ОТСЕК РАЗДЕЛЕНИЯ СНАРЯДА
PROJECTILE SEPARATION COMPARTMENT

Изобретение относится к области ракетной техники и может быть использовано при разработке разделяющихся боеприпасов реактивной и ствольной артиллерии.
Решение поставленной задачи связано с необходимостью разработки рациональных вариантов конструкции узлов фиксации и вскрытия, обеспечивающих жесткость снаряда в процессе высокоскоростного движения по траектории и надежность отделения фрагментов разделяющегося реактивного снаряда (PC) при минимальных силовых и тепловых нагрузках на разделяемые элементы конструкции. Это особенно важно для разделяющихся снарядов, которые оснащены интеллектуальными элементами или беспилотными летательными аппаратами (БПЛА), снабженными уязвимой электронной аппаратурой.
По патенту России RU (11) №2230288 от 21.11.2002 г. (РФ. «Патенты РФ на изобретения», №16 от 10.06.2004 г.) известна конструкция разделяющегося реактивного снаряда. Снаряд содержит ракетный двигатель с корпусом, дном и зарядом твердого топлива и отделяемую головную часть, имеющую в своем составе корпус с поражающими элементами, парашютный отсек в виде кожуха с дном, пороховой заряд с предохранительно-исполнительным механизмом (ПИМ), узлы отделения, вскрытия и фиксации.
Узел отделения размещен между кожухом ПО и дном ракетной части и снабжен цилиндрической направляющей, в которой размещены фиксирующие элементы сегментной формы, взаимодействующие с внутренней конической поверхностью корпуса.
Работа указанной конструкции снаряда с парашютной системой стабилизации имеет некоторое сходство с работой предлагаемой авторами конструкции разделяющегося реактивного снаряда, что позволяет предположить о наличии в известном конструктивном решении системы разделения поршневого типа, имеющей источник энергии со средствами инициирования. Однако отсутствие в материалах заявки конструктивного исполнения этих узлов не позволяет провести конкретное сравнение их положительных практических качеств.
Таким образом, задачей рассмотренного конструктивного решения являлась разработка разделяющегося реактивного снаряда, обеспечивающего отделение головной части от ракетного двигателя, ввод в действие парашютной системы и спуск головной части в районе цели при невысоких значениях силовых нагрузок и пассивной массы боеприпаса.
Общими признаками с предлагаемой авторами конструкции PC является наличие отсека разделения с источником энергии (зарядом отделения) и инициирующего устройства в виде предохранительно-исполнительного механизма.
По международной заявке №88/05523 от 28.07.88, кл. F42B 13/38 (ИСМ №3, вып. 105, 1989) известна конструкция разделяющегося снаряда, содержащего головную часть с парашютным отсеком, узел отделения с зарядом отделения и элементами форсирования в виде срезаемых радиальных болтов.
Конструкция разделяющегося снаряда позволяет осуществить отделение головной части от носителя и ввод в действие парашюта. Однако эта конструкция не обеспечивает работу конструкции в условиях нестабилизированного высокоскоростного движения головной части, характеризующегося формированием больших сил «лобового» сопротивления на траектории.
Тем самым, задачей данного технического решения являлось обеспечение отделения головной части от носителя посредством узла отделения с элементами форсирования в виде срезаемых радиальных болтов, а также ввод парашюта в действие в условиях стабилизированного движения головной части.
Общими признаками известного технического решения с предлагаемой авторами конструкцией отсека разделения является наличие узла разделения с элементами форсирования и зарядом отделения, являющимся источником энергии при разделении.
Наиболее близким по технической сути и достигаемому результату является многофункциональный отсек разделения реактивных снарядов, известный по патенту России RU (11) №2459176 (13) С1 от 21.04.2011 г. (опубл. в Бюл. №23 20.08.2012 г.)
Многофункциональный отсек разделения реактивных снарядов содержит корпус, узлы стыковки головной части и двигателя, механизмы фиксации, систему стабилизации отделяемой головной части, а также блоки отделения, вскрытия, инициирования и задействования исполнительных органов головной части, которые включают пороховые заряды, поршни и элементы форсирования.
Задачей описанного изобретения является разработка конструкции многофункционального отсека разделения реактивных снарядов, которая обеспечивает фиксацию и вскрытие системы стабилизации головной части, отделение и стабилизацию головной части в полете, инициирование и задействование исполнительных органов отсека и головной части в процессе функционирования.
Практическая реализация совокупности представленных выше конструктивных отличий в разрабатываемых боеприпасах позволяет создать унифицированную многофункциональную конструкцию отсека разделения, обеспечивающую надежное функционирование реактивных снарядов различного целевого назначения на активном и пассивном участках траектории. Однако, в связи с многофункциональностью, сложностью и дороговизной унифицированной конструкции, в рассматриваемом случае использование указанного изобретения представляется нецелесообразным.
Общими признаками описанного технического решения, принятого авторами за прототип, с предлагаемой конструкцией отсека разделения снаряда является наличие блока отделения с пороховым зарядом, поршнем и элементами форсирования.
В отличие от прототипа в предлагаемом конструктивном решении источник энергии отсека выполнен в виде комбинации форсажного заряда и одного или нескольких разгонных пороховых аккумуляторов давления (ПАД), симметрично закрепленных в поршне и снабженных инициирующими устройствами.
Форсажный заряд закреплен в опорном кольце посредством диафрагмы и выполнен в виде изделия тороидальной формы, размещенного вокруг предохранительно-исполнительного механизма, снабженного радиальным инициирующим устройством, сориентированным с локальным утонением на внутренней поверхности тора, например, посредством выполнения осевой пуклевки на опорной поверхности корпуса заряда и наличия ответной головки фиксирующего винта, установленного на смежной с корпусом поверхности диафрагмы.
Пороховые аккумуляторы давления симметрично закреплены в поршне и снабжены инициирующими устройствами, выполненными в виде воспламенителей и разрывных мембран, закрепленных в зоне размещения сопловых блоков аккумуляторов и имеющих регламентируемые силовые и тепловые условия срабатывания в процессе разделения, обеспечивающие вскрытие газодинамических связей камер сгорания аккумуляторов с полостью разделения снаряда в требуемый момент времени.
Указанные отличительные признаки, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой защиты, являются существенными и достаточными для достижения нового технического результата.
Задачей предлагаемого изобретения является разработка простой, компактной и надежной конструкции отсека разделения снарядов, обеспечивающей возможность существенного увеличения скорости разделения при снижении силового и теплового воздействий на разделяемые элементы конструкции и, в первую очередь, на управляемое средство воздушной разведки, размещенное в оболочке головной части реактивного разведывательного снаряда.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в известной конструкции отсека разделения реактивного снаряда, содержащей оболочку с дном, опорное кольцо, поршень, источник энергии с инициирующим устройством и узел форсирования, скрепляющий разделяемые элементы конструкции, введена новая совокупность конструктивных узлов и элементов, изменено их взаимное расположение, а также кинематические и газодинамические связи.
В частности, выполнение источника энергии в виде комбинации форсажного заряда и одного или нескольких разгонных аккумуляторов давления (ПАД), снабженных инициирующими устройствами, позволяет за счет выбора рациональных параметров заряжания форсажного заряда и энергетических характеристик ПАД обеспечить:
невысокий уровень максимального давления в полости разделения, незначительно превышающий давление разрушения разрывных болтов узла форсирования;
возможность достаточно легко решить задачу получения требуемой скорости разделяющихся элементов конструкции за счет выбора количества и продолжительности работы ПАД в процессе разделения;
работоспособность конструкции за счет грамотного выбора параметров инициирующих устройств.
При этом симметричное закрепление в поршне разгонных аккумуляторов давления исключает эксцентриситет массы боеприпаса в процессе движения по траектории и, тем самым, обеспечивает устойчивое движение боеприпаса. Одновременно в этом случае удается использовать тягу ПАДов в качестве дополнительной ускоряющей силы, увеличивающей скорость разгона одного из отделяемых объектов.
Фиксация форсажного заряда в опорном кольце посредством диафрагмы и выполнение его в виде изделия тороидальной формы, размещенного вокруг предохранительно-исполнительного механизма, снабженного радиальным инициирующим устройством, сориентированным с локальным утонением на внутренней поверхности тора, обеспечивает простое и надежное срабатывание заряда при подаче воспламенительного импульса, например, от блока системы управления.
Снабжение аккумуляторов давления инициирующими устройствами, выполненными в виде воспламенителей и разрывных мембран, закрепленных на сопловых блоках аккумуляторов и имеющих регламентируемые силовые и тепловые условия срабатывания в процессе разделения, обеспечивает надежное вскрытие сопловых блоков и газодинамическую связь камер сгорания аккумуляторов с полостью разделения снаряда в требуемый момент времени.
Перечисленные выше особенности конструктивного исполнения позволяют решить поставленную задачу по разработке простой, компактной и надежной конструкции отсека разделения снаряда, обеспечивающей возможность снижения силового и теплового воздействий на разделяемые элементы конструкции и, в первую очередь, на БПЛА, имеющее в своем составе уязвимые радиоэлектронные средства. Это, в конечном счете, позволяет уменьшить пассивный вес и повысить надежность работы разрабатываемой конструкции в полетных условиях.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен общий вид отсека разделения и вид на отсек разделения со стороны дна.
Предлагаемая конструкция отсека разделения реактивного снаряда содержит оболочку 1 с дном 11, опорное кольцо 9, поршень 2 и узел форсирования 5, скрепляющий разделяемые элементы конструкции (поршень с полезной нагрузкой и опорное кольцо с оболочкой и дном).
Источник энергии выполнен в виде комбинации форсажного заряда 16 и одного или нескольких разгонных аккумуляторов давления 3, симметрично закрепленных в поршне и снабженных инициирующими устройствами 6, 7.
Форсажный заряд 16 закреплен в опорном кольце 9 посредством диафрагмы 12 и выполнен в виде изделия тороидальной формы, размещенного вокруг предохранительно-исполнительного механизма 18, снабженного радиальным инициирующим устройством 17, сориентированным с локальным утонением 15 на внутренней поверхности тора, например, посредством выполнения осевой пуклевки 14 на опорной поверхности корпуса заряда и наличия ответной головки фиксирующего винта 13, установленного на смежной с корпусом поверхности диафрагмы.
Пороховые аккумуляторы давления 3 симметрично закреплены в поршне 2 и снабжены инициирующими устройствами, выполненными в виде воспламенителей 6 и разрывных мембран 7, закрепленных в зонах размещения сопловых блоков 8 аккумуляторов и имеющих регламентируемые силовые и тепловые условия срабатывания в процессе разделения, обеспечивающие вскрытие газодинамических связей камер сгорания аккумуляторов А с полостью разделения снаряда Б в требуемый момент времени.
Функционирование отсека разделения снаряда начинается с работы приемного устройства 19, задействования ПИМа 18 и срабатывания пороховой петарды 17. Продукты сгорания петарды направляются на утонение в корпусе 15, разрушают его и обеспечивают надежное воспламенение форсажного порохового заряда 16, являющегося источником энергии для процесса отделения PC.
Продукты сгорания заряда заполняют свободные полости основного рабочего объема Б и через расходные каналы в опорном кольце 10 и диафрагме 12 заполняют смежный рабочий объем В. При величине давления, соответствующего усилию разрушения узла форсирования 5, под действием давления на поршень 2 начинается процесс разделения снаряда.
Практически одновременно, за счет регламентации условий срабатывания мембран 7, закрепленных в районе сопловых блоков аккумуляторов давления 8, происходит их разрушение и формируется газодинамическая связь полостей камер сгорания ПАД (А) с полостью разделения снаряда Б. В результате, за счет поступления плотных высокотемпературных продуктов сгорания форсажного заряда в камеры ПАД срабатывают воспламенители 6 и обеспечивают задействование пороховых зарядов 4 аккумуляторов. Продукты сгорания, образовавшиеся в свободных зонах ПАД, через сопловые каналы поступают в зоны разделения Б и В. Начинается мощный подъем давления и эффективный разгон поршня с полезной нагрузкой.
Процесс разделения PC сопровождается резким увеличением запоршневого объема зоны разделения, однако, за счет аккумулирования давления в полости В и мощного притока энергии из камер ПАД на всей длине направляющей оболочки 1 достигаются требуемые значения скоростей движения разделяемых элементов. При этом величина максимального давления в зоне разделения, а следовательно, и перегрузки определяются выбором массы форсажного заряда, а величина относительной скорости разделяемых объектов - выбором массы и свода горения зарядов ПАД.
В момент выхода поршня 2 из оболочки 1 давление в рабочих зонах сбрасывается и завершается процесс разделения составных элементов снаряда, включающих с одной стороны поршень 2 с полезной нагрузкой головной части, а с другой стороны - кольцо 9 с оболочкой 1, дно 11 и пассивные элементы ракетной части.
Таким образом, практическая реализация совокупности представленных выше конструктивных отличий в разрабатываемых боеприпасах позволяет решить поставленную задачу по разработке простой, компактной и надежной конструкции отсека разделения снаряда, обеспечивающей возможность снижения силового и теплового воздействия на разделяемые элементы конструкции и, в первую очередь, на БПЛА, имеющее в своем составе уязвимые радиоэлектронные средства. Это, в конечном счете, позволяет уменьшить пассивный вес и повысить стабильность работы разрабатываемой конструкции в полетных условиях. Одновременно представляется широкая возможность за счет выбора количества и массы ПАДов резко повысить относительную скорость разделяемых элементов снаряда.
Изобретение может быть использовано при разработке разделяющихся реактивных снарядов с отделяющимися головными частями и, в первую очередь, при создании новых и модернизации существующих конструкций систем залпового огня, что сокращает сроки и стоимость отработки разрабатываемых образцов.
Указанный положительный эффект подтвержден результатами многочисленных стендовых испытаний опытных образцов отсеков разделения, выполненных в соответствии с предполагаемым изобретением.