Способ коррекции эллипса рассеивания артиллерийских вращающихся снарядов
METHOD OF CORRECTION OF ELLIPSE OF SCATTERING OF ARTILLERY ROTATING PROJECTILES

Изобретение относится к боеприпасам ствольной артиллерии и может быть использовано во взрывателях артиллерийских снарядов.
С целью коррекции траектории снарядов в последнее время появилось ряд разработок, обеспечивающих торможение снарядов на ниспадающей части траектории полета с помощью тормозных устройств, устанавливаемых во взрыватель снаряда. Включение таких тормозных устройств обеспечивается дистанционными устройствами, аналогичными используемым в дистанционных взрывателях (Кузнецов Н.С.Перспективы применения дистанционных взрывательных устройств // Научно-технический сборник ГНЦ РФ ФГУП «ЦНИИХМ им. Д.И. Менделеева» //Боеприпасы, №1, 2016 г., с. 64-68.). При этом для своевременного включения тормозного устройства необходимо точно знать конкретные параметры движения каждого снаряда. В результате включения тормозных устройств происходит уменьшение скорости поступательного и вращательного движения снаряда, и, тем самым, уменьшается эллипс рассеивания снарядов. Причем рассеивание по дальности уменьшается за счет уменьшения дальности стрельбы (торможение). А уменьшение бокового рассеивания снарядов, вызываемого, как правило, деривацией осуществляется за счет уменьшения скорости вращения снаряда.
Деривацией называется боковое отклонение продолговатого снаряда от плоскости бросания, вызываемое вращательным движением снаряда в воздухе. На деривацию в частности, влияют следующие факторы:
1). Шаг нарезов в стволе оружия. Чем круче нарезка, тем сильнее деривация.
2). Вес снаряда. Тяжелые снаряды меньше отклоняются деривацией, и при равном калибре это отклонение будет тем меньше, чем больше вес снаряда.
3). Возвышение ствола орудия при стрельбе - так называемый, «угол бросания». Чем он больше, тем меньше деривация. При стрельбе вертикально вверх (угол бросания равен 90°) вследствие отсутствия опрокидывающего момента в действии сопротивления воздуха деривации нет вообще.
4). Температура воздуха. Чем она ниже, тем, как правило, сильнее деривация.
5). Встречный ветер усиливает деривацию.
6). Величина деривации зависит от дальности стрельбы.
7). Величина деривации зависит и от вида траектории. При мортирной стрельбе она значительно возрастает. Так, например, при стрельбе из 152-мм гаубицы-пушки обр. 1937 г. на дальность 10 км (заряд пятый) при угле возвышения меньше 45° деривация равна 120 м, а при угле возвышения больше 45° - 310 м.
В связи с этим, вопрос коррекции траектории вращающихся снарядов остается актуальным.
Как правило, включение тормозного устройства проводится на ниспадающей части траектории движения снаряда. Применяемые в настоящее время тормозные устройства представляют собой сложные электромеханические устройства, которые серьезно усложняют конструкцию взрывателя и имеют большие габариты. Рост габаритов взрывателя осуществляется за счет уменьшения боевой части снаряда, что понижает его эффективность. Кроме того, использование таких тормозных устройств сопровождается появлением радиопомех, возникающих при трении подвижных частей тормозного устройства, что приводит к ложным срабатываниям применяемых радиозрывателей, и, как следствие, к траекторным подрывам снаряда.
С целью решения этих негативных проблем предлагается новый способ коррекции снарядов, как по дальности, так и по «боку».
Автором разработан ряд способов определения момента включения тормозного устройства, устанавливаемого в головной взрыватель с учетом положения конкретного снаряда на траектории. При этом момент включения такого устройства можно выбрать на любом участке траектории движения (Кузнецов Н.С. Предложения по созданию дистанционных взрывателей //Научно-технический сборник ГНЦ РФ ФГУП «ЦНИИХМ им. Д.И. Менделеева», Боеприпасы, Спец. вып., 2018 г., с. 10-20; Кузнецов Н.С.Предложения по коррекции движения снарядов реактивных систем залпового огня //Научно-технический сборник ГНЦ РФ ФГУП «ЦНИИХМ им. Д.И. Менделеева», Боеприпасы, Спец. вып., 2018 г., с. 28-34).
В предлагаемом способе коррекции траектории артиллерийских вращающихся снарядов, обусловленном наличием деривации, торможение движения снаряда осуществляется импульсно самим снарядом, за счет увеличения площади сечения снаряда в направлении его бокового движения и уменьшения скорости вращения снаряда. При этом снаряд импульсно поворачивается носовой частью вниз (в сторону падения), площадь сечения его возрастает, и, как следствие, увеличивается сопротивление движению снаряда в направлении бокового сноса, т.е. появляется торможение, а также за счет импульсного воздействия в направлении, противоположном направлению вращения, происходит торможение скорости вращения. После импульсной коррекции снаряд движется по баллистической траектории. Такое техническое решение имеет габариты намного меньшие по сравнению, например, с применяемыми выдвижными пластинами. Кроме того, такая импульсная коррекция не влияет на работу неконтактных радиовзрывателей.
Важным моментом при осуществлении такой коррекции является выбор участка траектории, на котором необходимо выполнять коррекцию. В предлагаемом техническом решении этот участок выбирается на траектории движения снаряда после прохода им максимальной высоты, в начале направленного падения к Земле. Выбор этого участка траектории для выполнения коррекции обусловлен тем, что конкретное положение снаряда на траектории определяется именно этой точкой (максимумом высоты), на положение которой влияют различные факторы для конкретного выстрела. Такая коррекция будет выполнять подгонку фактического положения снаряда к рассчитанной идеальной траектории, и будет учитывать степень отклонения снаряда от этой идеальной траектории. Кроме того, на максимальной высоте плотность атмосферы минимальна, и, естественно, сопротивление движению снаряда минимально, что позволяет использовать для коррекции миниатюрные импульсные пороховые двигатели малой мощности, с короткими временами работы. Такой участок необходимо выбирать в промежутке времени падения от 2-х до 3-х секунд после прохождения максимума высоты. Этот промежуток времени обеспечивает снижение снаряда по траектории на две три барические ступени. Барическая ступень представляет собой высоту, на которую надо подняться или опуститься, чтобы давление изменилось на один гектопаскаль или миллиметр ртутного столба. В диапазоне высот полета снарядов до 7 км барическая ступень составляет примерно 15 м на 1 мм. рт.ст.
м
м
P1
P2
P1
P2
1
2
1
2
2
м
Для надежного определения перехода кривой траектории движения снаряда через максимум целесообразно непрерывно выполнять измерение давления в зоне снаряда, и по изменению этого давления проводить определение времени Т, соответствующего наступлению максимума высоты. При этом используют соотношение: Т=(t+t)/2, где t и t - моменты времени полета снаряда, при которых давления в зоне полета снаряда равны, т.е. p=р. Причем р выбирается на участке возрастания высоты полета снаряда, а величина р фиксируется на ниспадающем участке траектории. Целесообразно, чтобы величина этого давления р была в пределах одной барической ступени (один миллиметр ртутного столба), что соответствует опусканию снаряда вниз на 15-20 метров. При этом время опускания снаряда на 20 м происходит примерно за две секунды. Этим определяется минимальная граница времени начала торможения после прохода снарядом максимальной высоты (после наступления времени Т).
м
р
м
По данным вычисления величины Т определяется время коррекции, которое для каждого снаряда вычисляется по заданному алгоритму, по величине отклонения от расчетного значения Т. Разница в коррекции снарядов по времени при постоянных условиях стрельбы не превышает одной секунды. Этим положением определяется другая граница времени начала коррекции (до 3 с после Т).
Как известно, действие силы сопротивления воздуха на движущийся вращающийся снаряд непрерывно. При этом головная часть снаряда описывает круг, а ось снаряда - конус с вершиной в центре тяжести. Происходит, так называемое, медленное коническое (прецессионное) движение, благодаря чему случайный угол отклонения оси не увеличивается и снаряд как бы следит за изменением кривизны траектории, т.е. всегда летит головой вперед.
Поэтому, снаряд на ниспадающей части траектории постепенно поворачивается в воздухе головной частью вниз и в сторону вращения, обладая при этом гироскопической устойчивостью.
Следует отметить, что при воздействии на гироскоп внешней силы его ось отклоняется в ту сторону, где окажется получившая импульс точка, через 3/4 оборота (см. фиг. 1). Причем, отклонение будет тем больше, чем сильнее действие внешней силы.
Фиг. 1. Схема, поясняющая поворот оси снаряда при импульсном воздействии в крайней нижней точке головного взрывателя вращающегося снаряда.
Предлагается воспользоваться этими свойствами снаряда для осуществления коррекции его траектории, а именно, путем кратковременного приложения силы к носовой части снаряда (на головной взрыватель). Такую силу в предлагаемом техническом решении предлагается осуществлять за счет включения импульсного реактивного двигателя, установленного во взрыватель. При этом выходное сопло двигателя выходит на боковую поверхность взрывателя и при срабатывании этого двигателя осуществляет импульсный толчок в эту зону взрывателя. Обладающий свойствами гироскопа снаряд в момент такого толчка импульсно повернет свою ось в сторону, находящуюся на 270° дальше по направлению вращения снаряда. Таким способом определяется направление коррекции оси снаряда, и, как следствие, траектории снаряда. Наиболее целесообразно использовать малогабаритные пороховые реактивные двигатели. Аналоги таких двигателей успешно используются, например, для коррекции 152 мм артиллерийского снаряда, шифр «Сантиметр».
Для выбора момента коррекции вращающегося снаряда используют датчик Холла, который устанавливают на поверхность взрывателя. Эти датчики чувствительны к воздействию магнитного поля Земли. Максимальное значение информативного параметра датчика Холла будет в момент, когда он будет находиться на нижней части снаряда по отношению к Земле. В конструкции взрывателя с коррекцией «по боку» датчик Холла расположен в зоне реактивного двигателя. Такое расположение датчика и двигателя позволяет включать последний в тот момент, когда показания датчика Холла максимальны.
Включение пороховых двигателей осуществляется с помощью серийных электровоспламенителей, применяемых в артиллерийских боеприпасах, например, электровоспламенитель ЭВ-32.
Включение импульсного двигателя приведет к резкому повороту оси снаряда влево. При этом сопротивление движению снаряда возрастет из-за увеличения площади сечения в направлении движения вперед за счет деривации, и снаряд будет продолжать движение по более крутой траектории. Тем самым, будет обеспечена коррекция, которая позволит уменьшить рассеивание снарядов «по боку». Кроме того, уменьшение бокового отклонения будет обеспечиваться уменьшением скорости вращения снаряда, которое возникнет в момент воздействия импульса реактивного двигателя. Сила торможения вращения, направленная против направления вращения снаряда, появляется за счет касательной составляющей импульса двигателя, повернутого в плоскости взрывателя перпендикулярно оси снаряда, под углом к касательной в точке расположения двигателя. Этот угол α, если смотреть по направлению против вращения снаряда, будет находиться в пределах менее 90°.
Таким образом, установка описанным выше способом как минимум одного импульсного реактивного двигателя во взрыватель, при своевременном его включении, обеспечит коррекцию траектории вращающегося снаряда в направлении уменьшения величины его деривации по сравнению с идеально рассчитанной траекторией.
Изложенные сведения о заявленном изобретении, охарактеризованном в независимом пункте формулы, свидетельствуют о возможности его осуществления с помощью описанных в заявке и известных средств и методов. Следовательно, заявленный способ соответствует условию промышленной применимости.