Отсек рулевого привода управляемой ракеты
COMPARTMENT OF CONTROLLED MISSILE STEERING DRIVE

Изобретение относится к области вооружения, конкретно к силовым элементам систем управления, и может быть использовано в управляемых летательных аппаратах (снарядах и ракетах) с аэродинамическими рулями.
В управляемых ракетах (УР), выполненных по аэродинамической схеме «утка», рулевой привод (РП) располагается в носовой части. При срабатывании боевой части (БЧ) на пути прохождения кумулятивной струи могут находиться детали РП, что снижает бронепробиваемость УР. С целью исключения помех на пути прохождения кумулятивной струи БЧ в центральной части РП, в области продольной оси УР, должно обеспечиваться свободное пространство.
Известны устройства силовых элементов систем управления летательных аппаратов (снарядов и ракет) с аэродинамическими рулями, например блок рулевого привода (БРП) управляемого снаряда по патенту РФ №2234672 от 20.08.2004 г. [1], близкий по технической сути к предлагаемому изобретению и принятый за прототип.
В данном прототипе описан отсек рулевого привода управляемой ракеты, который содержит шпангоут с установленными на нем якорем, расположенным перпендикулярно продольной оси ракеты и соединенным с рулями, и сердечниками с катушками, соединенными со шпангоутом крепежными элементами.
В центральной части якоря выполнено окно для прохождения кумулятивной струи боевой части. Неподвижная (статорная) часть электромагнита выполнена в виде двух двухполюсных сердечников с одной цилиндрической катушкой каждый, размещенных под якорем по обе стороны центрального окна, не перекрывая его. Два полюса каждого сердечника образуют с якорем рабочие зазоры, через которые замыкается магнитный поток. Все элементы РП установлены внутри корпуса, выполненного в виде цилиндрического шпангоута диаметром равным калибру ракеты.
Изобретение, по мнению авторов данного прототипа, повышает бронепробиваемость управляемого снаряда, так как детали конструкции БРП не создают препятствий на пути прохождения кумулятивной струи БЧ.
Основным недостатком прототипа является то, что продольные оси катушек расположены в плоскости перпендикулярной продольной оси снаряда. Это приводит к тому, что калибр снаряда неизбежно ограничивает длину катушек, а при наличии центрального окна для прохождения кумулятивной струи, свободного пространства для размещения сердечников с катушками, обеспечивающих требуемые мощностные характеристики БРП, может быть недостаточно.
Таким образом, используемое в прототипе конструктивное решение не позволяет получить развиваемый момент электромагнитного БРП больше определенного предела. Например, при необходимости повышения намагничивающей силы в связи с увеличением размеров, угла поворота рулей или скорости полета снаряда (или ракеты), требуется увеличивать число витков обмотки катушки и диаметр намоточного провода, что приводит к увеличению габаритных размеров катушки и, как следствие, невозможности ее размещения в исходном калибре снаряда (или ракеты) и частичному перекрытию центрального окна.
Указанный недостаток накладывает ограничения на размеры и угол поворота аэродинамических рулей, а также скорость полета УР, от которых зависит величина момента аэродинамической нагрузки, которую электромагнитный РП должен преодолевать с требуемой динамикой (временем срабатывания).
Задачей предлагаемого изобретения является повышение мощности РП за счет параметров обмотки, обеспечивающих увеличение намагничивающей силы, без изменения калибра УР и при сохранении бронепробиваемости БЧ.
Решение поставленной задачи достигается конструкцией отсека рулевого привода (ОРП), который содержит шпангоут с установленными на нем якорем, расположенным перпендикулярно продольной оси ракеты и соединенным с рулями, и сердечниками с катушками, соединенные со шпангоутом крепежными элементами, при этом новым является то, что шпангоут снабжен боковыми стойками с поперечной перекладиной между ними, на которую установлены шунты в виде планок, а также в отсек рулевого привода дополнительно введены два сердечника с катушками, расположенные параллельно продольной оси ракеты и установленные парами на планках, под каждое плечо якоря, с зазором. При этом начало обмотки одной катушки в паре соединено с концом обмотки другой катушки, а рабочие поверхности плоского якоря выполнены с угловым скосом равным углу поворота рулей.
Также планки установлены с возможностью регулировки положения относительно якоря и выполнены из магнитомягкого материала.
Установка пары сердечников с катушками с параметрами одной обмотки прототипа уже обеспечивает увеличение намагничивающей силы в два раза. При этом калибр УР не ограничивает длину катушек, что позволяет, без изменения центрального окна для прохождения кумулятивной струи БЧ, дополнительно повысить мощностные характеристики электромагнитного РП за счет изменения параметров обмотки (количества витков и диаметра обмоточного провода).
Конструктивная схема предлагаемого отсека представлена на фиг. 1-3. На фиг. 1 вид сбоку с сечением по обтекателю отсека и катушке, на фиг. 2 сечение перпендикулярно оси якоря, на фиг. 3 вид на устройство слева с сечением по крепежу.
Отсек рулевого привода, продольная ось которого совпадает с продольной осью УР, содержит:
1 - рули;
2 - наружный обтекатель;
3 - поперечная силовая перекладина;
4 - боковые стойки;
5 - кольцевой шпангоут;
6 - оси перпендикулярные продольной оси УР;
7 - якорь;
8 - крепежные винты;
9 - контровочные штифты;
10 - планки;
11 - цилиндрические сердечники;
12 - рабочие полюса;
13 - рабочие зазоры;
14 - цилиндрические катушки;
15 - отверстие для прохождения кумулятивной струи БЧ.
Наружный обтекатель 2 содержит опорный каркас, состоящий из поперечной силовой перекладины 3 на двух боковых стойках 4 на кольцевом шпангоуте 5, с установленным на нем плоским якорем 7, расположенным на осях 6 перпендикулярно продольной оси УР, в отверстиях на стойках, и соединенным с рулями 1. На перекладине с двух сторон установлены шунты в виде планок 10 из магнитомягкого материала, с возможностью регулировки их положения и фиксации относительно якоря, с помощью крепежных винтов 8 и контровочных штифтов 9. Для этого, отверстия в планках под крепежные винты выполняются прорезными. На каждой планке установлены по два цилиндрических сердечника 11 с рабочими полюсами 12 в виде торцевых шайб, образующие с якорем рабочие зазоры 13. На каждом сердечнике находится цилиндрическая катушка 14 в виде обмотки на каркасе. Рабочие поверхности якоря выполнены с угловым скосом равным углу поворота рулей. Полюса сердечников увеличивают площадь прилегания к рабочим поверхностям якоря, что снижает магнитное сопротивление в рабочих зазорах. Отверстия 15 в перекладине и якоре обеспечивают центральное сквозное окно через ОРП для прохождения кумулятивной струи БЧ.
Предлагаемое устройство работает следующим образом. При подаче управляющего напряжения на одну пару катушек 14, расположенных по одну сторону от оси якоря 7, возникает замкнутый магнитный поток, проходящий через сердечники 11 с планкой 10 и якорем 7. Якорь 7 притягивается к обоим полюсам пары сердечников 11 до упора, поворачивая рули 1 на определенный угол, преодолевая аэродинамический шарнирный момент на рулях 1. При подаче напряжения на другую пару катушек 14 и одновременном снятии напряжения с первой пары, происходит поворот рулей в другую сторону.
Конструкция предлагаемого ОРП имеет дополнительные преимущества по сравнению с прототипом. Так, в отличие от прототипа, в котором в качестве опорного каркаса используется сплошной тонкостенный цилиндрический шпангоут, ограничивающий доступ к внутренним деталям РП, в предлагаемом ОРП применена перекладина на стойках, связанных кольцевым шпангоутом, что обеспечивает не только жесткость конструкции, но и технологичность операций при сборке, настройке (после которых устанавливают наружный обтекатель) с целью повышения серийнопригодности ОРП. Кроме того, в прототипе используется консольное крепление к внутренним стенкам шпангоута массивных сердечников с катушками, что приведет к низкой виброустойчивости конструкции, а значит, и к нестабильной работе и отскокам якоря от упоров, то есть к снижению надежности БРП. Этот недостаток отсутствует в предлагаемом ОРП, в котором место крепления сердечников с катушками находится ближе к их центру масс.
Предлагаемый ОРП позволяет повысить мощность РП электромагнитного типа за счет параметров обмотки, обеспечивающих увеличение намагничивающей силы, без изменения калибра УР и при сохранении бронепробиваемости БЧ, а также повысить надежность и технологичность РП. Предлагаемое изобретение позволяет создать ряд унифицированных ОРП, различных по мощности, но в одном калибре.
Источник информации
1. Патент РФ №2234672 от 20.08.2004 г.