельбы. Колебания лопасти при недостаточной ее жесткости и обтекателя являются причиной выхода лопасти из клиновидного фиксатора при увеличении скорости полета при разработке PC с увеличенной дальностью. При увеличении толщины в концевой части лопасти свыше 0,60 ее толщины в районе корневой хорды происходит увеличение сопротивления лопастей стабилизатора и потере дальности стрельбы, увеличению веса лопастей и смещению координаты центра масс PC к хвостовой части, уменьшая при этом его запас устойчивости;
- цилиндрического обтекателя толщиной, равной 0,5…1,0 толщины лопасти в районе корневой хорды, - уменьшить вес стабилизатора путем оптимизации веса обтекателя и лопастей, повысить тем самым устойчивость PC за счет смещения координаты центра масс PC к его носовой части. Выполнение толщины обтекателя свыше 1,0 толщины лопасти в районе корневой хорды приводит к излишнему его весу и смещению координаты центра масс PC к хвостовой части, что снижает его запас устойчивости. При толщине обтекателя менее 0,5 толщины лопасти в районе корневой хорды происходит уменьшение его жесткости, увеличивается вероятность появления деформаций от действия аэродинамических нагрузок с учетом колебаний лопасти. Изгибные и крутильные колебания стабилизатора при этом за счет аэроупругих явлений приводят к локальному выходу лопастей из фиксатора, появлению углов атаки и потере дальности полета PC;
- длины паза клиновидных фиксаторов в пределах 5…10 толщины обтекателя в месте контакта его с проушинами лопастей - повысить надежность фиксации лопастей в обтекателе и исключить изменение угла установки лопастей относительно продольной оси обтекателя за счет деформации обтекателя от аэродинамических нагрузок. Увеличение длины паза фиксаторов свыше 10 толщин обтекателя нецелесообразно, так как приводит к ослаблению жесткости обтекателя при действии крутящего аэродинамического момента. Выполнение длины паза клиновидных фиксаторов менее 5 толщин обтекателя увеличивает взаимное воздействие на контактирующие поверхности обтекателя и лопастей, происходит увеличение деформаций и разброс заданного угла установки лопастей относительно продольной оси обтекателя, влияющего на угловую скорость вращения PC.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 изображен общий вид стабилизатора реактивного снаряда, на фиг. 2 показана развертка лопасти.
1
2
2
Стабилизатор содержит дугообразные раскрывающиеся лопасти 1 с проушинами 2, цилиндрический обтекатель 3 с клиновидными фиксаторами 4. Передняя кромка каждой лопасти 1 выполнена с изломом контура и состоит из нижней части 5, прилегающей к обтекателю 3, с углом стреловидности α<5° по отношению к нормали к продольной оси обтекателя 3 и длиной L=(0,3…0,6)L, где L - высота развертки лопасти 1, и верхней части 6 с углом стреловидности β=10°…35°.
1
2
2
3
3
3
3
Толщина лопасти 1 в концевой части составляет t=(0,25…0,60)t, где t - толщина лопасти в районе корневой хорды. Толщина обтекателя 3 принята равной t=(0,5…1,0) толщины лопасти в районе корневой хорды. Длина паза клиновидных фиксаторов 4 составляет L=(5…10)t, где t - толщина обтекателя 3 в месте контакта его с проушинами 2 лопастей.
Предлагаемый стабилизатор реактивного снаряда работает следующим образом. После запуска, когда реактивный снаряд движется по направляющей пусковой трубы, дугообразные лопасти 1 с проушинами 2 стабилизатора находятся в сложенном положении и охватывают обтекатель 3 с клиновидными фиксаторами 4. После выхода из направляющей лопасти 1 раскрываются, проушины 2 входят в клиновидный фиксатор 4 и PC начинает движение по траектории, при этом передние кромки лопастей 1, выполненные с изломом контура в виде нижней части 5 и верхней 6 взаимодействуют с набегающим потоком воздуха, обеспечивая улучшение несущих свойств лопастей и устойчивое движение PC по траектории, исключая разброс коэффициента сопротивления и аэробаллистических характеристик PC.
При достижении максимальной скорости полета и возникновения больших аэродинамических сил за счет предложенной формы лопастей и соотношений геометрических параметров лопасти и обтекателя, повышения жесткости конструкции и снижения влияния аэроупругих явлений уменьшается разброс коэффициента сопротивления лопастей и подъемной силы, разброс угла установки лопастей к продольной оси PC, что приводит к повышению надежности функционирования. При этом улучшаются характеристики кучности и точности залповой стрельбы.
За счет предлагаемой формы передних кромок лопастей обеспечивается улучшение их несущих свойств и аэробаллистических характеристик PC при равных с прототипом значениях чисел Маха, скорости полета, что позволяет повысить дальность стрельбы при обеспечении необходимой устойчивости, повысить надежность функционирования и полет в допустимом безрезонансном диапазоне угловой скорости вращения.
Указанный положительный эффект подтвержден летно-конструкторскими испытаниями образцов реактивных снарядов залпового огня, выполненных в соответствии с предлагаемым изобретением.
Предложенное техническое решение позволило разработать снаряд с увеличенной дальностью стрельбы, улучшенной кучностью, точностью, повысить надежность функционирования.
В настоящее время разработана конструкторская документация, проведены испытания, намечено серийное производство.