СВЕРХЗВУКОВОЙ РЕАКТИВНЫЙ СНАРЯД
SUPERSONIC PROJECTILE

Изобретение относится к области ракетной техники, а именно к реактивным снарядам (PC) реактивных систем залпового огня (РСЗО).
Объект изобретения представляет собой сверхзвуковой реактивный снаряд системы залпового огня повышенной дальности, кучности и точности стрельбы.
Известны реактивные снаряды М8 и М13 (см., например, Куров В.Д., Должанский Ю.М. Основы проектирования пороховых ракетных снарядов. - М.: Оборонгиз, 1961, с. 11), содержащие головную и ракетную части.
Данная конструкция позволила обеспечить доставку полезной нагрузки головной части к цели за счет реактивной силы ракетной части при относительной простоте их конструкции, обслуживания и боевого применения. Однако вследствие неоптимального выбора конструктивных параметров данные снаряды имеют малые полетные дальности, существенное рассеивание и низкую точность стрельбы, в результате чего обладают низкой боевой эффективностью.
Общими признаками между предлагаемой авторами конструкцией сверхзвукового реактивного снаряда и объектом-аналогом является наличие в их составе головной и ракетной части.
Опыт проектирования и эксплуатации реактивных систем залпового огня показал, что наиболее рациональным компоновочным решением является размещение реактивных снарядов перед пуском и запуск их из трубчатых направляющих. В этом случае на одной транспортной единице (боевой машине) удается разместить наибольшее количество реактивных снарядов. Применение трубчатых направляющих на боевой машине предъявляет жесткие требования к изготовлению реактивных снарядов в части, касающейся изгибов и биения корпуса, так как в случае невыполнения этих требований может произойти заклинивание PC в направляющей при заряжании или пуске, что приведет к повреждению боевой машины. Для исключения возможности заклинивания PC в направляющей на корпусе реактивных снарядов большого удлинения выполняются цилиндрические утолщения, обеспечивающие контакт корпуса снаряда с трубчатой направляющей боевой машины.
Наиболее близким по технической сущности к изобретению является реактивный снаряд системы залпового огня «Град» (Боевая машина БМ-21. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. – М.: Военное издательство Министерства обороны СССР, 1977, стр. 90-91), принятый авторами за прототип. Он состоит из головной и ракетной части. На корпусе реактивного снаряда выполнены цилиндрические утолщения, предназначенные для контакта снаряда с трубчатой направляющей пусковой установки во время заряжания и запуска реактивных снарядов.
Реактивный снаряд, принятый за прототип, функционирует следующим образом. В процессе заряжания и нахождения реактивного снаряда в трубчатой направляющей пусковой установки последняя контактирует с корпусом снаряда через цилиндрические утолщения. Таким образом удается избежать перекоса и заклинивания снаряда в процессе заряжания. После старта и выхода снаряда из направляющей он совершает движение по траектории под воздействием реактивной, инерционной и аэродинамической сил. Наличие нерегламентированных цилиндрических утолщений приводит к созданию повышенного аэродинамического сопротивления, что ведет к снижению дальности стрельбы.
1
2
1
В отличие от прототипа, на наружной поверхности корпуса головной и ракетной части выполнены цилиндрические утолщения диаметром d=(0,98-1)d с относительным удлинением , расположенные на относительном удалении друг от друга , переход на утолщениях от меньшего диаметра к большему осуществляется под углом не более 25°, а уменьшение диаметра d за утолщениями составляет (0,3-1,5)% от d, при этом первое цилиндрическое утолщение находится на головной части в районе стыка с ракетной частью и не менее двух цилиндрических утолщений имеют диаметр, равный диаметру Миделевого сечения - d.
Это позволяет сделать вывод о наличии причинно-следственной связи между совокупностью существующих признаков заявляемого технического решения и достигаемым техническим результатом.
Задачей предлагаемого изобретения является создание сверхзвукового реактивного снаряда, обладающего повышенной дальностью и кучностью стрельбы.
1
1
Указанный технический результат достигается тем, что в сверхзвуковом реактивном снаряде, состоящем из головной и ракетной частей с цилиндрическими утолщениями на наружной поверхности корпуса, цилиндрические утолщения выполнены диаметром d=(0,98-1)d с относительным удлинением  и расположены на относительном удалении друг от друга , переход на утолщениях от меньшего диаметра к большему осуществляется под углом не более 25°, а уменьшение диаметра за утолщениями составляет (0,3-1,5)% от d, при этом первое цилиндрическое утолщение находится на головной части в районе стыка с ракетной частью и не менее двух цилиндрических утолщений имеют диаметр, равный диаметру Миделевого сечения - d.
Новая совокупность конструктивных элементов, а также наличие связей между деталями сверхзвукового реактивного снаряда, позволяют, в частности, за счет выполнения:
1
- цилиндрических утолщений диаметром d=(0,98-1)d обеспечить возможность заряжания и запуска сверхзвуковых реактивных снарядов из направляющих боевой машины без возникновения заклинивания. Выполнение цилиндрических утолщений диаметром более диаметра Миделевого сечения - d (диаметра наибольшего по площади сечения) недопустимо, так как приведет к невозможности заряжания PC в направляющие боевой машины. Выполнение цилиндрических утолщений диаметром менее 0,98d нецелесообразно, так как приведет к общему уменьшению внутреннего объема ракетной части, уменьшению массы топлива и, как следствие, снижению дальности стрельбы;
- перехода на утолщениях от меньшего диаметра к большему под углом не более 25° обеспечить плавное обтекание корпуса PC на высоких сверхзвуковых скоростях, тем самым снижая характеристики сопротивления. Выполнение перехода на утолщении от меньшего диаметра к большему под углом более 25° приведет к возникновению скачков уплотнения и возрастанию характеристик сопротивления, что приведет к уменьшению дальности стрельбы;
- цилиндрических утолщений с относительным удлинением  выполнить разворот потока параллельно корпусу реактивного снаряда, тем самым обеспечить безотрывное обтекание за утолщением, что позволит реализовать пониженные характеристики сопротивления. Выполнение цилиндрических утолщений с относительным удлинением менее 0,8 приведет к невозможности разворота потока параллельно корпусу и возникновению вследствие этого отрыва потока за утолщением с формированием зоны разряжения, которая окажет влияние на рост сопротивления и приведет к сокращению дальности. Увеличение относительного удлинения цилиндрических утолщений более 2 нецелесообразно, так как не оказывает влияния на достигаемый положительный эффект;
2
1
- уменьшения диаметра d за утолщением на (0,3-1,5)% от d обеспечить турбулизацию потока на протяжении всего расстояния между утолщениями, вследствие чего произойдет повышение температуры восстановления в пограничном слое за утолщениями. Повышение температуры газа в пограничном слое приведет к снижению плотности, что окажет влияние на характеристики сопротивления в сторону их снижения. Кроме того, известно, что при наличии теплообмена между стенкой корпуса и пограничным слоем происходит увеличение коэффициента трения. Корпус ракетной части в процессе сгорания ракетного топлива прогревается до высоких температур. Турбулизация потока за утолщениями позволяет выровнять температуру восстановления в пограничном слое и температуру корпуса ракетной части, тем самым устранив нежелательный теплообмен между ними и снизив характеристики трения. Уменьшение диаметра за утолщением более чем на 1,5% недопустимо, так как приведет к возникновению отрыва потока за утолщением, формированию зоны разряжения и росту сопротивления. Уменьшение диаметра за утолщением менее чем на 0,3% нецелесообразно, так как в этом случае теряется достигаемый положительный эффект;
- расположения цилиндрических утолщений на относительном удалении  друг от друга максимально эффективно использовать эффект турбулизации потока за утолщением для снижения сопротивления. Расположение цилиндрических утолщений на относительном расстоянии друг от друга более  приведет к тому, что область турбулентности затухнет не доходя до следующего утолщения, в результате чего эффект снижения характеристик сопротивления реализуется не на всем расстоянии между утолщениями. Расположение цилиндрических утолщений на относительном расстоянии друг от друга менее  приведет к тому, что эффект снижения характеристик сопротивления от турбулизации потока будет использован не полностью. Кроме того, вследствие сокращения расстояния между утолщениями, потребуется увеличение их количества, что приведет к росту массы PC и соответственно снижению дальности;
- расположения первого цилиндрического утолщения на головной части в районе стыка с ракетной частью обеспечить ожидаемый положительный эффект от работы турбулизаторов потока на нагретой оболочке ракетной части. Смещение утолщения в сторону носовой части приведет к повышению теплообмена пограничного слоя со слабо нагретой оболочкой головной части, что приведет к увеличению характеристик трения. Смещение в сторону кормовой части приведет к тому, что на некотором участке нагретого корпуса ракетной части ожидаемого эффекта не удастся достигнуть;
- не менее двух цилиндрических утолщений диаметром, равным диаметру Миделевого сечения, обеспечить соосность размещения реактивных снарядов в направляющих боевой машины. Уменьшение количества утолщений, диаметром, равным диаметру Миделевого сечения, приведет к отклонению продольной оси PC от оси направляющей, результатом чего будет несоответствие углов старта PC углам прицеливания, что, в свою очередь, приведет к снижению кучности и точности стрельбы.
Сущность изобретения поясняется фиг. 1, где изображен общий вид сверхзвукового реактивного снаряда.
1
2
Сверхзвуковой реактивный снаряд состоит из головной части 1 и ракетной части 2. На корпусе головной части 1 и ракетной части 2 выполнены цилиндрические утолщения 3 диаметром d, не менее двух из которых имеют диаметр, равный диаметру Миделевого сечения - d. Относительное удлинение цилиндрических утолщений 3 составляет . Относительное удаление цилиндрических утолщений 3 друг от друга составляет . Переход на утолщениях от меньшего диаметра к большему осуществляется под углом ϕ. Диаметр корпуса за цилиндрическими утолщениями 3 равен d. Первое цилиндрическое утолщение располагается на головной части 1 в районе ее стыка 4 с ракетной частью 2.
1
2
Предлагаемый сверхзвуковой реактивный снаряд работает следующим образом. В процессе заряжания реактивного снаряда в направляющую боевой машины он контактирует с направляющей не менее чем двумя цилиндрическими утолщениями 3, имеющими диаметр Миделевого сечения. Это позволяет обеспечить соосность PC и направляющей, а следовательно, соответствие углов старта углам прицеливания. После запуска и разгона реактивного снаряда на активном участке траектории до сверхзвуковой скорости он продолжает свое движение за счет инерционных и аэродинамических сил. Корпус ракетной части 2 в процессе горения топлива разогревается до высоких температур. Одновременно с этим, при движении со сверхзвуковыми скоростями, корпус реактивного снаряда подвергается аэродинамическому нагреву. Обтекание корпуса сверхзвукового реактивного снаряда происходит следующим образом. За счет выполнения на головной части 1 и ракетной части 2 цилиндрических утолщений 3 диаметром d с относительным удлинением  и переходом к утолщению под углом ϕ набегающий воздушный поток, двигаясь вдоль корпуса, плавно расширяется без изменения направления течения. За цилиндрическими утолщениями 3 за счет уменьшения диаметра корпуса до величины d формируются зоны турбулентного течения, в которых происходит повышение температуры пограничного слоя. В результате этого снижается плотность обтекающего потока и снижается коэффициент трения в нем. Кроме того, происходит выравнивание температур корпуса ракетной части 2 и пограничного слоя, что приводит к снижению теплообмена между ними и снижению характеристик сопротивления. Расположение цилиндрических утолщений на относительном удалении  друг от друга, определяющем область существования турбулизированного потока, позволяет максимально эффективно использовать достигаемый положительный эффект.
Таким образом, при реализации предложенных технических решений обеспечивается соответствие углов старта углам прицеливания и снижаются характеристики сопротивления, в результате чего повышается максимальная дальность полета сверхзвуковых реактивных снарядов, их характеристики кучности и точности стрельбы.
На основе предлагаемого изобретения разработана конструкторская документация, проведены стендовые испытания и изготовлена партия сверхзвуковых реактивных снарядов, при испытании которой получен указанный технический результат. Намечено серийное производство сверхзвуковых реактивных снарядов предлагаемой конструкции.