СВЕРХЗВУКОВОЙ ЛЕТАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ И СПОСОБ РЕАЛИЗАЦИИ ЕГО ПОЛЕТА
SUPERSONIC AIRCRAFT AND METHOD FOR FLIGHT THEREOF

Область техники
Предлагаемая группа изобретений относится к военной технике, к дальнобойным системам управляемого оружия и ракетной техники, в частности, может использоваться в сверхзвуковых системах вооружения.
В настоящее время интенсивно развиваются работы по созданию гиперзвуковых и сверхзвуковых летательных аппаратов (ЛА), обладающих высокими боевыми возможностями за счет малого подлетного времени до цели и низкой уязвимостью для современных средств противоракетной обороны (ПРО).
Уровень техники
Известен гиперзвуковой аэрокосмический ЛА, выполненный по схеме «летающее крыло», интегрированное с фюзеляжем, с двойным стреловидным оперением и рулями управления, с нанесенным на его поверхность теплозащитным покрытием, у которого крыло выполнено с большой стреловидностью, а фюзеляж имеет веретенообразную форму и расположен в теневой аэродинамической зоне крыла, передние кромки носовой части фюзеляжа, крыла и вертикального оперения выполнены затупленными, патент РФ №2393978, публикация 10.07.2010, бюллетень №19.
Известен ЛА, содержащий стартовый двигатель с механизмом разделения ступеней, маршевую ступень с функциональными блоками, принятый за прототип, патент РФ №2184343, публикация 27.06.2002, бюллетень №18.
Существует способ реализации полета гиперзвукового аэрокосмического ЛА, в котором при заданных начальной скорости, высоте полета и угле бросания используют программируемую амплитуду рикошетирования, при этом на этапе погружения в атмосферу изменение вектора аэродинамической силы осуществляют путем выбора оптимального угла атаки, соответствующего достижению максимальной дальности полета аппарата, патент РФ №2393978, публикация 10.07.2010, бюллетень №19.
Применение в конструкции ЛА стартового двигателя с механизмом разделения ступеней позволяет производить запуск ЛА на большую дальность без самолета-носителя. Однако полет осуществляют без вывода ЛА в зону верхней атмосферы и в конструкции данного ЛА не предусмотрена защита от кинетического нагрева поверхности, происходящего при требуемых скорости и дальности полета.
Достижение требуемых дальности и скорости ЛА предполагает реализацию полета ЛА за пределами плотных слоев атмосферы. Для реализации данного способа полета гиперзвукового аэрокосмического ЛА необходимо использовать самолет-носитель, что значительно усложняет и повышает стоимость таких полетов. При запуске гиперзвукового аэрокосмического ЛА с наземной пусковой установки на стартовом участке полета происходит значительный кинетический нагрев, и защита от него нанесенным на поверхность ЛА теплозащитным покрытием не обеспечивается.
Раскрытие изобретения
Задачей предлагаемой группы изобретений является устранение указанных выше недостатков, а именно уменьшение аэродинамических нагрузок и теплового воздействия на траектории, обеспечение сверхзвуковой скорости ЛА и полета на большую дальность, малозаметность для средств обнаружения, простоту реализации при оптимальных ценовых характеристиках.
В сверхзвуковом ЛА, содержащем стартовый двигатель с механизмом разделения ступеней, маршевую ступень с функциональными блоками, поставленная задача достигается тем, что маршевая ступень помещена в защитный обтекатель, раскрывающийся при отделении стартового двигателя, а планер маршевой ступени выполнен по самолетной схеме «низкоплан» с элементами вертикального оперения, обеспечивающими устойчивость планера по крену, заневоленными защитным обтекателем и переходящими в рабочее положение при его раскрыве.
В способе реализации полета сверхзвукового летательного аппарата, в котором используют программируемую амплитуду рикошетирования, при этом на этапе погружения в атмосферу изменение вектора аэродинамической силы осуществляют путем выбора оптимального угла атаки, соответствующего достижению максимальной дальности полета аппарата, поставленная задача достигается тем, что запуск ЛА осуществляют с наземной пусковой установки под траекторным углом от 50 до 85° к горизонту и ЛА выводят по баллистической траектории в разреженные слои атмосферы на высоты от 50 до 70 км.
Технический результат обеспечивается за счет того, что в сверхзвуковом летательном аппарате маршевая ступень помещена в защитный обтекатель, раскрывающийся при отделении стартового двигателя, а планер маршевой ступени выполнен по самолетной схеме «низкоплан» с элементами вертикального оперения, обеспечивающими устойчивость планера по крену, заневоленными защитным обтекателем и переходящими в рабочее положение при его раскрыве.
Технический результат также обеспечивается за счет того, что в способе реализации полета сверхзвукового летательного аппарата запуск ЛА осуществляют с наземной пусковой установки под траекторным углом от 50 до 85° к горизонту и ЛА выводят по баллистической траектории в разреженные слои атмосферы на высоты от 50 до 70 км.
Данное техническое решение поясняется графическими материалами.
На фиг. 1 и фиг. 2 схематически приведены внешний вид ЛА и маршевой ступеней сверхзвукового ЛА соответственно,
где 1 - защитный обтекатель;
2 - вертикальное оперение;
3 - маршевая ступень с функциональными блоками;
4 - механизм разделения ступеней;
5 - стартовый двигатель;
6 - блок стабилизаторов;
7 - корпус маршевой ступени;
8 - крыло;
9 - рули.
Сверхзвуковой ЛА, в соответствии с фиг. 1, выполнен бикалиберным и состоит из маршевой ступени, оснащенной функциональными блоками, отделяемого стартового двигателя и обтекателя. Данная схема позволяет обеспечить минимальные массогабаритные характеристики и увеличить дальность полета, производить запуск с наземной пусковой установки.
Маршевую ступень 3 стыкуют со стартовым двигателем 5 посредством переходного отсека с механизмом разделения 4, обеспечивающим принудительное отделение стартового двигателя 5 в конце активного участка полета ЛА. На сопловом блоке стартового двигателя установлен блок стабилизаторов 6, предназначенных для придания ЛА продольной устойчивости на стартовом участке полета. Стабилизаторы выполнены складывающимися в соответствующий данному ЛА калибр и представляют собой четыре лопасти. Каждая лопасть посредством оси шарнирно соединена с корпусом, неподвижно установленным на сопловом блоке стартового двигателя.
На фиг. 2 изображена маршевая ступень 3, оснащенная функциональными блоками. Маршевая ступень выполнена по самолетной схеме «низкоплан» с элементами вертикального оперения 2 крыла 8, обеспечивающими устойчивость планера по крену, заневоленными защитным обтекателем 1 и переходящими в рабочее положение при его раскрытии. Крыло 8 выполнено интегрированным в корпус маршевой ступени 7. Для обеспечения управляемого полета в хвостовой части маршевой ступени расположены рули 9. Выбранная аэродинамическая схема позволяет достичь аэродинамического качества K=5,5-6,0.
Для обеспечения скрытности и внезапности нанесения высокоточного удара на большой дальности от линии соприкосновения с противником располагают огневую позицию с пусковой установкой, оснащенной сверхзвуковым ЛА.
Наибольшую дальность стрельбы обеспечивают посредством вывода на начальном участке траектории ЛА на максимально возможную заатмосферную высоту полета, а на среднем участке траектории поддержанием ЛА на высоте полета, где потери скорости ЛА минимальны: выше плотных слоев атмосферы. Для этого при подготовке ЛА к запуску в пульте управления орудия при получении координат цели производят расчет баллистических установок стрельбы и формируют программное полетное задание для ЛА, в котором в том числе определяют траекторию с полетом в стратосфере (от 15 до 70 км), рикошетирующую от ее нижних слоев (от 15 до 20 км) с характерными участками:
- баллистическим - до максимальной высоты полета;
- основным, - характеризуемым полетом с максимальным коэффициентом аэродинамического качества;
- конечным - наведение и пикирование на цель.
Для реализации первого баллистического участка траектории полета запуск ЛА осуществляют с наземной пусковой установки под высоким траекторным углом от 50 до 85° к горизонту и ЛА выводят по баллистической траектории в разреженные слои атмосферы на высоты от 50 до 70 км.
После выхода ЛА из контейнера раскрываются и фиксируются лопасти блока стабилизаторов 6. С целью снижения аэродинамических нагрузок и теплового воздействия на начальном участке траектории применяют защитный обтекатель 1. По окончании работы стартового двигателя 5, по команде системы управления срабатывает механизм раскрытия защитного обтекателя 1 и механизм разделения ступеней 4. После разделения маршевая ступень 3 продолжает полет к цели по программной траектории.
Функциональные блоки маршевой ступени переводят управление полетом на программу для среднего участка траектории и формируют команды управления на рули ЛА. На этапе погружения в атмосферу изменение вектора аэродинамической силы осуществляют путем выбора оптимального угла атаки, соответствующего достижению максимальной дальности полета аппарата, аналогично патенту РФ №2393978, публикация 10.07.2010, бюллетень №19.
При подлете к цели также согласно полетному заданию полет ЛА происходит в режиме самонаведения, который обеспечивает высокоточное наведение ЛА на цель.
Для реализации предложенного способа могут применяться следующие устройства. ПУ с приводами наведения могут быть выполнены, например, аналогично применяемым в зенитном ракетно-пушечном комплексе, патент РФ №2321818, публикация 10.04.2008, бюллетень №10. Функциональные блоки маршевой ступени могут быть выполнены, например, аналогично содержащимся на ЛА, патент РФ №2184343, публикация 27.06.2002, бюллетень №18.
Таким образом, использование предлагаемых сверхзвукового летательного аппарата и способа реализации полета сверхзвукового летательного аппарата позволяет реализовать требования к современному вооружению и обеспечить уменьшение аэродинамических нагрузок и теплового воздействия на ЛА на траектории, осуществить запуск ЛА со сверхзвуковой скоростью на большую дальность, малозаметность вооружения для средств обнаружения, простоту реализации при оптимальных ценовых характеристиках.