Способ увеличения дальности полета снаряда и устройство для его реализации (варианты)
METHOD OF INCREASING THE DISTANCE PLANE OF A CHARGER AND THE DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION (OPTIONS)

Изобретение относится к области вооружения и может быть использовано для снарядов малокалиберных артиллерийских систем.
Для систем артиллерийского вооружения, в том числе малокалиберного, одним из критериев эффективности является максимальная эффективная дальность стрельбы. Использование традиционных средств метания, а также традиционных конструкторских решений не обеспечивает выполнение требований, предъявляемых к перспективным малокалиберным артиллерийским системам калибра 23-30 мм, по обеспечению поражения открыто расположенной и укрытой (в окопах, траншеях) живой силы противника, находящейся в средствах индивидуальной бронезащиты (СИБ) II уровня защиты (противоосколочный), а также небронированной техники на дальностях до 4500 м, а среднебронированной техники на дальностях до 3000-3500 м.
К традиционным методам повышения максимальной эффективности дальности стрельбы относят:
- применение в составе боеприпасов перспективных метательных зарядов (в т.ч. путем использования порохов суперпрогрессивной формы, пастообразных топлив и т.д.), обеспечивающих повышенную начальную скорость снаряда;
- оптимизацию геометрических параметров снаряда с целью уменьшения аэродинамического сопротивления.
Известен способ управления обтеканием сверхзвуковым воздушным потоком летательного аппарата (см. патент РФ №2268198, 09.07.2004, В64С 21/08, В64С 30/00), при котором через установленную перед носовой частью летательного аппарата полую аэродинамическую иглу выпускают под давлением рабочее тело из продольного канала иглы наружу в виде отдельных струй, при этом аэродинамический конус заполняют мелкодисперсной газожидкостной средой и обеспечивают касание образующими конуса пограничного слоя на головной части летательного аппарата.
Устройство, реализующее указанный способ, состоит из иглы с каналом, соединенной с рабочим телом по трубопроводу, располагающимся в лобовой части летательного аппарата.
Недостатком данного способа является низкая баллистическая эффективность выстрела из-за расположения в передней части иглы, которая увеличивает габариты снаряда, усложняет его конструкцию и снижает надежность.
Известен способ увеличения дульной скорости снаряда и, как следствие, дальности его полета (см. Русяк И.Г., Ушаков В.М. Внутрикамерные гетерогенные процессы в ствольных системах. Екатеринбург: УрО РАН, 2001, 259 с.) с применением моноблока конвективного горения либо лучевого моноблока, при котором движение боеприпаса в стволе орудия осуществляют воздействием давления продуктов сгорания основного метательного заряда (зерненного или трубчатого) и скрепленного со снарядом моноблока.
Недостатками данного способа являются:
- низкая баллистическая эффективность выстрела из-за возникновения зазора между моноблоком и торцом снаряда и, как следствие, уменьшение дульной скорости снаряда вследствие низкой надежности клеевого соединения, посредством которого осуществляется соединение моноблока с торцом снаряда;
- увеличение габарита снаряда.
Известен способ увеличения дальности полета снаряда (варианты) и устройство для его реализации (см. патент РФ №2462686, 24.12.2010, F42B 10/40), выбранные в качестве ближайших аналогов способа и устройства.
Способ увеличения дальности полета снаряда (по варианту 2), при котором движение снаряда в стволе орудия осуществляют воздействием давления продуктов сгорания основного метательного заряда, заряд твердого топлива, расположенный в устройстве увеличения дальности полета снаряда, воспламеняют после вылета снаряда из ствола орудия.
Недостатком данного способа является низкая баллистическая эффективность выстрела из-за увеличения габарита снаряда.
Устройство увеличения дальности полета снаряда содержит корпус с камерой сгорания, заряд твердого топлива, воспламенитель, блок питания и преобразования, блок управления, реле давления. Корпус выполнен с сопловыми отверстиями. Корпус присоединяется к снаряду при помощи узла крепления, которое состоит из поршней, защелок, пружин сжатия, пробок, по меньшей мере по три штуки, а также заряда пиротехнического состава и воспламенительного устройства.
Недостатками данного устройства является низкая баллистическая эффективность выстрела из-за увеличения габарита снаряда и сложность изготовления узла крепления.
Задачей группы изобретений (способа и устройства) является повышение баллистической эффективности выстрела.
Технический результат способа увеличения дальности полета снаряда заключается в увеличении дальности полета снаряда за счет уменьшении силы аэродинамического сопротивления при движении снаряда в плотных слоях атмосферы.
Поставленная задача достигается тем, что заявляемый способ, при котором движение снаряда в стволе орудия осуществляют воздействием давления продуктов сгорания основного метательного заряда, а заряд твердого топлива, расположенный в устройстве увеличения дальности полета снаряда, воспламеняют после вылета снаряда из ствола орудия, продукты сгорания твердого топлива истекают через отверстия, расположенные на боковой поверхности баллистического наконечника, образуя пограничный слой на поверхности снаряда.
Технический результат устройства увеличения дальности полета снаряда заключается в уменьшении силы лобового сопротивления снаряда и, как следствие, увеличении дальности полета снаряда.
Поставленная задача достигается тем, что устройство увеличения дальности полета снаряда (по варианту 1) состоит из корпуса снаряда с баллистическим наконечником, камеры сгорания, заряда твердого топлива, воспламенителя, блока питания и преобразования, блока управления, датчика давления, камера сгорания расположена в баллистическом наконечнике и соединена через центральный канал с отверстиями, выполненными на боковой поверхности баллистического наконечника и оснащенными заглушками.
Кроме того, отверстия на боковой поверхности баллистического наконечника выполнены с возможностью направления истечения газов вверх или под углом к продольной оси симметрии снаряда.
Устройство (по варианту 2) состоит из корпуса снаряда с баллистическим наконечником, камеры сгорания, заряда твердого топлива, воспламенителя, блока питания и преобразования, блока управления, датчика давления, камера сгорания расположена в баллистическом наконечнике, баллистический наконечник состоит из корпуса и носовой части, соединенной со стержнем, выполненным с возможностью поступательного движения в центральном канале.
Носовая часть баллистического наконечника выполнена с возможностью направления истечения газов вверх или под углом к продольной оси симметрии снаряда.
Устройство (по варианту 3) состоит из корпуса снаряда с баллистическим наконечником, камеры сгорания, заряда твердого топлива, воспламенителя, блока питания и преобразования, блока управления, датчика давления, камера сгорания расположена в баллистическом наконечнике и соединена через центральный канал с отверстиями, выполненными на боковой поверхности баллистического наконечника, баллистический наконечник содержит регулирующий клапан давления для предотвращения преждевременного истечения продуктов сгорания.
Отверстия на боковой поверхности баллистического наконечника выполнены с возможностью направления истечения газов вверх или под углом к продольной оси симметрии снаряда.
Устройство (по варианту 4) состоит из корпуса снаряда с баллистическим наконечником, камеры сгорания, заряда твердого топлива, воспламенителя, блока питания и преобразования, блока управления, датчика давления, камера сгорания расположена в баллистическом наконечнике и соединена через центральный канал с отверстиями, выполненными на боковой поверхности баллистического наконечника, баллистический наконечник содержит прорывную мембрану для предотвращения преждевременного истечения продуктов сгорания.
Отверстия на боковой поверхности баллистического наконечника выполнены с возможностью направления истечения газов вверх или под углом к продольной оси симметрии снаряда.
Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображено:
на фиг. 1 - общий вид устройства (по варианту 1) с отверстиями, по которым истечение газов направлено вверх;
на фиг. 2 - общий вид устройства (по варианту 1) с отверстиями, по которым истечение газов направлено под углом к продольной оси симметрии снаряда;
на фиг. 3 - общий вид устройства (по варианту 2), в котором баллистический наконечник состоит из корпуса и носовой части, истечение газов направлено вверх;
на фиг. 4 - общий вид устройства (по варианту 2), в котором баллистический наконечник состоит из корпуса и носовой части, истечение газов направлено под углом к продольной оси симметрии снаряда;
на фиг. 5 - общий вид устройства (по варианту 3), содержащего регулирующий клапан давления и с отверстиями, по которым истечение газов направлено вверх;
на фиг. 6 - общий вид устройства (по варианту 3), содержащего регулирующий клапан давления и с отверстиями, по которым истечение газов направлено под углом к продольной оси симметрии снаряда;
на фиг. 7 - общий вид устройства (по варианту 4), содержащего прорывную мембрану в центральном канале и с отверстиями, по которым истечение газов направлено вверх;
на фиг. 8 - общий вид устройства (по варианту 4), содержащего прорывную мембрану в центральном канале и с отверстиями, по которым истечение газов направлено под углом к продольной оси симметрии снаряда;
на фиг. 9 - общий вид устройства (по варианту 4), содержащего прорывные мембраны в отверстиях, по которым истечение газов направлено вверх;
на фиг. 10 - общий вид устройства (по варианту 4), содержащего прорывные мембраны в отверстиях, по которым истечение газов направлено под углом к продольной оси симметрии снаряда;
на фиг. 11 - график сравнения внешнебаллистических характеристик снарядов различной конструкции.
Устройство (по вариантам 1-4) содержит снаряд 1, состоящий из корпуса 2 с баллистическим наконечником 3, который соединен, например, резьбовым соединением, с корпусом 2 снаряда. В корпусе 2 снаряда расположены камера сгорания 4 и заряд твердого топлива 5. В баллистическом наконечнике 3 выполнен центральный канал 6. В корпусе 2 снаряда расположен электронный блок управления 7 и блок питания и преобразования 8. На поверхности заряда твердого топлива 5 установлен, например, при помощи клеевого соединения воспламенитель 9. В центральном канале установлен датчик давления 10.
Устройство по варианту 1 содержит отверстия 11 на боковой поверхности баллистического наконечника, которые соединены с центральным каналом 6. Отверстия 11 могут быть выполнены с возможностью направления истечения газов вверх (фиг. 1) или под углом к продольной оси симметрии снаряда (фиг. 2). В отверстия 11 установлены, например, при помощи посадки с натягом заглушки 12.
В устройстве по варианту 2 баллистический наконечник 3 состоит из корпуса 13 и носовой части 14, соединенной со стержнем 15, выполненным с возможностью поступательного движения в центральном канале 6. Носовая часть 14 баллистического наконечника выполнена с возможностью направления истечения газов вверх (фиг. 3) или под углом к продольной оси симметрии снаряда (фиг. 4).
Устройство по варианту 3 содержит регулирующий клапан давления 16 для предотвращения преждевременного истечения продуктов сгорания. Отверстия 11 могут быть выполнены с возможностью направления истечения газов вверх (фиг. 5) или под углом к продольной оси симметрии снаряда (фиг. 6).
Устройство по варианту 4 содержит прорывную мембрану 17 для предотвращения преждевременного истечения продуктов сгорания, расположенную в центральном канале 6. Отверстия 11 могут быть выполнены с возможностью направления истечения газов вверх (фиг. 7) или под углом к продольной оси симметрии снаряда (фиг. 8). В отверстия 11 установлены, например, при помощи посадки с натягом заглушки 12.
Также устройство по варианту 4 может содержать прорывные мембраны 18, расположенные в отверстиях 11. Отверстия 11 могут быть выполнены с возможностью направления истечения газов вверх (фиг. 9) или под углом к продольной оси симметрии снаряда (фиг. 10).
Устройство (по вариантам 1-4) работает следующим образом.
При подрыве основного метательного заряда в результате механического воздействия снаряд 1 начинает движение по каналу ствола. Датчик давления 10 фиксирует противодавление, возникающее за счет давления воздуха перед снарядом 1, и передает сигнал в электронный блок управления 7, который в момент вылета снаряда 1 из канала ствола формирует сигнал на воспламенение заряда твердого топлива 5 и отправляет его в блок питания и преобразования 8. При получении этого сигнала блок питания и преобразования 8 посылает электрический импульс на воспламенитель 9 и запускает его. Продукты сгорания воспламенителя 9 прогревают и воспламеняют заряд твердого топлива 5. Продукты сгорания твердого топлива 5 начинают заполнять центральный канал 6.
По варианту 1 под давлением, образующимся в результате заполнения центрального канала 6 продуктами сгорания заряда твердого топлива 5, происходит отсоединение заглушек 12. Продукты сгорания заряда твердого топлива 5 под большим давлением начинают истекать через отверстия 11 в атмосферу. Истекающие газы обволакивают снаряд 1, образуя на его поверхности пограничный слой, который обеспечивает повышение аэродинамических характеристик снаряда за счет уменьшения сил аэродинамического сопротивления.
По варианту 2 в начальный момент времени носовая часть 14 баллистического наконечника прижата к корпусу 13 баллистического наконечника. В результате сгорания заряда твердого топлива 5 возрастает давление в центральном канале 6 и на заднюю поверхность носовой части 14 действует давление продуктов сгорания. При силе от давления продуктов сгорания в центральном канале больше, чем сила аэродинамического сопротивления носовой части 14, происходит выдвижение носовой части 14 и стержня 15 вперед. После выдвижения носовой части 14 продукты сгорания заряда твердого топлива 5 начинают истекать в атмосферу.
По варианту 3 в центральном канале 6 баллистического наконечника 3 размещен регулирующий клапан давления 16. Регулирующий клапан давления 16 открывается при достижении в центральном канале 6 определенного давления, и продукты сгорания заряда твердого топлива 5 начинают истекать в атмосферу.
По варианту 4 в центральном канале 6 размещена прорывная мембрана 17, которая разрушается при определенном давлении в центральном канале 5. Также в отверстиях 11 могут размещаться прорывные мембраны 18, которые разрушаются при определенном давлении. Это обеспечивает требуемое начальное давление в момент истечения газов через отверстия 11 баллистического наконечника 3. В случае установки прорывных мембран 18 в отверстия 12 баллистического наконечника они служат в качестве заглушек.
Работоспособность устройства увеличения дальности полета проверена на снаряде ОФЗ-30-ГШ. Для заданных конструкций снарядов определены аэродинамические характеристики для диапазона скоростей от 800 м/с до 500 м/с, выполнен расчет внешней баллистики.
Результаты проведенных расчетов, представленные на графике (фиг. 11), где черным цветом представлен график дальности полета от скорости набегающего потока стандартного снаряда ОФЗ-30-ГШ, а красным и синим цветом представлены графики снарядов ОФЗ-30-ГШ с установленными устройствами увеличения дальности полета, свидетельствующие, что использование предлагаемого устройства увеличивает дальность полета снаряда.
Результаты расчета дальности полета от скорости набегающего потока представлены в таблице.
Результаты, представленные в таблице, свидетельствуют, что использование предлагаемого устройства уменьшает силу лобового сопротивления.
Предложенные способ увеличения дальности полета снаряда и устройство для его реализации позволяют повысить баллистическую эффективность выстрела за счет увеличения дальности полета снаряда и уменьшения силы лобового сопротивления.