СВЕРХЗВУКОВАЯ ВРАЩАЮЩАЯСЯ РАКЕТА
SUPERSONIC SPINNING MISSILE

Изобретение относится к области ракетной техники, а именно к реактивным снарядам систем залпового огня.
Объект изобретения представляет собой сверхзвуковую вращающуюся ракету системы залпового огня повышенной точности с головной частью, снаряженной жидким наполнителем.
Реактивные системы залпового огня успешно применяются для борьбы со многими площадными целями. Высокая эффективность поражения площадных целей достигается за счет ведения залповой стрельбы, позволяющей за короткое время нанести массированный удар большим количеством снарядов, и за счет большой массы боевой части, способной причинить существенный урон на значительной площади.
Обеспечение большой площади поражения одним боеприпасом возможно различными способами, одним из которых является применение реактивных снарядов залпового огня с головными частями, снаряженными жидким наполнителем на основе нефтепродуктов. Так, известны варианты вращающихся ракет, содержащих головную часть с жидким наполнителем на основе нефтепродуктов и воздушной полостью, ракетный двигатель и хвостовое оперение (патенты РФ №2154799, №2174669, №2195627, №2248515), принятые авторами за аналоги. Задачей данных технических решений являлась разработка оперенной вращающейся ракеты с головной частью с жидким наполнителем и воздушной полостью, позволяющей повысить эффективность огневого поражения. Недостатком данных конструкций является невозможность их эксплуатации при высоких сверхзвуковых скоростях полета, так как в этом случае корпус ракеты подвержен интенсивному аэродинамическому нагреву, вследствие чего недопустимо повышается температура жидкого наполнителя, что, в свою очередь, может привести к преждевременной детонации боевой части.
Общими признаками с предлагаемой авторами сверхзвуковой вращающейся ракетой являются наличие в аналогах головной части с жидким наполнителем на основе нефтепродуктов и воздушной полостью, ракетного двигателя и хвостового оперения.
Известна также вращающаяся ракета по патенту РФ №2325612, которая принята авторами в качестве прототипа. Эта ракета содержит боевую часть с размещенным в цилиндрическом корпусе (контейнере) жидким наполнителем с воздушной полостью, ракетный двигатель и хвостовое оперение.
Задачей данного технического решения являлось создание высокоскоростной сверхзвуковой вращающейся ракеты с повышенной эффективностью огневого поражения.
Общими признаками с предлагаемой авторами сверхзвуковой вращающейся ракетой являются наличие в прототипе боевой части с жидким наполнителем и воздушной полостью, ракетного двигателя и хвостового оперения.
Вращающаяся ракета, принятая за прототип, функционирует следующим образом. При выстреле из направляющей боевой машины ракета закручивается относительно своей продольной оси за счет взаимодействия направляющего штифта и винтового паза в направляющей. После схода с направляющей на ракете раскрывается косопоставленное оперение, которое обеспечивает дальнейшее вращение ракеты относительно своей продольной оси за счет аэродинамических сил и моментов. Ракета совершает полет по баллистической траектории, выходит в район цели и обеспечивает ее поражение посредством детонации жидкого наполнителя. В процессе движения по баллистической траектории с большими сверхзвуковыми скоростями корпус ракеты испытывает интенсивный аэродинамический нагрев. Температура стенки корпуса может подниматься до 500°C и более, что может привести к преждевременной детонации жидкого наполнителя. Для исключения недопустимого нагрева жидкого наполнителя он размещается в цилиндрическом контейнере, теплоизолированном от нагретой стенки корпуса ракеты. Тем не менее нагрев жидкого наполнителя все равно происходит, но лишь до температур, не вызывающих преждевременной детонации. При этом происходит расширение жидкого наполнителя, которое может привести к деформации или разрушению контейнера. Для исключения возможности разрушения контейнера в нем является обязательным наличие воздушной полости, позволяющей жидкому наполнителю расширяться без деформации и разрушения конструкции контейнера. Однако наличие воздушной полости оказывает негативное влияние на инерционно-массовый эксцентриситет вращающейся ракеты. Вызвано это тем, что при движении вращающейся ракеты данной конструкции в контейнере возникает четкое разделение между жидким наполнителем и воздушной полостью, граница между которыми имеет случайный характер, зависящий от действующих на ракету в полете осевых и поперечных перегрузок, которые к тому же имеют знакопеременный характер. При этом воздушная полость может находиться как у переднего торца контейнера, так и у заднего, в зависимости от положения ракеты на траектории, а также менять свою форму в зависимости от наличия поперечных перегрузок. В результате этого положение центра масс ракеты может отклоняться от своего среднего значения как в направлении продольной оси ракеты, так и в поперечной плоскости. Это отклонение негативно сказывается как на устойчивости ракеты на траектории, так и на ее вращении относительно продольной оси (вследствие дисбаланса массы), а эти показатели, в свою очередь, уменьшают точностные характеристики сверхзвуковой вращающейся ракеты.
В отличие от прототипа, в контейнере, содержащем жидкий наполнитель на основе нефтепродуктов с воздушной полостью, между передним и задним дном контейнера, соосно с осью ракеты, размещены один или несколько трубчатых турбулизаторов диаметром 0,05…0,15d, a расстояние от оси ракеты до осей турбулизаторов составляет 0,3…0,4d, где d - внутренний диаметр контейнера.
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 сверхзвуковой вращающейся ракеты повышенной точности за счет существенного снижения дисбаланса массы жидкого наполнителя и уменьшения инерционно-массового эксцентриситета вращающейся ракеты.
Указанный технический результат достигается тем, что в сверхзвуковой вращающейся ракете, содержащей головную часть с контейнером с жидким наполнителем на основе нефтепродуктов и воздушной полостью, ракетный двигатель и блок стабилизаторов с косопоставленными лопастями, между передним и задним дном контейнера, соосно с осью ракеты, размещены один или несколько трубчатых турбулизаторов диаметром 0,05…0,15d, а расстояние от оси ракеты до осей турбулизаторов составляет 0,3…0,4d, где d - внутренний диаметр контейнера.
Новая совокупность конструктивных элементов, а также наличие связей между деталями сверхзвуковой вращающейся ракеты позволяют, в частности, за счет выполнения:
- турбулизаторов, исключающих образование четко выраженной воздушной полости в контейнере в процессе движения ракеты по траектории, обеспечить разрушение воздушной полости и равномерное заполнение полости контейнера эмульсией из жидкого наполнителя и воздушных пузырьков и тем самым резко снизить дисбаланс массы в контейнере и нестационарный инерционно-массовый эксцентриситет ракеты в целом, а следовательно, повысить точностные характеристики стрельбы. При движении ракеты по траектории она совершает поступательное и вращательное движение, вызванное воздействием силы тяги двигательной установки и аэродинамическими силами и моментами. В результате этого ракета испытывает осевые, поперечные и центробежные перегрузки, под действием которых происходит перемещение жидкого наполнителя и воздушной полости внутри контейнера, расположенного в головной части. Осевые перегрузки имеют знакопеременный характер, а поперечные и центробежные перегрузки, кроме этого, имеют еще и случайный характер распределения, в результате этого жидкий наполнитель и воздушная полость могут совершать внутри контейнера сложное движение, не поддающееся какому-либо математическому описанию. При выполнении контейнера без турбулизаторов жидкий наполнитель и воздушная полость случайным образом меняют свое положение внутри контейнера, тем самым положение центра масс ракеты может перемещаться как в осевом, так и в поперечном направлении. Это обстоятельство оказывает влияние на параметры движения ракеты путем снижения запаса статической устойчивости и внесением инерционно-массового эксцентриситета. При установке в контейнере одного или нескольких турбулизаторов за счет разницы в угловых скоростях вращения корпуса ракеты и жидкого наполнителя (жидкому наполнителю угловая скорость передается лишь через трение о стенки контейнера) происходит перемешивание жидкого наполнителя с воздухом из воздушной полости, в результате чего образуется эмульсия, равномерно заполняющая весь объем контейнера. Равномерное заполнение контейнера полученной эмульсией обеспечивает постоянство и равенство расчетному значению положения центра массы ракеты и полностью исключает составляющую инерционно-массового эксцентриситета, вызванную распределением жидкого наполнителя в контейнере;
- турбулизаторов диаметром 0,05-0,15d обеспечить эффективное смешивание жидкого наполнителя с воздухом из воздушной полости и создание эмульсии из наполнителя и воздушных пузырьков. При уменьшении диаметра турбулизаторов менее 0,05d снижается эффективность смешивания, и образования мелкодисперсной эмульсии не происходит, а при увеличении более 0,15d эффект от перемешивания практически не увеличивается, но нерационально уменьшается плотность заполнения контейнера жидким наполнителем;
- турбулизаторов на расстоянии от оси ракеты в пределах 0,3-0,4d позволяет обеспечить эффективное смешивание жидкого наполнителя с воздухом из воздушной полости в контейнере. При уменьшении этого расстояния менее 0,3d и при увеличении свыше 0,4d увеличивается разброс концентрации компонентов эмульсии, а следовательно, снижается эффективность смешивания.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид сверхзвуковой вращающейся ракеты, на фиг.2 показана головная часть с контейнером, снаряженным жидким наполнителем на основе нефтепродуктов, без турбулизаторов в процессе движения по траектории, а на фиг.3 показана головная часть с контейнером, снаряженным жидким наполнителем на основе нефтепродуктов, с турбулизаторами в процессе движения по траектории.
Сверхзвуковая вращающаяся ракета состоит из головной части 1 с контейнером 2, содержащем жидкий наполнитель на основе нефтепродуктов 3 и воздушную полость 4, ракетного двигателя 5 и блока стабилизаторов с косопоставленными лопастями 6. В контейнере 2, между его передним (7) и задним (8) дном, соосно с осью ракеты, размещены один или несколько трубчатых турбулизаторов 9 диаметром 0,05-0,15d, расположенных на расстоянии от оси ракеты в пределах 0,3-0,4d. Движение турбулизаторов 9 в жидком наполнителе 3 с воздушной полостью 4 обеспечивает их перемешивание, в результате чего образуется эмульсия 10, состоящая из жидкого наполнителя и растворенных в нем воздушных пузырьков. Образовавшаяся эмульсия равномерно заполняет контейнер 2, что позволяет практически исключить дисбаланс массы в контейнере и резко снизить нестационарный инерционно-массовый эксцентриситет, а следовательно, повысить точностные характеристики стрельбы.
Предлагаемая сверхзвуковая вращающаяся ракета работает следующим образом. При нахождении ракеты в направляющей жидкий наполнитель на основе нефтепродуктов 3 в контейнере 2 находится в состоянии покоя. При старте ракеты и ее движении по траектории ракета приобретает поступательное и вращательное движение, вследствие чего испытывает осевые, поперечные и центробежные перегрузки. Вращение ракеты вызывает движение турбулизаторов 9 в относительно неподвижной среде жидкого наполнителя 3. Испытываемые ракетой перегрузки вызывают, в свою очередь, движение жидкого наполнителя 3 в контейнере 2 в продольной и поперечной плоскостях. Совместное поступательное движение жидкого наполнителя 3 и вращательное движение турбулизаторов 9 приводят к перемешиванию воздуха, содержащегося в воздушной полости 4 с жидким наполнителем 3 в контейнере 2. В результате перемешивания образуется эмульсия 10, состоящая из жидкого наполнителя и растворенных в нем воздушных пузырьков. Эта эмульсия равномерно заполняет весь объем контейнера 2, исключая дисбаланс массы в контейнере и резко снижая нестационарный инерционно-массовый эксцентриситет ракеты, что, в свою очередь, позволяет обеспечить более высокие точностные характеристики стрельбы.
Указанный положительный эффект подтвержден большим объемом экспериментальных исследований макетов на стендах и натурных летных испытаний сверхзвуковых вращающихся ракет, выполненных в соответствии с предлагаемым изобретением.
В настоящее время ведется разработка рабочей конструкторской документации, намечено серийное производство сверхзвуковых вращающихся ракет предлагаемой конструкции.