МЕХАНИЗМ УДЕРЖАНИЯ БОЕПРИПАСА В ПУСКОВОЙ УСТАНОВКЕ
AMMUNITION HOLDING MECHANISM IN THE LAUNCHER STATION

Предлагаемое изобретение относится к боеприпасам, а именно к средствам фиксации боеприпаса в пусковой установке, и может быть использовано в ракетостроении наземного, морского и воздушного базирования, при применении транспортно-пусковых контейнеров и контейнеров, предназначенных для хранения боеприпасов, а также при разработке гранатометов, минометов, артиллерийских установок, боеприпасов к ним, в том числе и высокоточных.
В настоящее время с развитием военной техники и вооружения военные конфликты с целью нанесения противнику максимального урона и минимизации своих потерь проходят все более скоротечно с максимально высокой плотностью огня. Это достигается быстрыми:
- выдвижением на боевые позиции;
- переводом военной техники и вооружения к боевому применению;
- производством выстрелов или пуском ракет;
- подготовкой военной техники и вооружения к маршу;
- передислокацией военной техники и вооружения.
Учитывая специфику современного военного конфликта, к механизму удержания боеприпаса в пусковой установке (транспортно-пусковом контейнере и контейнере, предназначенных для хранения боеприпасов), далее по тексту ПУ, предъявляются следующие требования:
1. Быстрое приведение боеприпаса к боевому применению.
2. Исключение обслуживания боеприпаса и ПУ до и после выстрела.
3. Надежность удержания боеприпаса в ПУ.
4. Снижение до минимума пусковых возмущений.
5. Обеспечение надежной расстыковки боеприпаса и ПУ при пуске.
6. Обеспечение безопасности личному составу при боевом применении, хранении, транспортировке всеми видами транспорта, а также падении с высоты 1,5 м на бетонное основание при погрузке-разгрузке.
7. Возможность многократного использования ПУ в полевых условиях, в том числе и с автоматом заряжания.
8. Простота изготовления.
9. Унификация (применение к различным типам боеприпасов), в том числе с односопловым и многосопловым ракетным двигателем, и ПУ.
Известен механизм удержания ракеты (боеприпаса) в контейнере (ПУ) по патенту РФ №2329458 от 20.07.2008, МПК F42B 15/00, который включает ракету с ракетным двигателем и механизм ее удержания. Механизм удержания состоит из резьбового кольца и упорной втулки, установленной на контейнере. Упорная втулка посредством закрепленной на ней с помощью штифтов ступенчатой втулки, охватывающей и фиксирующей на конической поверхности двигателя разрезное пружинное кольцо, контактирующее по скосам на внутренней поверхности с радиальными скошенными уступами толкательной втулки, производит удержание боеприпаса в ПУ.
Известный механизм удержания боеприпаса в ПУ вполне удовлетворяет требованиям быстрого приведения боеприпаса к боевому применению и исключения обслуживания боеприпаса и ПУ до выстрела.
Однако в известном механизме для исключения случайного несанкционированного перемещения ступенчатая втулка в исходном положении должна быть зафиксирована относительно упорной втулки штифтами, иными словами, штифты обеспечивают надежное удержание боеприпаса в ПУ. Но в этом случае возникает противоречие: с одной стороны, штифты для обеспечения надежного удержания боеприпаса в ПУ должны быть достаточно прочными, а с другой стороны, для снижения до минимума пусковых возмущений ступенчатая втулка в исходном положении не должна быть зафиксирована относительно упорной втулки, а это, как следствие, приводит или к ненадежной фиксации боеприпаса в ПУ, или к значительным пусковым возмущениям, возникающим при пуске боеприпаса.
Кроме того, дополнительное возмущение возникает при механическом ударе подвижных частей механизма удержания боеприпаса о резьбовое кольцо (дно) контейнера.
При перемещении ступенчатой и толкательной втулок, известного механизма удержания боеприпаса в ПУ относительно упорной втулки и пружинного кольца в местах контакта, а именно в скосах, скошенных уступах, конических и цилиндрических поверхностях, возникает трение скольжения, которое вследствие неравномерного воздействия на перемещаемые детали вызывает их перекос, что, в свою очередь, может привести к заеданию механизма удержания и, как следствие, к заклиниванию боеприпаса в ПУ. Эта функциональная особенность в значительной мере снижает надежность расстыковки боеприпаса и ПУ при пуске, а также не обеспечивает безопасность личному составу при боевом применении.
После пуска боеприпаса и выхода его из ПУ на траекторию полета детали известного механизма будут повреждены и не пригодны для вторичного применения, поэтому невозможно многократное использование ПУ в полевых условиях.
Ввиду достаточно большого количества деталей, входящих в состав механизма удержания боеприпаса в ПУ, и из-за их взаимного перемещения к деталям предъявляются более высокие требования точности изготовления, поэтому все эти признаки характеризуют известный механизм как достаточно сложный, а это в большей степени снижает унификацию, то есть применение его к различным типам боеприпасов.
Известен механизм удержания ракеты (боеприпаса) с многосопловым ракетным двигателем в ПУ (по патенту РФ №2284000 от 20.09.2006., МПК F41F 3/052, принятый за прототип), который содержит замковый узел, выполненный в виде кольцевой проточки в ПУ и разрезного пружинного кольца, установленного в кольцевой проточке на корпусе боеприпаса, а также кольцевой ступенчатый вкладыш переменного диаметра, поджатый по торцам: с одной стороны многосопловым ракетным двигателем, а с другой стороны задней крышкой ПУ с кольцевым замком. Кольцевой ступенчатый вкладыш переменного диаметра, войдя в зацепление шлицами с радиальными и сквозными пазами ПУ и многосоплового двигателя, раздвинув изнутри разрезное пружинное кольцо замкового узла, установленное в кольцевой проточке корпуса многосоплового двигателя до фиксации в кольцевой проточке ПУ, производит удержание боеприпаса в ПУ.
Известный механизм удержания боеприпаса в ПУ вполне удовлетворяет таким требованиям: как быстрое приведение боеприпаса к боевому применению, исключение обслуживания боеприпаса и ПУ до и после выстрела, надежность удержания боеприпаса в ПУ и обеспечение безопасности личному составу, но только при хранении.
Однако известному устройству присущи следующие недостатки. Во-первых, при пуске ракеты за счет задержки в срабатывании механизма удержания, которая возникает из-за того, что кольцевой ступенчатый вкладыш не может освободить разрезное пружинное кольцо замкового узла до тех пор, пока не откроется пороховыми газами ракетного двигателя задняя крышка контейнера и он не переместится в осевом (продольном) направлении, выводя шлицы из зацепления. При этом возникают значительные пусковые возмущения, действующие на боеприпас и ПУ. Кроме того, дополнительное возмущение возникает при нестабильном срабатывании кольцевого замка задней крышки ПУ.
Во-вторых, известный механизм удержания боеприпаса в ПУ не обеспечивает надежной расстыковки боеприпаса и ПУ при пуске. Неравномерность усилий, возникающих при запуске многосоплового ракетного двигателя и действующих на заглушки-поршни, может стать причиной перекоса кольцевого ступенчатого вкладыша, что может привести к его заклиниванию в ПУ, а это, как следствие, приведет к невозможности срабатывания замкового узла при расстыковке боеприпаса и ПУ.
В-третьих, нестабильность срабатывания механизма удержания, а именно возможность заклинивания кольцевого ступенчатого вкладыша в ПУ при боевом применении, делает его небезопасным для личного состава. Кроме того, отделяемые части механизма удержания (задняя крышка контейнера, кольцевой ступенчатый вкладыш, заглушки-поршни) могут травмировать личный состав и повреждать материальные средства. Вибрации и перегрузки, действующие при транспортировании, а также падение с высоты 1,5 м на бетонное основание при погрузке-разгрузке могут привести к расстыковке кольцевого замка задней крышки ПУ, смещению кольцевого ступенчатого вкладыша, и, как следствие, замковый узел произведет расстыковку боеприпаса с ПУ, что в свою очередь приведет к несанкционированной инициации боеприпаса, что также небезопасно для личного состава.
В-четвертых, многократно использовать ПУ в полевых условиях с известным механизмом удержания не представляется возможным по причине того, что отделяемые части данного механизма при соприкосновении с препятствиями будут иметь механические повреждения, а это приводит к невозможности использования их вторично. Отделение конструктивных элементов механизма удержания исключает возможность применения автомата заряжания.
В-пятых, данный механизм удержания боеприпаса в ПУ, хотя и имеет меньшее, чем аналог количество деталей, однако наличие большого количества наружных и внутренних цилиндрических, а также радиальных проточек и точность их выполнения не позволяют его отнести к просто изготавливаемым механизмам.
В-шестых, ввиду получения еще больших перекосов кольцевого ступенчатого вкладыша, обусловленных возникновением еще большей неравномерности усилий, действующих при запуске односоплового ракетного двигателя, его использование с данным механизмом удержания боеприпаса в ПУ недопустимо, а это в свою очередь ограничивает применение его в различных типах боеприпасов и ПУ и, как следствие, его унификацию.
Технической задачей предлагаемого изобретения является устранение вышеуказанных недостатков, а именно снижение до минимума пусковых возмущений, обеспечение надежной расстыковки боеприпаса и ПУ при пуске, обеспечение безопасности личному составу при боевом применении, при хранении и транспортировке всеми видами транспорта, а также при падении с высоты 1,5 м на бетонное основание при погрузке-разгрузке, возможность многократного использования ПУ в полевых условиях, в том числе и с автоматом заряжания, простота изготовления, а также унификация (применение в различных типах боеприпасов), в том числе с односопловым и многосопловым ракетным двигателем и ПУ.
Поставленная техническая задача в механизме удержания боеприпаса в пусковой установке (ПУ), включающем замковый узел, выполненный в виде кольцевой проточки в ПУ и разрезного пружинного кольца, установленного в кольцевой проточке на корпусе боеприпаса, решена тем, что разрезное пружинное кольцо выполнено в виде фиксатора с n-захватными выступами и охвачено обоймой с n-радиальными пазами, через которые захватные выступы контактируют с кольцевой проточкой в ПУ, при этом сам механизм удержания включает m-замковых узлов, установленных друг за другом. Обойма с n-радиальными пазами, сжимая разрезное пружинное кольцо, обеспечивает его надежную фиксацию в кольцевой проточке на корпусе боеприпаса, не давая ему перемещаться в осевом (продольном) направлении, а расположенные на разрезном пружинном кольце n-захватные выступы выступают из n-радиальных пазов так, что размер их выступания за наружный диаметр обоймы с n-радиальными пазами зависит от ширины n-радиальных пазов. В свою очередь, размер выступания n-захватных выступов, контактирующих с кольцевой проточкой в ПУ, за габарит обоймы с n-радиальными пазами и усилие сжатия разрезного пружинного кольца регламентируют усилие срабатывания замкового механизма при пуске боеприпаса из ПУ и, как следствие, позволяют получить оптимальное усилие расстыковки, соответствующее минимальным пусковым возмущениям. Ввиду того, что в замковом узле отсутствуют детали, имеющие возможность перемещаться в осевом (продольном) направлении до момента расстыковки боеприпаса с ПУ, снижается до минимума время срабатывания механизма удержания; поэтому, в свою очередь, в значительной степени уменьшаются пусковые возмущения, действующие на боеприпас и ПУ. При необходимости равномерного распределения усилия расстыковки по длине боеприпаса механизм удержания выполняется с последовательно расположенными m-замковыми устройствами. Расположенные на обойме n-радиальные пазы фиксируют n-захватные выступы разрезного пружинного кольца таким образом, что не позволяют им заклинить в проточке ПУ при срабатывании замкового узла, тем самым обеспечивая надежную расстыковку боеприпаса и ПУ при пуске. Разрезное пружинное кольцо с n-захватными выступами зафиксировано обоймой с n-радиальными пазами в кольцевой проточке боеприпаса так, что исключается их взаимное перемещение в осевом (продольном) направлении и отделение при пуске боеприпаса, а глубина n-радиальных пазов и ширина кольцевой проточки боеприпаса позволяют беспрепятственно утопать в радиальном направлении n-захватным выступам относительно обоймы, исключая заедание замкового узла, что, в свою очередь, обеспечивает безопасность личному составу при боевом применении. Для обеспечения безопасности личному составу при хранении, транспортировке всеми видами транспорта, а также падении с высоты 1,5 м на бетонное основание при погрузке-разгрузке количество n-захватных выступов, расположенных на разрезном пружинном кольце, выполненном в виде фиксатора и контактирующих с кольцевой проточкой в ПУ, может быть увеличено, что приведет к более равномерному распределению усилия фиксации по диаметру боеприпаса и ПУ и, как следствие, снизит чувствительность механизма удержания к внешним воздействиям. Кольцевая проточка замкового узла, выполненная в ПУ и служащая для контакта с n-захватными выступами разрезного пружинного кольца, а также отсутствие деталей механизма удержания, находящихся в ПУ и обеспечивающих его работоспособность, в значительной степени увеличивают ресурс ПУ, а это, в свою очередь, позволяет многократно использовать ПУ в полевых условиях, в том числе и с автоматом заряжания. При необходимости перекос боеприпаса в исполнительном механизме автомата заряжания исключается распределением усилия фиксации как по диаметру, так и по длине боеприпаса путем увеличения n-захватных выступов на разрезном пружинном кольце и увеличения m-замковых узлов, расположенных последовательно по длине боеприпаса. Замковый узел с разрезным пружинным кольцом и кольцевой проточкой в ПУ, а также обойма и кольцевая проточка на боеприпасе исключают применение высокотехнологичного производства, а минимальное количество кольцевых проточек и деталей, выполненных с помощью штамповки и не имеющих высокой точности изготовления, как следствие, делают механизм простым в изготовлении. Разрезное пружинное кольцо с n-захватными выступами для изменения его упругих свойств в зависимости от действующих на механизм удержания усилий и, как следствие, величин деформации выполняется комбинированным в сечении, тем самым еще более расширяя диапазон получения оптимального усилия срабатывания замкового узла, при этом позволяя более широко применять механизм удержания в различных типах боеприпасов, в том числе с односопловым и многосопловым ракетным двигателем, и ПУ, получая высокий уровень унификации.
Для боеприпаса, имеющего малый калибр и большую длину, разрезное пружинное кольцо может быть выполнено в виде эллипса с одним захватным выступом и охвачено обоймой с одним радиальным пазом.
Для боеприпаса, имеющего малый и средний калибры и небольшую длину, разрезное пружинное кольцо может быть выполнено в виде эллипса с двумя захватными выступами и охвачено обоймой с двумя диаметрально расположенными радиальными пазами.
Для боеприпаса, имеющего средний и большой калибры и среднюю длину, разрезное пружинное кольцо может быть выполнено с тремя и более (четырьмя, пятью и т.д.) симметрично расположенными по окружности захватными выступами и охвачено обоймой с тремя и более (четырьмя, пятью и т.д.) радиальными пазами.
Для обеспечения гарантированной расстыковки боеприпаса с ПУ малого калибра с ассиметричным захватом (с одним захватным выступом, охваченным обоймой с одним радиальным пазом) разрезное пружинное кольцо выполнено в сечении круглым.
Для обеспечения гарантированной расстыковки боеприпаса с ПУ среднего и большого калибра с симметричными захватами (с двумя и более захватными выступами, охваченными обоймой с двумя и более радиальными пазами) разрезное пружинное кольцо может быть выполнено в сечении прямоугольным, а захватные выступы выполнены с боковыми трапецеидальными скосами.
Заявляемая конструкция механизма удержания боеприпаса в ПУ позволяет за счет фиксатора с многозахватными выступами, каждый из которых охвачен обоймой с радиальным пазом, создать очень надежное устройство как для транспортировки боеприпаса в ПУ, так и при его пуске, что не имеет аналогов среди известных устройств, а значит соответствует критерию «изобретательский уровень».
На фиг. 1 представлено заявляемое устройство с одним захватным выступом на выполненном в виде эллипса разрезном пружинном кольце и охвачено обоймой с одним радиальным пазом, а также четырьмя замковыми узлами, где: 1 - боеприпас; 2 - ПУ; 3а - разрезное пружинное кольцо с одним захватным выступом 4а; 5а - обойма с одним радиальным пазом 6а; 7 - кольцевая проточка боеприпаса; 8 - кольцевая проточка ПУ.
На фиг. 2 представлено заявляемое устройство с двумя захватными выступами на выполненном в виде эллипса разрезном пружинном кольце и охвачено обоймой с двумя радиальными пазами, а также тремя замковыми узлами, где: 3б - разрезное пружинное кольцо с двумя захватными выступами 4а и 4б; 5б - обойма с двумя радиальными пазами 6а и 6б.
На фиг. 3 представлено заявляемое устройство с тремя захватными выступами, симметрично расположенными по окружности на разрезном пружинном кольце, и охвачено обоймой с тремя радиальными пазами, а также двумя замковыми узлами, где: 3в - разрезное пружинное кольцо с тремя захватными выступами 4а, 4б и 4в; 5в - обойма с тремя радиальными пазами 6а, 6б и 6в.
На фиг. 4 представлено заявляемое устройство с пятью захватными выступами, симметрично расположенными по окружности на разрезном пружинном кольце, и охвачено обоймой с пятью радиальными пазами, а также одним замковым узлом, где 3г - разрезное пружинное кольцо с пятью захватными выступами 4а, 4б, 4в, 4г и 4д; 5г - обойма с пятью радиальными пазами 6а, 6б, 6в, 6г, 6д.
На фиг. 5 представлено заявленное устройство с разрезным пружинным кольцом, выполненным в сечении круглым.
На фиг. 6 представлено заявленное устройство с разрезным пружинным кольцом, выполненным в сечении квадратным, а захватные выступы выполнены с боковыми трапецеидальными скосами.
Рассмотрим работу заявляемого механизма удержания боеприпаса на примере устройства, представленного на фиг. 4.
В кольцевую проточку боеприпаса 7 устанавливается разрезное пружинное кольцо 3г с пятью захватными выступами 4а, 4б, 4в, 4г и 4д, которое снаружи охватывается обоймой 5 г с пятью радиальными пазами 6а, 6б, 6в, 6г и 6д, через которые захватные выступы 4(а-д) контактируют с кольцевой проточкой 7 в ПУ 2 так, что разрезное пружинное кольцо 3г, выполненное в виде фиксатора, и кольцевая проточка 8 ПУ 2 образуют замковый узел. При заряжании боеприпаса 1 в ПУ 2 захватные выступы 4(а-д) разрезного пружинного кольца 3г с пятью захватными выступами 4(а-д) сжимают разрезное пружинное кольцо 3г и позволяют довести боеприпас 1 до упора в заднюю стенку ПУ 2, выполненную, в зависимости от технических характеристик боеприпаса 1, глухой или с отверстиями. Одновременно с этим захватные выступы 4(а-д) разрезного пружинного кольца 3г, разжимая его в кольцевой проточке 8 ПУ 2, контактируют с ней, обеспечивая надежное удержание боеприпаса 1 в ПУ 2.
При пуске боеприпаса 1 происходит рост давления газов между боеприпасом 1 и задней стенкой ПУ 2, боеприпас начинает движение. Пять захватных выступов 4(а-д), контактирующих с кольцевой проточкой 8 ПУ 2, сжимают разрезное пружинное кольцо 3г с пятью захватными выступами 4(а-д); вследствие этого замковый узел срабатывает и производит расстыковку боеприпаса 1 с ПУ 2.
Устройства, представленные на фиг. 1-3, 5, 6, функционируют аналогичным образом.
Для проверки заявляемого устройства был создан опытный образец механизма удержания боеприпаса в ПУ, представленный на фиг. 2. Испытываемый образец полностью подтвердил свои преимущества по сравнению с известными аналогами. Многократные испытания стрельбой подтвердили, что конструкция предлагаемого механизма удержания не требует проведения каких-либо мероприятий для приведения боеприпаса к боевому применению и не требует обслуживания боеприпаса и ПУ до и после выстрела. Надежность удержания боеприпаса в ПУ подтверждена натурными испытаниями, в ходе которых боеприпас, заряженный в ПУ, подвергался одиночным и многократным механическим ударам полусинусоидальной формы и синусоидальной вибрации в одном вертикальном и двух горизонтальных направлениях, а также термостатированию при температуре +55°С и -50°С. Механизм удержания боеприпаса в ПУ выдержал испытания по снижению до минимума пусковых возмущений в зависимости от технических характеристик боеприпаса, условий эксплуатации ПУ. Обеспечение надежной расстыковки боеприпаса и ПУ при пуске подтверждаются натурными испытаниями стрельбой, при которых боеприпас был термостатирован при температуре +55°С и -50°С. Механизм удержания боеприпаса в ПУ безопасен для личного состава при боевом применении, что подтверждается натурными испытаниями стрельбой, при хранении и транспортировке всеми видами транспорта, что подтверждается натурными испытаниями на воздействие механических нагрузок при транспортировании на стенде имитации транспортирования СИТ-М и при падении с высоты 1,5 м на бетонное основание при погрузке-разгрузке, что также подтверждается натурными испытаниями на прочность. Возможность многократного использования ПУ в полевых условиях, в том числе и с автоматом заряжания, подтверждается натурными испытаниями стрельбой в различные времена года.