УПРАВЛЯЕМЫЙ АРТИЛЛЕРИЙСКИЙ СНАРЯД
CONTROLLED SHELL

Изобретение относится к оборонной технике, в частности управляемым артиллерийским снарядам, оснащенным разгонным реактивным двигателем с пристыкованной к нему задней частью с блоком стабилизаторов, имеющим сопловые отверстия.
При компоновке управляемого артиллерийского снаряда, содержащего разгонный двигатель и заднюю часть с блоком стабилизаторов для обеспечения стыковки с другими отсеками снаряда, в частности с задней частью, по опорным буртикам, устанавливают разгонный двигатель, а на блоке стабилизаторов устанавливают обтюрирующий поясок, состоящий из стального кольца и уплотнительного элемента, при этом поясок опирается передним торцом кольца на двигатель. Управляемый артиллерийский снаряд при вылете из канала ствола и при дальнейшем полете должен выдерживать нагрузки как возникающие при старте, так и действующие далее во время нахождения снаряда на траектории полета.
В момент выстрела внутри снаряда возникает система нагрузок, определяющей из которых является перегрузка. Получающаяся в итоге результирующая сила действует на стык двигателя и блока стабилизаторов, в результате чего в них возникают напряжения, причем из-за того, что блок стабилизаторов изготавливают из менее прочного материала, возможна перенапряженность блока стабилизаторов в районе стыка.
Известен управляемый артиллерийский снаряд (патент №2103653 от 27.01.1998 г.), выбранный в качестве прототипа. Он содержит разгонный двигатель, состыкованный с задней частью снаряда, содержащей блок стабилизаторов, на наружной поверхности которой установлен скользящий обтюратор, при этом разгонный двигатель опирается на заднюю часть по двум прямым буртикам. Недостатком прототипа является возможность возникновения высоких напряжений в блоке стабилизаторов, которые могут привести к сильной деформативности материала в передней, прилегающей к буртику, части блока, что приведет к заклиниванию обтюрирующего пояска и нестабильному поведению снаряда при вылете из канала ствола и на траектории.
Задачей данного изобретения является обеспечение достаточной прочности стыка между разгонным двигателем и блоком стабилизаторов, следствием чего будет являться стабильная и надежная работа обтюрирующего пояска, отвечающего за выход снаряда на траекторию и его дальнейшее поведение на ней.
Решение этой задачи при прямых буртиках требует увеличения их ширины, что невозможно, т.к. этому мешают сопловые отверстия с одной стороны и ведущий поясок - с другой.
Это достигается тем, что в управляемом артиллерийском снаряде, содержащем разгонный двигатель, состыкованный с задней частью снаряда, содержащей блок стабилизаторов, на наружной поверхности которой установлен скользящий обтюратор, при этом разгонный двигатель опирается на заднюю часть по двум опорным буртикам, новым является то, что опорные буртики выполнены наклонными, причем в разгонном двигателе сделано углубление, в которое заходит своим буртиком блок стабилизаторов. Углубление в разгонном двигателе выполнено с возможным диапазоном 1,5-3 мм, а угол наклона буртиков рассчитывается по формуле:
Угол наклона рассчитан так, чтобы обеспечить необходимый запас прочности при работе двигателя, а углубление определяется условиями компоновки.
Упрочнение достигается за счет увеличения наклонных площадок, на которых действуют касательные напряжения, определяющие прочность стыка, а углубление исключает расплющивание опорных буртиков под обтюрирующим пояском.
Данное изобретение поясняется чертежами.
На фиг.1:
1 - разгонный двигатель;
2 - уплотнительный элемент;
3 - стальное кольцо;
4 - задняя часть снаряда;
5 - резьба;
6 - опорный буртик:
7 - герметизирующая резинка;
8 - сопловое отверстие.
Одним из преимуществ данного технического решения, показанном на фиг.1, является то, что при внедрении нового механизма стыка узлов снаряда габариты и расположение стального кольца (3) и уплотнительного элемента (2), составляющих обтюрирующий поясок (который очень сложен в своей отработке), остаются такими же, как и в прототипе: наружные диаметры посадки пояска на двигателе и блоке остаются прежними, как и размеры самого пояска, кольцо которого так же в начальном своем положении опирается передним торцом на двигатель снаряда.
В разгонном двигателе (1) сделано углубление h с возможным диапазоном от 1,5 до 3 мм, куда заходит опорный буртик (6) задней части снаряда (4) с углом подъема θ° с соответствующими углублению углами от 6° до 8°. Диапазоны этих величин определялись из условий обеспечения достаточной прочности двигателя и задней части, а также из условий компоновки снаряда. При этом размеры и расположение обтюрирующего пояска остаются неизменными, как и в прототипе.
Угол и заглубление определяются из анализа задней части снаряда, которая имеет менее прочный материал, чем двигатель (фиг.2). Напряжения в ее наклонном сечении АВ определяются из условий равновесия треугольного элемента АВС. Для касательного напряжения при этом получается формула
где:
k
σ - контактное напряжение;
θ - угол подъема опорного буртика;
β - угол между опорным буртиком и сечением АВ.
Из условия
получается угол
при котором напряжение (1) достигает максимума
где:
x
σ - контактные напряжения, получающиеся, если стык оформлен в виде прямых буртиков;
где:
p
τ - разрушающие касательные напряжения;
max
τ - максимальные касательные напряжения;
f - нормативный запас прочности (взят из стандарта предприятия для прочности, оцениваемой в металлических конструкциях);
Учитывая силы, действующие на стык, получаем выражение:
В результате, подставляя формулы (5), (6), (7) и (8) в (4), получаем выражение для угла θ°:
где:
f - нормативный запас прочности (взят из стандарта предприятия для прочности, оцениваемой в металлических конструкциях);
g - ускорение свободного падения, ;
N - перегрузка (взята из расчетов внутренней баллистики снаряда);
m - масса наседающих частей, кг;
P - давление в двигателе (взято из расчетов внутренней баллистики снаряда), Па;
D - минимальный наружный диаметр корпуса, м;
d - минимальный наружный диаметр задней части под обтюрирующим пояском, м;
k
D - наружный диаметр поверхности контакта, м;
k
d - внутренний диаметр поверхности контакта, м;
p
σ- растягивающее разрушающее напряжение материала, из которого изготавливается сопловой блок, Па.
Оно определяется по формуле:
,
где:
0,2
σ - предел текучести материала, Па;
ψ - относительное сужение материала;
δ - относительное удлинение материала;
α - параметр диаграммы деформирования материала.
Данные по характеристикам материала записаны в конструкторской документации.
k
Заглубление h в расчете учитывалось путем пересчета массы разгонного двигателя, в результате чего изменялись контактные напряжения σ.
В итоге, зная величину заглубления h, мы определяем минимальный угол θ, при котором будет выполняться требование по запасу прочности.
Минимальная величина заглубления выбиралась из тех соображений, что при небольшом ее значении (~1 мм), имея даже достаточный запас прочности, материал задней части снаряда при больших перегрузках может «поплыть», что чревато негативным влиянием его на обтюрирующий поясок, и для предотвращения этого явления заглубление в корпусе согласно условиям компоновки сделано по возможности больше. Максимальная величина заглубления ограничена условием расположения герметизирующей резинки (7) и расположенной за ней резьбой (5), в результате чего и получается интервал по h и соответствующему ему углу θ°.
Таким образом, данное техническое решение позволяет снизить напряжения и деформации в стыке до уровня, обеспечивающего прочность этого стыка, а также надежное функционирование обтюрирующего пояска благодаря исключению возможности выбора радиального зазора между ним и блоком стабилизаторов.
Источники информации
1. Патент РФ №2103653.