СВЕРХЗВУКОВОЙ УПРАВЛЯЕМЫЙ РЕАКТИВНЫЙ СНАРЯД
SUPERSONIC CONTROLLED PROJECTILE

Изобретение относится к области ракетной техники, а именно к управляемым реактивным снарядам реактивных систем залпового огня.
Объект изобретения представляет собой сверхзвуковой управляемый реактивный снаряд, выполненный по аэродинамической схеме «утка», повышенной дальности стрельбы и боевой эффективности с улучшенными характеристиками точности.
Боевая эффективность реактивного снаряда зависит от получения осколочного поля с заданными характеристиками, дальности стрельбы, 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 головную часть с заостренной носовой частью, реактивный двигатель, стабилизатор. Длина заостренной оживальной носовой части составляет 1,6 калибра снаряда и при скорости полета, соответствующей числам Маха М=1,0…1,2, существенную долю имеет волновое сопротивление в суммарном значении коэффициента сопротивления. В связи с этим применение указанной формы носовой части в сверхзвуковом реактивном снаряде приведет к потере дальности.
Известен также реактивный снаряд системы залпового огня М-21ОФ (см. Боевая машина БМ-21. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. - М.: Военное издательство МО СССР, 1977 г., с.74-75). Он содержит головную часть с заостренной носовой частью, реактивный двигатель, стабилизатор с раскрывающимися лопастями.
Носовая часть состоит из передней части в виде конуса с плоским притуплением и задней оживальной части. Подобная форма из-за повышенного сопротивления при числах М=1,5…2,0 также приводит к потере дальности сверхзвукового реактивного снаряда.
Анализ коэффициента сопротивления носовых частей различных форм показывает, что при числах М≥1,5 наименьшим сопротивлением обладают носовые части конической формы по сравнению с параболическими, эллиптическими, оживальными (Лебедев А.А., Чернобровкин Л.С. Динамика полета. - М.: Машиностроение, 1973 г., с.212…214).
Лопасти у М-21ОФ в раскрытом состоянии устанавливаются под определенным углом к продольной оси корпуса. Вращение придается неуправляемому снаряду для повышения точности. Однако наличие угла установки приводит к увеличению сопротивления, потере дальности.
Общим признаком с предлагаемой авторами конструкцией сверхзвукового управляемого реактивного снаряда является наличие в составе аналогов корпуса с заостренной носовой частью, стабилизатора.
Повышение точности стрельбы привело к необходимости разработки управляемых снарядов с аэродинамическими органами управления - рулями, выполненными по схеме «утка».
Известны управляемые снаряды, выполненные по схеме «утка», по патентам РФ №2291381, №2302606, содержащие корпус, аэродинамические органы управления - рули, стабилизатор.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому авторами сверхзвуковому управляемому реактивному снаряду является управляемый снаряд, выполненный по аэродинамической схеме «утка», по патенту РФ №2291381, содержащий корпус, аэродинамические органы управления - рули, стабилизатор (р.ж. «Изобретения стран мира», 2007 г., №1, МПК F42B), принятый авторами за прототип.
Носовая часть управляемого снаряда выполнена с притуплением и содержит кольцевой пилон перед рулями для создания дополнительной подъемной силы. Указанный снаряд обладает большим коэффициентом сопротивления по сравнению с вышеупомянутыми М8, М13, М21ОФ и предназначен для полета на дозвуковой скорости.
Общими признаками с предлагаемой авторами конструкцией управляемого реактивного снаряда является наличие в прототипе корпуса, аэродинамических органов управления - рулей, стабилизатора.
Данные литературных источников и результаты экспериментальных исследований, проведенных авторами, показывают, что формы корпусов с минимальным волновым сопротивлением находятся в области степенных поверхностей, которые при сверхзвуковых и гиперзвуковых скоростях имеют преимущества по сравнению с коническими поверхностями.
В отличие от прототипа в предлагаемом сверхзвуковом управляемом реактивном снаряде, выполненном по аэродинамической схеме «утка», форма носовой части выполнена комбинированной и состоит из передней части, выполненной со степенным профилем, описываемым уравнением , имеющим сферическое притупление радиусом 0,03…0,06 калибра снаряда, и задней части конической формы с углом полураствора конуса, не превышающим угол наклона касательной к степенному профилю передней носовой части в месте их соединения, при этом длина участка со степенным профилем составляет 0,25…0,75 длины носовой части, аэродинамические органы управления - рули - установлены на носовой части корпуса на удалении не менее величины  от начала носовой части корпуса, а стабилизатор выполнен в виде раскрывающихся лопастей, корневая хорда которых параллельна продольной оси снаряда, при этом размах аэродинамических органов управления - рулей - не превышает размах лопастей стабилизатора,
где y - расстояние от оси корпуса снаряда до точки степенного профиля;
x - расстояние от начала носовой части корпуса до точки степенного профиля, измеряемое вдоль продольной оси снаряда;
- коэффициент в уравнении, описывающем степенной профиль;
max
r - максимальный радиус степенного профиля переднего участка носовой части корпуса;
cm
L - длина переднего участка носовой части корпуса со степенным профилем;
p
L - расстояние от носовой части корпуса до рулей;
2
к=0,60…0,75 - показатель степени в уравнении, описывающем степенной профиль;
р
Н - размах рулей;
p
d - расстояние между двумя противоположно установленными
рулями в районе начала их корневой хорды;
р
χ - угол стреловидности передних кромок рулей, отсчитываемый от вертикали к оси снаряда;
;
М - число Маха, соответствующее максимальной скорости полета реактивного снаряда.
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 предлагаемого изобретения является увеличение дальности стрельбы, повышение боевой эффективности управляемого снаряда за счет снижения разброса аэробаллистических характеристик, уменьшения габаритно-массовых характеристик привода и увеличения в связи с этим веса боевой части, повышение точности выведения снаряда в район цели.
Указанный технический результат достигается тем, что в сверхзвуковом управляемом реактивном снаряде, выполненном по аэродинамической схеме «утка», содержащем корпус с заостренной носовой частью, аэродинамические органы управления - рули, стабилизатор, согласно изобретению форма носовой части выполнена комбинированной и состоит из передней части, выполненной со степенным профилем, описываемым уравнением , имеющим сферическое притупление радиусом 0,03…0,06 калибра снаряда, и задней части конической формы с углом полураствора конуса, не превышающим угол наклона касательной к степенному профилю передней носовой части в месте их соединения, при этом длина участка со степенным профилем составляет 0,25…0,75 длины носовой части, аэродинамические органы управления - рули - установлены на носовой части корпуса на удалении не менее величины  от начала носовой части корпуса, а стабилизатор выполнен в виде раскрывающихся лопастей, корневая хорда которых параллельна продольной оси снаряда, при этом размах аэродинамических органов управления - рулей - не превышает размах лопастей стабилизатора,
где y - расстояние от оси корпуса снаряда до точки степенного профиля;
x - расстояние от начала носовой части корпуса до точки степенного профиля, измеряемое вдоль продольной оси снаряда;
- коэффициент в уравнении, описывающем степенной профиль;
max
r - максимальный радиус степенного профиля переднего участка носовой части корпуса;
cm
L - длина переднего участка носовой части корпуса со степенным профилем;
p
L - расстояние от носовой части корпуса до рулей;
2
к=0,60…0,75 - показатель степени в уравнении, описывающем степенной профиль;
р
Н - размах рулей;
p
d - расстояние между двумя противоположно установленными рулями в районе начала их корневой хорды;
р
χ - угол стреловидности передних кромок рулей, отсчитываемый от вертикали к оси снаряда;
;
М - число Маха, соответствующее максимальной скорости полета реактивного снаряда.
Авторы предлагаемого изобретения провели экспериментальные исследования на моделях реактивного снаряда в аэродинамической трубе, расчетные исследования, направленные на поиск решений, позволяющих обеспечить снижение коэффициента сопротивления снаряда и повысить дальность, повысить боевую эффективность управляемого снаряда.
Новая совокупность конструктивных элементов, а также наличие связей между параметрами заявляемого сверхзвукового управляемого реактивного снаряда позволили, в частности, за счет выполнения:
- формы носовой части, комбинированной и состоящей из передней части, выполненной со степенным профилем, описываемым уравнением , имеющим сферическое притупление радиусом 0,03…0,06 калибра снаряда, и задней части конической формы с углом полураствора конуса, не превышающим угол наклона касательной к степенному профилю передней носовой части в месте их соединения, и длиной участка со степенным профилем составляющей 0,25…0,75 длины носовой части - обеспечить уменьшение коэффициента сопротивления снаряда за счет снижения волнового сопротивления носовой части и повысить дальность полета. При длине участка со степенным профилем менее 0,25 длины носовой части происходит увеличение волнового сопротивления носовой части. Увеличение длины степенного участка свыше 0,75 длины носовой части нецелесообразно, уменьшение коэффициента сопротивления снаряда незначительно. Увеличение сопротивления снаряда происходит также при радиусе сферического притупления свыше 0,06 калибра снаряда. При радиусе сферического притупления менее 0,03 калибра происходит увеличение дестабилизирующего момента корпуса и для его компенсации необходимо увеличивать размеры стабилизатора, что приводит к уменьшению дальности полета;
- установки аэродинамических органов управления - рулей - на носовой части корпуса на удалении не менее величины  от начала носовой части корпуса - исключить отрицательное воздействие возмущений, скачков уплотнений, образующихся на носовой части корпуса, на разброс аэродинамических характеристик рулей, аэробаллистических характеристик снаряда и повысить точность выведения снаряда в район цели, уменьшить нагрузки на рули, снизить шарнирный момент рулей и уменьшить в связи с этим габаритно-массовые характеристики привода, увеличить вес боевой части;
- стабилизатора в виде раскрывающихся лопастей, корневая хорда которых параллельна продольной оси снаряда, и размахом аэродинамических органов управления - рулей, не превышающих размах лопастей стабилизатора - обеспечить уменьшение коэффициента сопротивления стабилизатора и снаряда в целом, увеличить тем самым дальность полета. Кроме того, отсутствие углов установки лопастей к продольной оси снаряда позволяет исключить появление поперечных неуравновешенных сил на стабилизаторе, приводящих к появлению угла атаки снаряда, разбросу аэробаллистических характеристик. Выполнение размаха рулей больше размаха стабилизатора приводит к увеличению скоса потока от них, уменьшению подъемной силы стабилизатора.
0
р
стаб
Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг.1 представлен общий вид сверхзвукового управляемого реактивного снаряда. Реактивный снаряд состоит из корпуса 1 с заостренной носовой частью, выполненной комбинированной и состоящей из передней части 2, выполненной со степенным профилем, задней части 3 конической формы, аэродинамических органов управления - рулей 4, стабилизатора 5. Степенной профиль описывается уравнением  и имеет сферическое притупление радиусом R=0,03…0,06 калибра d снаряда. Конический участок 3 выполнен с углом полураствора конуса, не превышающим угол наклона касательной к степенному профилю 2 в месте их соединения. Аэродинамические рули 4 установлены на носовой части корпуса 1 на удалении не менее величины  от начала носовой части корпуса. Стабилизатор 5 выполнен в виде раскрывающихся лопастей, корневая хорда которых b параллельна продольной оси снаряда, при этом размах Н аэродинамических рулей 4 не превышает размах Н лопастей стабилизатора 5.
Функционирование предлагаемого управляемого реактивного снаряда происходит следующим образом. В полете за счет выполнения носовой части корпуса предлагаемой формы, расположения корневой хорды лопастей параллельно продольной оси снаряда происходит уменьшение сопротивления и увеличивается дальность стрельбы.
В расчетное время происходит отклонение рулей 4 на заданный угол, появляется поперечная аэродинамическая сила, отклоняющая снаряд в направлении цели. За счет исключения отрицательного воздействия возмущений от носовой части корпуса на рули обеспечивается их поворот с меньшим моментом привода, уменьшаются аэродинамические силы на рулях, уменьшается разброс аэробаллистических характеристик снаряда, полет с заданными углами атаки на участке управления.
Указанный положительный эффект подтвержден летно-конструкторскими испытаниями образцов сверхзвуковых реактивных снарядов залпового огня, выполненных в соответствии с предлагаемым изобретением.
Предложенное техническое решение позволило разработать сверхзвуковой управляемый реактивный снаряд увеличенной дальности стрельбы, повышенной боевой эффективности за счет снижения разброса аэробаллистических характеристик, уменьшения габаритно-массовых характеристик привода и увеличения в связи с этим веса боевой части, повышенной точностью выведения снаряда в район цели.
В настоящее время разработана конструкторская документация, проведены летные испытания опытных образцов.