АКТИВНО-РЕАКТИВНЫЙ СНАРЯД
ROCKET-ASSISTED PROJECTILE

Изобретение относится к боеприпасам, а более конкретно к реактивным снарядам, которые предназначены для использования в системах залпового огня.
Известен летательный аппарат, оснащенный воздушно-реактивной силовой установкой, по патенту США №5853143, нац. кл. 244-3.21, F42B, опубл. 29.12.1998 г., содержащий воздухозаборное устройство, камеру сгорания, сопло, лопастной аэродинамический стабилизатор.
Воздушный поток от воздухозаборного устройства подают в камеру сгорания, где газифицированное топливо дожигают, а продукты горения поступают в сопло для создания тягового усилия. Осесимметричное продольное расположение двигателей обеспечивает стрельбу из пусковых труб.
Недостатком такого устройства является неполное сгорание газифицированного топлива, порционно вбрасываемого в общий газовод к выходному соплу, из-за того что время для дожигания порций топлива заметно уменьшается по мере увеличения скорости полета и, соответственно, увеличения скорости топливно-воздушной смеси в канале его подачи, при этом не обеспечивается перемешивание топлива с воздухом и полнота сгорания.
Таким образом, задачей данного технического решения являлось обеспечение стрельбы из пусковых установок.
Общими признаками известного технического решения с предлагаемой авторами конструкцией является наличие воздухозаборного устройства, камеры сгорания, сопла и лопастного стабилизатора.
Наиболее близким по технической сути и достигаемому техническому результату является активно-реактивный снаряд, см., например, книгу Скороход А.П. Основы проектирования и экспериментальной отработки, «Ракетно-прямоточные двигатели на твердых и пастообразных топливах», Наука/Интерпериодика, М., 2010, с.31, принятый авторами за прототип, содержащий боевую часть, стартовый ракетный двигатель на твердом топливе, лопастной стабилизатор, обтекатель, воздухозаборное устройство и маршевый двигатель, расположенный перед боевой частью, включающий корпус с распределителем.
Головное расположение маршевого двигателя обеспечивает продольную стабилизацию снаряда при выгорании топлива стартового двигателя, так как при этом центр масс смещен вперед от центра аэродинамического давления, а воздухозаборное устройство ориентировано относительно набегающего потока, что необходимо для работы маршевого двигателя.
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного активно-реактивного снаряда, принятого авторами за прототип, относится недостаточная эффективность работы такой конструкции маршевого двигателя из-за того, что формируемые потоки газифицируемого топлива и воздуха из воздухозаборника недостаточно перемешиваются в камере сгорания. При этом не обеспечивается требуемая полнота сгорания топливно-воздушной смеси, что не позволяет увеличить тяговое усилие и, соответственно, скорость полета снаряда и дальность стрельбы.
Таким образом, задачей данного технического решения (прототипа) являлось обеспечение стабилизации работы двигателя и полета снаряда на траектории после выгорания топлива.
Общими признаками с предлагаемым авторами активно-реактивным снарядом является наличие в нем боевой части, стартового ракетного двигателя на твердом топливе, лопастного стабилизатора, обтекателя, воздухозаборного устройства и маршевого двигателя.
В отличие от прототипа в предлагаемом авторами активно-реактивном снаряде распределитель снабжен камерой предварительного смешивания в виде стакана цилиндрической формы с закрытым торцом, в дне стакана выполнено осесимметричное дроссельное отверстие, распределитель смонтирован в камере сгорания и сообщен с ней посредством радиальных газоводов, при этом обтекатель выполнен аэродинамической формы и высотой, равной 0,5…4,5 калибра снаряда.
В частных случаях, т.е. в конкретных формах выполнения, изобретение характеризуется следующими признаками:
- выходы его радиальных газоводов выполнены в виде тангенциальных форсунок;
- радиальные газоводы расположены симметрично;
- наружный диаметр обтекателя выбирают не более калибра снаряда;
- заряд твердого топлива выполнен со смещенным стехиометрическим соотношением компонентов.
Именно это позволяет сделать вывод о наличии причинно-следственной связи между совокупностью существенных признаков заявляемого технического решения и достигаемым техническим результатом.
Указанные признаки, отличительные от прототипа, и на которые распространяется испрашиваемый объем правовой защиты, во всех случаях достаточны.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение полноты сгорания топливно-воздушной смеси за счет предварительного смешивания продуктов сгорания и формирования газовоздушной смеси с требуемыми параметрами.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном активно-реактивном снаряде, запускаемом из трубчатых направляющих, содержащем боевую часть, стартовый ракетный двигатель на твердом топливе, лопастной стабилизатор, обтекатель, воздухозаборное устройство и маршевый двигатель, особенность заключается в том, что распределитель снабжен камерой предварительного смешивания в виде стакана цилиндрической формы с закрытым торцом, в дне стакана выполнено осесимметричное дроссельное отверстие, распределитель смонтирован в камере сгорания и сообщен с ней посредством радиальных газоводов, при этом обтекатель выполнен аэродинамической формы и высотой, равной 0,5…4,5 калибра снаряда.
Новая совокупность конструктивных элементов, а также наличие связей между ними позволяет, в частности, за счет того, что:
- распределитель снабжен камерой предварительного смешивания в виде стакана цилиндрической формы с закрытым торцом, обеспечить предварительную подготовку газообразных продуктов горения заряда маршевого двигателя;
- в дне стакана выполнено осесимметричное дроссельное отверстие, обеспечить передачу газов высокого давления в камеру предварительного смешивания с заданными параметрами давления и температуры;
- распределитель смонтирован в камере сгорания и сообщен с ней посредством радиальных газоводов, обеспечить равномерную подачу газов по периметру камеры сгорания;
- обтекатель выполнен аэродинамической формы и высотой, равной 0,5…4,5 калибра снаряда, обеспечить требуемые аэродинамические характеристики снаряда в заданном диапазоне скоростей полета на траектории.
Признаки, характеризующие изобретение в конкретных формах исполнения, позволяют, в частности, за счет того, что:
- выходы его радиальных газоводов выполнены в виде тангенциальных форсунок, обеспечить требуемые параметры подачи газов в камеру сгорания и повысить однородность газовоздушной смеси для стабилизации процесса горения;
- радиальные газоводы расположены симметрично, обеспечить компенсацию сил и моментов, возникающих при работе маршевого двигателя;
- наружный диаметр обтекателя выбирают не более калибра снаряда, повысить аэродинамические качества снаряда, а также обеспечить возможность его запуска из штатных трубчатых направляющих;
- заряд твердого топлива выполнен со смещенным стехиометрическим соотношением компонентов, обеспечить эффективное использование топлива при стрельбе на повышенные дальности.
Сущность изобретения заключается в том, что в известном активно-реактивном снаряде, запускаемом из трубчатых направляющих, содержащем боевую часть, стартовый ракетный двигатель на твердом топливе, лопастной стабилизатор, обтекатель, воздухозаборное устройство и маршевый двигатель, в отличие от прототипа, согласно изобретению распределитель снабжен камерой предварительного смешивания в виде стакана цилиндрической формы с закрытым торцом, в дне стакана выполнено осесимметричное дроссельное отверстие, распределитель смонтирован в камере сгорания и сообщен с ней посредством радиальных газоводов, при этом обтекатель выполнен аэродинамической формы и высотой, равной 0,5…4,5 калибра снаряда.
Отличительные признаки предложенного технического решения позволили повысить полноту сгорания топливно-воздушной смеси за счет предварительного смешивания продуктов сгорания и формирования газовоздушной смеси с требуемыми параметрами.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид активно-реактивного снаряда, на фиг.2 - сечение маршевого двигателя.
Предлагаемый активно-реактивный снаряд содержит боевую часть 1, стартовый ракетный двигатель на твердом топливе 2, лопастной стабилизатор 3, обтекатель 4 высотой Н, равной 0,5…4,5 калибра снаряда, воздухозаборное устройство 5, маршевый двигатель 6, распределитель 7, снабженный камерой предварительного смешивания 8, выполненной в виде стакана цилиндрической формы с закрытым торцом, причем в дне стакана выполнено осесимметричное дроссельное отверстие 9. Распределитель 7 смонтирован в камере сгорания 10 и сообщен с ней посредством радиальных газоводов 11, расположенных симметрично, выходы которых выполнены в виде тангенциальных форсунок 12.
Предлагаемый активно-реактивный снаряд работает следующим образом.
При запуске активно-реактивного снаряда сначала включают стартовый ракетный двигатель на твердом топливе 2, а затем, после достижения заданной скорости включают маршевый двигатель 6. В работающем маршевом двигателе 6 газовый поток подают через осесимметричное дроссельное отверстие 9 в камеру предварительного смешивания 8 распределителя 7. После перемешивания газы поступают через радиальные газоводы 11 в камеру сгорания 10, размещенную под обтекателем 4, где газы смешивают с воздушным потоком, поступающим через воздухозаборное устройство 5, расположенное перед боевой частью 1, где осуществляется окончательное формирование газовоздушной смеси с требуемыми параметрами.
В частных случаях исполнения на выходе радиальных газоводов 11 выполнены тангенциальные форсунки 12, через которые подают предварительно перемешанный горячий газ в камеру сгорания 10.
Применение активно-реактивного снаряда в соответствии с изобретением обеспечивает повышение полноты сгорания топливно-воздушной смеси за счет предварительного смешивания продуктов сгорания и формирования газовоздушной смеси с требуемыми параметрами и, тем самым, увеличивает дальность полета снаряда.
В настоящее время в соответствии с изобретением разработана конструкторская документация на активно-реактивный снаряд. В соответствии с конструкторской документацией изготовлен опытный образец, проведены его испытания.