КРЫЛАТАЯ РАКЕТА-ЭКРАНОЛЕТ (КРЭ)
CRUISE MISSILE-SURFACE EFFECT CRAFT (CMSEC)

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ: оружие.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ: крылатые ракеты.
Сегодня в мире большинство крылатых ракет (КР) большой дальности по летным характеристикам подразделяются на два большие класса: дозвуковые (как правило, относительно легкие) малозаметные, могущие лететь на малых высотах, а также, на большие расстояния, и сверхзвуковые (как правило, более тяжелые и меньшей дальности, чем дозвуковые большой дальности) хорошо заметные на маршевом участке полета, не способные лететь на малой высоте на большие расстояния.
Представители этих двух классов имеют свои плюсы и минусы.
Аналоги (имеющие корпус, несущие крылья, двигатель, антенны, боевую часть и другие элементы ракеты):
1. Крылатая ракета «Томагавк» (США).
Тактико-технические характеристики (ТТХ):
Дальность полета - до 2500 км; скорость полета маршевая - 880 км/ч (0,72 М), максимальная - 1200 км/ч; вес боевой части - 120-450 кг; вес ракеты - до 1500 кг; высота полета - от 10-30 м до 100-250 м; размах крыла - 2,63 м; длина ракеты - 6,2 м; средняя длина хорды крыла - менее 1 м.
- Шевченко И. Современное состояние и перспективы развития крылатых ракет морского базирования ВМС США (рус.) // Зарубежное военное обозрение. - М.: «Красная звезда», 2009. - В. 749. - №8. - С. 66-73. - ISSN 0134-92IX.
- http://rbase.new-factoria.ru/missile/wobb/bgm109c_d/bgm109c_d.shtml
Причины, препятствующие получению требуемого технического результата:
- невозможность лететь, используя «экран», из-за малой средней длины хорды крыла;
- невозможность увеличить дальность полета из-за ограничения запаса топлива;
- невозможность достижения высокой сверхзвуковой скорости (более 2,5 М) из-за конструкционных особенностей и недостаточной тяги двигателя.
2. Крылатая ракета «Яхонт» («Оникс») (Россия).
ТТХ (из открытых источников): дальность полета - до 300 км; скорость полета - 2-2,5 М; вес боевой части - 200 кг; вес ракеты - 3000 кг; высота полета - от 5-15 м до 14000 м; длина ракеты - 8,9 м; размах крыльев - 1,7 м
- http://fas.org/man/dod-101/sys/missile/row/ss-n-26.htm
- http://militaryrussia.ru/blog/topic-92.htm
Причины, препятствующие получению требуемого технического результата:
- невозможность лететь на экономичной дозвуковой скорости из-за конструктивных особенностей и режима работы двигателей;
- невозможность идти на «экране» из-за высокой (сверхзвуковой) скорости и малых крыльев;
- невозможность увеличить дальность полета из-за малого запаса топлива.
3. Крылатая ракета Х-101/102 (Россия).
ТТХ (из открытых источников): дальность полета - до 5500 км; скорость полета -190-270 м/с (0,6-0,8 М); вес боевой части - 400 кг; вес ракеты - 2200-2400 кг; высота полета - от 30-70 м до 6000 м; длина ракеты - 7,6 м; размах крыльев - 4,4 м; средняя длина хорды крыла - менее 1 м
- http://warfiies.ru/show-8882-h-101-h-102.html
Причины, препятствующие получению требуемого технического результата:
- невозможность лететь, используя «экран», из-за малой средней длины хорды крыла;
- невозможность существенно увеличить дальность из-за ограничений запасов топлива;
- невозможность лететь на сверхзвуковой скорости из-за конструктивных особенностей и недостаточной тяги двигателя.
4. Гиперзвуковой экспериментальный летательный аппарат (ГЭЛА) Х-90 (Россия).
- http://militaryrussia.ru/blog/topic-694.html
Плюсы Х-90:
- достижение высокой сверхзвуковой скорости - 4,5 М;
- сложение крыльев при хранении и транспортировке.
Минусы Х-90, препятствующие получению требуемого технического результата:
- большие размеры (длина - 11 м; высота - 1,8 м; размах крыльев: полный - 7 м, при сложении - 2-2,5 м) и большой вес -15 тонн, ограничивают число потенциальных носителей и затрудняют размещение в транспортно-пусковом контейнере;
- не способна лететь на экономичных дозвуковых скоростях и на большие расстояния;
- не может использовать «экран»;
- функции крыльев из-за тонкого профиля (малого внутреннего объема) - только несущая;
- корпус и вертикальное оперение не отвечают требованиям малозаметности.
5. Крылатые ракеты «Калибр» (ЗМ54/ЗМ54Э) (Россия).
ТТХ (из открытых источников): скорости 0,8 М (маршевый участок траектории: дальность - до 2600 км, на высоте 20-150 м) и 2,9 М (конечный у цели: дальность - 20 км, на высоте 10-20 м). Средняя длина хорды крыла - менее 1 метра.
- http://vpk-news.ru/articles/27516
Плюсы «Калибра»:
- два режима полета: маршевый - экономичный дозвуковой; конечный - сверхзвуковой;
- компактность хранения (складывание крыльев) и универсальность размещения. Минусы «Калибра», препятствующие получению требуемого технического результата:
- функция крыльев, из-за тонкого профиля (малого внутреннего объема), - только несущая;
- ограничение дальности полета (2600 км) на дозвуковой и (20 км) на сверхзвуковой скоростях, из-за ограничения количества топлива (жидкого и твердого);
- переход с дозвуковой на сверхзвуковую скорость - только одноразовый (на конечном участке);
- не может использовать «экран».
6. Летательного аппарата Boeing "Bird of Prey" (США) с крылом «чайка».
- http://www.paralay.com/stat/Bulat_5.pdf
Плюсы Boeing "Bird of Prey":
- малозаметность;
- хорошая управляемость и устойчивость на дозвуковых скоростях.
Минусы Boeing "Bird of Prey", препятствующие получению технического результата:
- неспособность складывать крылья для помещения в относительно компактный контейнер;
- малые объемы для хранения топлива в крыльях и фюзеляже и, как следствие, небольшие дальности полета;
- не предназначен для сверхзвуковой скорости;
- форма корпуса - фюзеляжа и крыльев не позволяет образовать «экран»;
- отсутствует боевая часть.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
ТЕХНИЧЕСИЙ РЕЗУЛЬТАТ (цель изобретения) - одновременное существенное увеличение дальности полета, поражающей способности и скрытности с условием компактности при хранении и транспортировке (контейнерное размещение).
Компактность при хранении и транспортировке (контейнерное размещение) нужна, чтобы в качестве носителей можно было использовать надводные корабли, подводные лодки, авиацию и береговые мобильные пусковые установки.
Механизмы достижения технического результата.
1. Существенное увеличение дальности достигается путем:
- увеличения количества топлива на борту, благодаря увеличению грузоподъемности (подъемной силы) и внутреннего объема корпуса-крыла для хранения топлива;
- способности большую часть траектории проходить на экономичном дозвуковом режиме (без / с использованием «экрана»);
- оптимальной экономичной работой двигателя(-ей) на разных скоростных режимах.
2. Увеличение поражающей способности (при неядерном варианте) достигается путем:
- увеличения количества (веса) взрывчатого вещества (ВВ) боевой части, благодаря увеличения грузоподъемности и внутреннего объема корпуса для его размещения;
- использования при поражении цели не только энергии ВВ, но и кинетической энергии КР, разогнанной на конечном участке до высокой сверхзвуковой скорости;
- наличия стреловидной прочной носовой части корпуса.
3. Увеличение скрытности достигается путем:
- способности лететь на низкой и сверхнизкой высотах, с возможностью использования эффекта «экрана»;
- следования рельефу местности, используя высотомер;
- при необходимости быстрого пролета хорошо просматриваемых локаторами противника зон и преодоления систем ПРО (не только на конечном, но и на промежуточных участках пути) переходить на сверхзвуковую скорость;
- совершения, имея большой запас по дальности (запас топлива), глубоких обходных и отвлекающих маневров;
- формы корпуса (помимо материала, из которого он сделан).
4. Компактность при хранении и транспортировке достигается путем сложения корпуса.
СУЩЕСТВЕННЫЕ ПРИЗНАКИ КРЭ.
КРЭ - двухрежимная (дозвуковая и сверхзвуковая), могущая лететь на дозвуковых скоростях без и с использованием эффекта «экрана», большой дальности.
Корпус - «летающее крыло», складывающееся «гармошкой» и раскрывающееся после пуска (выхода из транспортно-пускового контейнера), с большой несущей площадью и длинной средней хордой несущей поверхности, что увеличивает подъемную силу (грузоподъемность), а на сверхнизких высотах дает возможность использовать эффект «экрана», и стреловидной центральной головной частью, что уменьшает аэродинамическое сопротивление при полете и увеличивает поражающую (пробивную) способность при поражении бронированной или укрепленной цели. Профиль корпуса-крыла при длинной хорде имеет малое относительное утолщение (оптимальное для сверхзвуковой скорости), но большое абсолютное, что делает большим внутренний объем корпуса (для оборудования и топлива) при одновременном уменьшении лобовое сопротивления.
Форма корпуса - крыла с отсутствием выступающего хвостового оперения (рули высоты и поворота являются продолжением корпуса) делает малой радио-заметность КРЭ.
После пуска (выхода из транспортно-пускового контейнера) корпус («гармошка») раздвигается, в зависимости от режима полета, на определенный угол раскрытия.
Двигатель(-ли) расположен(-ы) в «шарнирах» складывания сегментов корпуса. Воздухозаборники и сопла углублены во внутреннее (между секциями) пространство - для уменьшения заметности в тепловом диапазоне работающих в полете двигателей. Скошенная(-ные) плоскость(-ти) входа воздухозаборника(-ков) двигателя(-лей) позволяет также отражать электромагнитные волны, падающие на входы воздухозаборников с переднего ракурса, в сторону от источника излучения, а складывающиеся секции корпуса («гармошки»), в случае неполного его раскрытия, частично экранируют двигатели с боковых ракурсов, тем самым уменьшается общий уровень радиолокационной заметности КР.
Один двигатель, способный эффективно (экономично) работать в диапазоне от низких дозвуковых до высоких сверхзвуковых скоростей, - очень сложный и дорогой.
Поэтому предлагается, как вариант, не один очень сложный и сочень дорогой двигатель, а несколько, более дешевых, предназначенных для разных диапазонов скоростей с перестройкой внутри диапазонов, расположенных симметрично по двум бортам.
Для полета на низких дозвуковых скоростях нужен низкоскоростной турбореактивный (ТРД) / (турбовентиляторный) двигатель с относительно большим диаметром воздухозаборника, который целесообразно разместить в центральной части корпуса - крыла. Но при больших сверхзвуковых скоростях этот двигатель будет не ускорять, а тормозить (увеличивать лобовое сопротивление). Чтобы этого не случилось, для высоких сверхзвуковых скоростей необходимо этот низкоскоростной двигатель убрать (отстрелить) - пустая полость создает меньшее сопротивление набегающему потоку.
Для экономичности на низкой сверхзвуковой скорости требуется оптимизированный под эту скорость ТРД.
Для достижения высоких сверхзвуковых скоростей требуется наличие прямоточного воздушно-реактивного двигателя (ПВРД). Два ПВРД могут быть расположены симметрично на крыльях.
Но можно преобразовать в ПВРД (камеру сгорания) пустой объем, образованный после отстрела низкоскоростного двигателя (например, используя сжимающиеся диафрагмы для создания нужного диаметра сверхзвукового воздухозаборника и сопла).
Для достижения высокой сверхзвуковой скорости на конечном участке траектории боковые ТРД, рассчитанные на среднюю (низкую сверхзвуковую) скорость, могут быть также отстреливаемыми (отстрел - симметричный одновременный с двух бортов).
На маршевом участке пути (в том числе - на низких сверхзвуковых скоростях) все двигатели функционируют без отстрела, с частичным взаимным перекрытием диапазонов скоростей, используя топливо из крыльевых баков КР.
На конечном участке траектории, после отстрела, отстреливаемые двигатели, в случае наличия у них собственных систем (головок) самонаведения, систем управления и небольшого собственного запаса топлива могут стать самостоятельными поражающими элементами (аналогия - баллистические ракеты с разделяющимися головками индивидуального наведения).
На стартовом участке возможно использование отдельного стартового ускорителя.
Управление КР по курсу, углу места и крену осуществляется сочетанием синфазных и/или дифференциальных отклонений управляющих аэродинамических плоскостей (рулей, элеронов и т.д.).
Дополнительное увеличение курсового момента обеспечивается, при необходимости, различием величин тяги достаточно удаленных друг от друга (что обеспечивает большое плечо силы) двигателей правого и левого бортов по отношению друг другу.
Разрешающая способность фазированной антенной решетки (ФАР) зависит от геометрических размеров - расстояния между крайними элементами.
Поэтому элементы ФАР антенны обзора, поиска и наведения с круговым обзором расположены по периметру КРЭ и используются в пассивном и активном режимах. ФАР с круговым обзором дает возможность одновременно вести обзор, сопровождать потенциальную(-ные) цель(-ли), наводиться на выбранную цель и отслеживать пущенные против КРЭ из боковых полусфер противоракеты и снаряды с совершением дальнейшего соответствующего маневра.
Боевая часть может быть неядерной (фугасной, осколочной) или ядерной.
Функционирование КРЭ.
1. Пуск.
Пуск с поверхности производится по максимально пологой траектории. Потому что вертикальный пуск демаскирует на большом расстоянии стартующую ракету (что дает больше времени на противодействие атаке ракеты) и пусковую установку, находящуюся точно под стартующей вертикально ракеты (что облегчает обнаружение и организацию атаки на носитель пусковой установки). А также не дает возможность сразу использовать аэродинамическую подъемную силу крыла (ухудшает экономичность полета).
При использовании в качестве носителей подлодок (из подводного положения) пуск может производиться путем отстрела самого контейнера вместе с КРЭ. Выход КРЭ из контейнера может производиться по достижении контейнером поверхности воды.
Для авиационных носителей стартовый ускоритель не требуется.
2. Полет (траектория).
При пуске с большого расстояния, большую часть полета целесообразно осуществлять на экономичном дозвуковом режиме: на высоте порядка 15 км (для уменьшения сопротивления воздуха), или на малой высоте (20-100 м) в режиме следования рельефу местности, или, при полете над ровной поверхностью, на высоте 1-10 м с использованием эффекта «экрана» (с учетом перепадов высот и скорости) для снижения вероятности обнаружения противником, возможно с противоракетным или отвлекающим маневром, в режиме «радиомолчания».
Возможно изменять (чередовать) высоту и скорость полета.
При полете (дозвуковая скорость) над поверхностью с резкими перепадами высот (большое волнение в море или пересеченная местность суши) КРЭ, поднявшись выше влияния «экрана», летит в «самолетном» режиме (без «экрана»).
При сближении с целью КР разгоняется до максимальной сверхзвуковой скорости -для увеличения кинетической энергии удара (помимо энергии ВВ боевой части) и уменьшения времени возможного противоракетного противодействия.
При заходе на цель возможен подъем на большую высоту с пикированием на цель (такая траектория применяется, в том числе, при поражении подземных бункеров).
3. Удар по цели.
При атаке бортов кораблей, удар желательно производить в наиболее уязвимые места борта на уровне или чуть ниже (на 0,5-1 м) ватерлинии и с небольшим наклоном вниз (чтобы при сквозном пробое обоих бортов, входное и выходное отверстия были ниже ватерлинии).
Перед самим ударом по цели, по снижающейся траектории на сверхзвуковой скорости, для концентрирования энергии удара на минимальную площадь поверхности цели, корпус-крыло складывается.
4. Раскрытие корпуса-крыла (вариант вероятной траектории).
Пуск КР производится с удаленной от цели (контролируемой нами) территории. При этом запас топлива (и вес) КР - максимальный, а риск противоракетного воздействия -минимальный. Полет происходит на дозвуковой скорости на большой высоте.
В этой ситуации важна максимальная грузоподъемность (несущая способность) планера при удовлетворительной маневренности (особенно - по курсу). Это обеспечивается максимальным раскрытием корпуса - крыла («гармошки») до «плоского» вида: несущая площадь планера - максимальная, а удовлетворительная курсовая управляемость обеспечивается пусть небольшими, но имеющими большое плечо рулями и двигателями. Управляемость по тангажу и крену - максимальная.
При подлете к цели часть топлива израсходована - вес КР уменьшился, а риск противоракетного воздействия увеличился.
В этой ситуации избыточную несущую способность планера можно немного уменьшить, уменьшив эффективную площадь несущей поверхности, частично сложив корпус. При частичном сложении корпуса рули, элероны и пр. из горизонтального положения переходят в наклонное положение. Это несколько уменьшает управляемость по тангажу и крену, но дает дополнительную управляемость по курсу (рысканью), что увеличивает маневренность при подходе к цели.
Полет над пересеченной местностью следуя рельефу может потребовать уменьшение дозвуковой скорости. Уменьшение подъемной силы, зависящей прямо пропорционально от скорости, можно компенсировать дополнительным раскрытием корпуса (увеличением эффективной несущей площади).
ПЕРЕЧЕНЬ ФИГУР (рисунков)
Схематичные эскизы вариантов формы (без масштаба и соблюдения пропорций).
КРЭ с минимальным количеством складывающихся сегментов корпуса - два с каждой стороны от центральной оси:
Фиг. 1 - аксонометрическое изображение;
Фиг. 2 - вид спереди, при полном сложении корпуса;
Фиг. 3 - вид спереди, при частичном сложении корпуса:
1 - складывающиеся сегменты корпуса - «летающего крыла»;
2 - центральный «шарнир» (центральная часть корпуса);
3 - боковые «шарниры»;
Фиг. 4 - вид спереди при полном раскрытии корпуса.
КРЭ с количеством складывающихся сегментов корпуса - четыре с каждой стороны от центральной оси:
Фиг. 5 - аксонометрическое изображение;
Фиг. 6 - вид спереди при полном сложении корпуса;
Фиг. 7 - вид спереди при большом частичном сложении корпуса;
Фиг. 8 - вид спереди при малом частичном сложении корпуса;
Фиг. 9 - вид спереди при полном раскрытии корпуса.
Фиг. 10 - вид сверху вариантов контура корпуса:
Вариант 1 - складывающихся сегментов с каждой стороны 3;
Вариант 2 - складывающихся сегментов с каждой стороны 4.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Предполагаемые размеры: стартовый вес - около 3 тонн; длина - около 10 м; при полном раскрытии размах крыльев - около 4-6 м; высота КРЭ (в зависимости от степени сложения корпуса) - около 0,5-1 м. Предполагаемый запас топлива - 65-70% веса ракеты.
«Минимальный» вариант-два складывающихся сегмента корпуса с каждой стороны от центральной оси симметрии КРЭ и один, работающий в двух диапазонах, маршевый двигатель в центральном «шарнире» корпуса (Фиг. 1-4).
«Четырех сегментный» вариант - четыре складывающихся сегмента с каждой стороны от центральной оси симметрии КРЭ с добавлением в «шарнирах» крыльев 1-3 пары маршевых двигателей для разных скоростей, при этом центральный двигатель может отсутствовать (Фиг. 5-9).
КРЭ состоит из: складывающихся сегментов корпуса - «летающего крыла» (Фиг. 3.1); центральной части корпуса с центральным «шарниром» сложения корпуса с или без двигателя (если двигатели расположены в боковых «шарнирах») (Фиг. 3.2); боковых шарниров сложения корпуса с или без двигателей (Фиг. 3.3); а также расположенных в корпусе-крыле, антенны, боевой части, системы управления, рулей, топливных баков.
Аналогично для варианта (Фиг. 5).
При хранении (в том числе контейнерном) и транспортировке КРЭ находится в сложенном состоянии (Фиг. 2, Фиг. 6).
После пуска (выхода из контейнера) крылья раздвигаются до определенной степени, зависящей от режима полета (Фиг. 3 - Фиг. 4; Фиг. 6 - Фиг. 9).
Для улучшения пробоя корпуса цели носовая часть КРЭ стреловидна (Фиг. 10).
Для увеличения поражающей способности и, при необходимости, для преодоления ПРО, КРЭ на конечном участке траектории разгоняется до максимальной сверхзвуковой скорости.
Кинетическая энергия КРЭ на конечном участке пути с (почти) полным расходом топлива (предполагаемая остаточная масса ракеты - около одной тонны), разогнанная до скорости 5 М, равна энергии примерно 500 кг тротилового эквивалента, направлена строго по направлению движения и приложена в точке соприкосновения КРЭ с целью. При наличии прочной заостренной носовой части КРЭ будет обладать очень высокой бронебойной способностью, что важно при поражении хорошо бронированных и укрепленных целей (например, бронированные корабли, авианосцы, подземные бункеры).
Подъемная сила летательного аппарата (грузоподъемность) на дозвуковых скоростях прямо пропорциональна площади крыла (несущей поверхности).
Дальность полета, за счет увеличения количества (веса) топлива, на дозвуковой скорости увеличивается при увеличении площади крыла.
По сравнению с существующими крылатыми ракетами площадь крыла КРЭ, в полностью расправленном состоянии, на порядок выше, чем у аналогов, что дает возможность лететь на дозвуковой скорости на значительно большие расстояния.
При использовании эффект «экрана» хотя бы на некоторых участках траектории, экономичность и дальность полета на низких высотах дополнительно увеличатся.
Высота возникновения эффекта «экрана» зависит от скорости и средней длины хорды несущего крыла.
При средней длине хорды крыла, близкой длине корпуса КРЭ, максимально увеличивается высота возникновения «экрана».
Эффект «экрана» возникает на высоте Н: Н<LV/2v,
где L - средняя длина хорды крыла;
V - скорость звука;
v - скорость полета.
При скорости полета, равной 1/2 скорости звука, высота появления эффекта «экрана» равна средней длине хорды крыла, то есть в данном случае - примерно длине корпуса (высота - около 10 метров).
Высота устойчивого полета на «экране» будет ниже этой величины.
Локаторы, при обзоре ровной поверхности, на которой отсутствуют отражающие сигнал препятствия, создающие помехи (например, морская поверхность при штиле), могут отслеживать КР на большом расстоянии и низких высотах.
Чтобы не быть обнаруженной локатором противника КР должна лететь на сверхнизкой высоте и иметь малую отражающую способность в горизонтальной плоскости.
При полном раскрытии почти плоский корпус «летающее крыло» имеет малое отражение (эффективную поверхность отражения - ЭПО) в горизонтальной плоскости.
При частичном раскрытии корпуса складывающиеся сегменты, наклоненные под углом к поверхности, помимо частичного экранирования двигателей в горизонтальной плоскости, локализуют и отражают пики электромагнитных волн, падающих на КРЭ с бокового ракурса, в сторону от источника излучения, и, тем самым, уменьшают общий уровень радиолокационной заметности КРЭ.
При полете КРЭ на дозвуковой скорости над ровной поверхностью (например, в штиль над водой) на «экране» на сверхнизких высотах (около 1-3 м) может быть использована продольная (линейная) уголковая форма нижней поверхности корпуса - крыла - частичное сложение корпуса.
Симметричное расположение этих нескольких (не менее по одной с каждой стороны) параллельных уголковых поверхностей («отражателей») улучшает поперечную устойчивость КРЭ в полете на сверхнизком «экране», так как при боковом наклоне опущенная сторона, по сравнению с поднятой, испытывает большее давление «экрана», что выравнивает положение корпуса.
Возможность устойчивого полета с хорошей управляемостью при частичном раскрытии корпуса подтверждается летательным аппаратом с крылом «чайка» (Аналог 6).
Все КР, стоящие на вооружении (всех стран), имеют существенно меньшую площадь несущих крыльев, малую среднюю длину хорды крыла - не могут использовать эффект «экрана» и не совмещают в себе возможность лететь, чередуя дозвуковые и сверхзвуковые скорости.