СВЕРХЗВУКОВОЙ РЕАКТИВНЫЙ СНАРЯД
SUPERSONIC PROJECTILE

Изобретение относится к области ракетной техники, а именно к реактивным снарядам реактивных систем залпового огня.
Объект изобретения представляет собой сверхзвуковой реактивный снаряд с увеличенной дальностью стрельбы, повышенной боевой эффективностью и улучшенными характеристиками точности.
Боевая эффективность реактивного снаряда зависит от получения осколочного поля с заданными характеристиками, а при залповой стрельбе от характеристик точности и кучности  (Гогин В., Федосеев А. Перспективы развития реактивных систем залпового огня - «Зарубежное военное обозрение», №1, 1995 г.).
Известны реактивные снаряды М8, М13, обеспечивающие поражение площадных и крупноразмерных целей (см., например, Куров В.Д., Должанский Ю.М. Основы проектирования пороховых ракетных снарядов. – М.: Оборонгиз, 1961, с. 11), содержащие корпус с заостренной носовой частью, реактивный двигатель, жестко скрепленный с двигателем стабилизатор.
Наличие нераскрывающегося стабилизатора не позволяет разместить на пусковой установке большое количество снарядов, что снижает эффективность применения реактивной системы.
Общими признаками с предлагаемой авторами конструкцией сверхзвукового реактивного снаряда является наличие в составе аналогов корпуса с заостренной носовой частью, реактивного двигателя и стабилизатора.
Известен реактивный снаряд системы залпового огня М-210Ф (см. Боевая машина БМ-21. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. – М.: Военное издательство МО СССР, 1977, с. 74-75). Он содержит головную часть, реактивный двигатель, стабилизатор с раскрывающимися дугообразными лопастями. Лопасти установлены под определенным углом к продольной оси снаряда для придания ему вращения и повышения точности за счет компенсации эксцентриситетных возмущений.
Тенденция увеличения дальности и повышения точности стрельбы привела к необходимости разработки сверхзвуковых реактивных снарядов с аэродинамическими рулями. За счет отклонения рулей появляется балансировочный угол атаки и происходит полет снаряда на большую дальность в режиме подпланирования.
Известны снаряды по патентам РФ №2291381, №2302606, содержащие корпус, рули, реактивный двигатель, стабилизатор.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому сверхзвуковому реактивному снаряду является снаряд по патенту РФ №2291381 (заявка от 13.04.2005 г.), содержащий корпус, рули, реактивный двигатель, стабилизатор с плоскими лопастями (р.ж. «Изобретения стран мира», 2007 г., №1, кл. МПК F42B), принятый авторами за прототип.
Носовая часть снаряда выполнена притупленной и содержит кольцевой пилон перед рулями для создания дополнительной подъемной силы. Рули расположены на цилиндрическом участке корпуса в его передней части. Указанный снаряд обладает большим коэффициентом сопротивления и предназначен для полета с дозвуковыми скоростями на небольшую дальность.
Общими признаками с предлагаемой авторами конструкцией сверхзвукового реактивного снаряда является наличие в прототипе корпуса, рулей, реактивного двигателя, стабилизатора.
р
p
В отличие от прототипа в предлагаемом сверхзвуковом реактивном снаряде рули размещены на заостренной носовой части корпуса на расстоянии от переднего торца снаряда, выбираемом в пределах значений, рассчитываемых по формуле: , при этом каждый из них снабжен аэродинамическим обтекателем, выполненным в виде тела вращения, выступающего за переднюю кромку руля на величину (0,10…0,25)а, а продольная ось смещена от корневой хорды на расстояние (0,15…0,35)b, дугообразные лопасти стабилизатора смещены от донного среза реактивного двигателя в сторону носовой части корпуса на (0,3…0,6)d и закреплены на осях, параллельных продольной оси корпуса снаряда, при этом дугообразные лопасти стабилизатора ориентированы выпуклыми поверхностями в направлении по часовой стрелке на виде сзади, где:
p
L - расстояние от носовой части до середины корневой хорды рулей;
ц.м
L - расстояние от носовой части снаряда до его центра масс после выгорания топлива реактивного двигателя;
L - длина снаряда;
стаб
L - расстояние от носовой части снаряда до середины корневой хорды лопастей стабилизатора;
- относительная площадь проекций 2-х лопастей стабилизатора;
стаб
S - площадь проекций 2-х лопастей стабилизатора;
- площадь миделевого сечения реактивного снаряда;
d - калибр снаряда;
к=(8…16)[1+0,1(n-3)] - коэффициент, учитывающий количество лопастей стабилизатора;
лоп
n=3…6 - количество лопастей стабилизатора;
- относительная площадь 2-х рулей;
p
S - площадь проекций 2-х противоположных рулей;
p
b - размах одного руля;
р
а - длина корневой хорды руля.
Это позволяет сделать вывод о наличии причинно-следственной связи между совокупностью существенных признаков заявляемого технического решения и достигаемым техническим результатом.
Задачей предлагаемого изобретения является увеличение дальности стрельбы за счет рационального выбора соотношений геометрических параметров планера и обеспечения максимального аэродинамического качества, повышение боевой эффективности за счет снижения разброса аэробаллистических характеристик и повышение точности стрельбы.
р
p
Указанный технический результат достигается тем, что в сверхзвуковом реактивном снаряде, содержащем корпус с заостренной носовой частью, аэродинамические рули, реактивный двигатель, стабилизатор с раскрывающимися дугообразными лопастями, согласно изобретению рули размещены на заостренной носовой части корпуса на расстоянии от переднего торца снаряда, выбираемом в пределах значений, рассчитываемых по формуле: , при этом каждый из них снабжен аэродинамическим обтекателем, выполненным в виде тела вращения, выступающего за переднюю кромку руля на величину (0,10…0,25)а, а продольная ось смещена от корневой хорды на расстояние (0,15…0,35)b, дугообразные лопасти стабилизатора смещены от донного среза реактивного двигателя в сторону носовой части корпуса на (0,3…0,6)d и закреплены на осях, параллельных продольной оси корпуса снаряда, при этом дугообразные лопасти стабилизатора ориентированы выпуклыми поверхностями в направлении по часовой стрелке на виде сзади, где:
p
L - расстояние от носовой части до середины корневой хорды рулей;
ц.м
L- расстояние от носовой части снаряда до его центра масс после выгорания топлива реактивного двигателя;
L - длина снаряда;
стаб
L - расстояние от носовой части снаряда до середины корневой хорды лопастей стабилизатора;
- относительная площадь проекций 2-х лопастей стабилизатора;
стaб
S - площадь проекций 2-х лопастей стабилизатора;
- площадь миделевого сечения реактивного снаряда;
d - калибр снаряда;
к=(8…16)[1+0,1(n-3)] - коэффициент, учитывающий количество лопастей стабилизатора;
лоп
_
n=3…6  количество лопастей стабилизатора;
- относительная площадь 2-х рулей;
p
S - площадь проекций 2-х противоположных рулей;
p
b - размах одного руля;
р
а - длина корневой хорды руля.
Авторы предлагаемого изобретения провели экспериментальные исследования на моделях реактивного снаряда в аэродинамической трубе, расчетные исследования, направленные на поиск решений, позволяющих увеличить дальность стрельбы, повысить боевую эффективность и точность.
Новая совокупность конструктивных элементов, а также наличие связей между параметрами заявляемого сверхзвукового реактивного снаряда позволили, в частности, за счет выполнения:
- установки рулей на заостренной носовой части корпуса на расстоянии от переднего торца снаряда, выбираемом в пределах значений, рассчитываемых по формуле: , обеспечить увеличение дальности за счет рационального выбора соотношений геометрических параметров планера и обеспечения максимального аэродинамического качества при полете на балансировочных углах атаки в режиме подпланирования. Выполнение расстояния от переднего торца снаряда до рулей менее величины, рассчитанной по приведенной формуле, приводит к ухудшению устойчивости снаряда, потере дальности за счет увеличения угла атаки и роста сопротивления. Увеличение расстояния от переднего торца снаряда до места установки рулей свыше значений, рассчитанных по указанной формуле, приводит к уменьшению аэродинамического качества за счет полета на меньших нерасчетных углах атаки, ухудшению точности стрельбы и снижению боевой эффективности реактивного снаряда. Для компенсации этого необходимо увеличивать геометрические параметры стабилизатора, что приводит к увеличению сопротивления снаряда и потере дальности, увеличению нагрузок на лопасти и деформации элементов конструкции, увеличению веса стабилизатора и т.п.;
р
p
р
р
р
p
- рулей с аэродинамическим обтекателем, выполненным в виде тела вращения, выступающего за переднюю кромку руля на величину (0,10…0,25)а, а продольная ось которого смещена от корневой хорды на расстояние (0,15…0,35)b, - обеспечить снижение аэродинамических нагрузок на рули и защиту от аэродинамического нагрева, обеспечить минимальные габаритно-массовые характеристики рулей, позволяющие увеличить в связи с этим вес боевой части и повысить боевую эффективность реактивного снаряда. При длине выступания обтекателя за переднюю кромку руля менее 0,10а и выполнение смещения его оси вне указанных выше пределов приводит к росту нагрузок на рули и их аэродинамическому нагреву. Увеличение длины выступания обтекателя за переднюю кромку руля более 0,25а нецелесообразно, так как при этом происходит влияние его на аэродинамические характеристики компоновки в целом. Выполнение расстояния от корневой хорды руля до оси обтекателя менее 0,15b приводит к дополнительному увеличению сопротивления за счет интерференции обтекателя с корпусом снаряда и потере дальности стрельбы. Увеличение расстояния свыше 0,35b приводит к увеличению аэродинамических нагрузок и параметров аэродинамического нагрева в корневой части рулей;
- стабилизатора в виде раскрывающихся дугообразных лопастей, смещенных от донного среза реактивного двигателя в сторону носовой части корпуса на (0,3…0,6)d,
- повысить точность стрельбы, уменьшить отрицательное воздействие струи реактивного двигателя на разброс аэродинамических характеристик стабилизатора и компоновки в целом. Смещение лопастей стабилизатора в сторону носовой части корпуса снаряда свыше 0,6d от донного среза реактивного двигателя приводит к смещению координаты центра давления снаряда к носовой части корпуса, уменьшению стабилизирующего момента, ухудшению устойчивости и для их компенсации необходимо увеличивать параметры стабилизатора. Это приводит к увеличению сопротивления снаряда и потере дальности. Выполнение расстояния менее 0,3d приводит к отрицательному воздействию струи реактивного двигателя на разброс аэродинамических характеристик стабилизатора, снижению его несущих характеристик, ухудшает точность стрельбы и снижает боевую эффективность снаряда;
- крепления лопастей на осях, параллельных продольной оси корпуса снаряда, а ориентации дугообразных лопастей стабилизатора выпуклыми поверхностями в направлении по часовой стрелке на виде сзади - обеспечить уменьшение сопротивления лопастей стабилизатора и увеличить тем самым дальность стрельбы, обеспечить действие вращающего момента от дугообразных лопастей стабилизатора при нулевом угле их установки в сторону заворачивания резьб составных частей снаряда, что повышает надежность его функционирования, обеспечить требуемый диапазон угловой скорости вращения снаряда.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлен общий вид сверхзвукового реактивного снаряда.
Реактивный снаряд состоит из корпуса 1 с заостренной носовой частью, рулей 2, аэродинамического обтекателя 3, выполненного в виде тела вращения, реактивного двигателя 4, стабилизатора 5 с дугообразными раскрывающимися лопастями 6. Рули 2 размещены на заостренной носовой части корпуса 1 на расстоянии от переднего торца снаряда, рассчитываемого по предлагаемой авторами формуле:
1
р
2
p
р
р
Аэродинамический обтекатель 3 каждого руля 2 выступает за переднюю его кромку на величину L=(0,10…0,25)а, а продольная ось обтекателя 3 смещена от корневой хорды руля на расстояние L=(0,15…0,35)b, где а - длина корневой хорды руля, b - размах одного руля.
3
Дугообразные лопасти 6 стабилизатора 5 смещены от донного среза реактивного двигателя 4 в сторону носовой части корпуса 1 на расстояние L=(0,3…0,6)d и закреплены на осях, параллельных продольной оси корпуса снаряда, при этом дугообразные лопасти 6 стабилизатора 5 ориентированы выпуклыми поверхностями 7 в направлении по часовой стрелке на виде сзади, где d - калибр снаряда.
Функционирование предлагаемого сверхзвукового реактивного снаряда происходит следующим образом. При вылете из трубчатой направляющей происходит раскрытие дугообразных лопастей 6 стабилизатора 5, в результате чего обеспечивается его устойчивый полет.
В расчетное время происходит отклонение рулей 2 на заданный угол, продольная ось корпуса 1 снаряда отклоняется вверх на балансировочный угол атаки и за счет аэродинамической подъемной силы происходит изменение вектора скорости и координат движения центра масс снаряда, в результате чего происходит полет снаряда с балансировочным углом атаки в режиме подпланирования по другой траектории, увеличивается дальность стрельбы за счет обеспечения максимального аэродинамического качества аэродинамической компоновки снаряда. Достигается это за счет выбора оптимального расположения рулей 2 на заостренной носовой части корпуса 1 относительно его переднего торца в указанных выше пределах, а также оптимального соотношения между геометрическими параметрами рулей 2 и лопастей 6 стабилизатора 5.
Наличие аэродинамического обтекателя 3 на каждом руле с указанными выше параметрами уменьшает аэродинамические нагрузки на них, защищает от аэродинамического нагрева в полете со сверхзвуковыми скоростями. Это позволяет обеспечить минимальные габаритно-массовые характеристики рулей, увеличить вес боевой части и повысить боевую эффективность реактивного снаряда.
За счет стабилизатора 5, выполненного в виде раскрывающихся дугообразных лопастей 6, закрепленных на осях, параллельных продольной оси корпуса снаряда и ориентированных выпуклыми поверхностями 7 в направлении по часовой стрелке на виде сзади, обеспечивается снижение сопротивления стабилизатора, снаряда в целом и происходит увеличение дальности стрельбы. За счет заданного смещения лопастей стабилизатора в сторону носовой части корпуса от донного среза реактивного двигателя исключается отрицательное воздействие на него реактивной струи двигателя, уменьшается разброс аэробаллистических характеристик снаряда, обеспечиваются заданные несущие свойства стабилизатора при минимальных его габаритно-массовых параметрах, повышается точность выведения снаряда на цель, происходит полет снаряда с заданными балансировочными углами атаки с максимальным аэродинамическим качеством в режиме подпланирования.
Указанный положительный эффект подтвержден летно-конструкторскими испытаниями образцов сверхзвуковых реактивных снарядов системы залпового огня, выполненных в соответствии с предлагаемым изобретением.
Предложенное техническое решение позволило разработать сверхзвуковой реактивный снаряд с увеличенной дальностью стрельбы за счет рационального выбора соотношений геометрических параметров планера и обеспечения максимального аэродинамического качества, повышенной боевой эффективностью за счет снижения разброса аэробаллистических характеристик, повышенной точностью стрельбы.