АКТИВНО-РЕАКТИВНЫЙ СНАРЯД
ACTIVE JET PROJECTILE

Изобретение относится к военной технике, а именно к активно-реактивным артиллерийским снарядам, предназначенным для стрельбы из артиллерийских орудий.
Известна конструкция 152-мм неуправляемого активно-реактивного снаряда (АРС) с прямоточным воздушно-реактивным двигателем (ПВРД) на твердом топливе (ТТ) «тянущей» схемы [Зеленцов В.В., Никитина И.Е., Смирнов В.Е. «Перспективы развития боеприпасов дальнобойной морской артиллерии». «Оборонная техника», 2002, №11, с.9-14].
В рассматриваемой конструкции активно-реактивный снаряд, содержащий боевую часть и ракетно-прямоточный двигатель (РПД), РПД установлен в головной части артиллерийского снаряда. Кольцевая камера дожигания расположена вокруг газовода, по которому в нее из газогенератора (ГГ) поступают продукты первичного разложения твердого топлива (ТТ) для последующего дожигания в кислороде воздуха, играющего роль окислителя и поступающего в камеру через воздухозаборник. Для увеличения газоприхода, а, следовательно, и тяги ПВРД в камере ГГ размещен заряд ТТ топлива торцевого горения.
Недостатками рассматриваемой конструкции являются: головное расположение РПД, снижающее эффективность действия снаряда у цели; невозможность применения головных взрывателей, выпускаемых отечественной промышленностью; необходимость применения специального инициирующего устройства для воспламенения заряда ГГ; большая длина тракта подачи продуктов горения ГГ в камеру дожигания, увеличивающая потери энергии газового потока, приводящие к снижению температуры газов и, следовательно, тяги двигателя.
Известна конструкция АРС «толкающей» схемы с использованием ракетно-прямоточного двигателя (РПД) [Никитина И.Е. «Перспективы развития атмосферных беспилотных летательных аппаратов и артиллерийских снарядов с комбинированными двигательными установками». Оборонная техника, 1998, №8-9, с.48-52], являющегося наиболее близким аналогом для предлагаемого изобретения. АРС состоит из боевой части и РПД, расположенного в кормовой части снаряда. РПД включает в себя твердотопливный газогенератор, расположенный в его передней части, кольцевой воздухозаборник, находящийся над газогенератором, и камеру дожигания с дополнительным зарядом ТТ. Данная конструкция лишена перечисленных выше недостатков.
Однако при такой конструкции снаряда, предусматривающей размещение газогенератора в центральном теле воздухозаборного устройства, существенно уменьшается масса заряда ГГ. Эффективность сгорания дополнительного заряда, размещенного к камере дожигания мала, так как его горение происходит при пониженном давлении и высоких скоростях газового потока, протекающего через камеру дожигания. За счет последовательного размещения воздухозаборного устройства с ГГ и камеры дожигания увеличиваются продольные размеры РПД, что приводит к уменьшению массы БЧ, а, следовательно, и эффективности действия снаряда по цели, или увеличению общей длины снаряда, что может нарушить устойчивость его движения на траектории, а так же увеличить общую длину выстрела, что не позволит использовать штатную боеукладку артиллерийской системы.
Технической задачей изобретения является увеличение дальности полета активно-реактивного снаряда при сохранении его штатных габаритных размеров за счет применения РПД повышенной эффективности за счет увеличения массы заряда и времени работы ГГ, а следовательно, и полного импульса тяги РПД.
Данная техническая задача в рамках предлагаемого изобретения решается тем, что АРС содержит головной взрыватель, привинтную головку, корпус боевой части (БЧ), взрывчатое вещество, ведущий поясок, ракетно-прямоточный двигатель, размещенный в кормовой части снаряда и содержащий газогенератор с зарядом твердого топлива и опорной решеткой, камеру дожигания, кольцевой воздухозаборник. При этом камера дожигания имеет вид кольца и расположена вокруг газогенератора, заряд твердого топлива состоит из двух полузарядов, переднего и заднего, торцевого горения, обращенных друг к другу горящими поверхностями, с образованием между ними кольцевой полости, связанной отверстиями с камерой дожигания, передний полузаряд размещен в корпусе БЧ и закреплен опорной решеткой, выполненной в виде металлического диска с отверстиями диаметром d=(2…6) мм, а задний полузаряд размещен в корпусе газогенератора и выполнен меньшим диаметром, чем передний. Передний полузаряд может быть выполнен составным: основной части из смесевого топлива и таблетки, примыкающей к опорной решетке из баллиститного топлива.
Суть изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен общий вид активно-реактивного снаряда, на фиг.2 - ракетно-прямоточный двигатель, установленный в кормовой части активно-реактивного снаряда, на фиг.3 - ракетно-прямоточный двигатель с составным передним полузарядом.
Активно-реактивный снаряд (фиг.1) состоит из головного взрывателя 1, привинтной головки 2, корпуса БЧ 3, взрывчатого вещества 4, ведущего пояска 5 ракетно-прямоточного двигателя 6.
При этом РПД (фиг.2) состоит из следующих основных элементов: переднего полузаряда 7 торцевого горения, размещенного в корпусе 3; опорной решетки 8, предназначенной для фиксации переднего полузаряда; камеры ракетно-прямоточного двигателя 9, с выполненным в ней кольцевым воздухозаборником 10 и соединенной с корпусом резьбовым соединением; корпуса газогенератора 11 с отверстиями 12, связывающими ГГ с камерой дожигания 13, образованной наружной поверхностью корпуса газогенератора и внутренней поверхностью камеры дожигания и выполненной кольцевой; заднего полузаряда 14 торцевого горения, расположенного в корпусе ГГ, составляющим с передним полузарядом 7 заряд твердого топлива, а также многосоплового блока 15, навернутого на корпус РПД.
Опорная решетка 8 выполнена в виде металлического диска с отверстиями диаметром d=(2…6) мм. Размер отверстий в опорной решетке выбран на основе обработки экспериментальных данных. Отверстия диаметром менее 2 мм могут забиваться твердыми частицами, содержащимися в продуктах сгорания заряда твердого топлива, а при их диаметре более 6 мм возрастает риск выдавливания через них топлива переднего полузаряда под действием продольных перегрузок при выстреле. Для предотвращения выдавливания топлива под действием продольных перегрузок, возникающих при выстреле, передний полузаряд может быть изготовлен состоящим из двух зарядов: основного из низкопрочного смесевого ТТ и непосредственно примыкающей к опорной решетке таблетки баллиститного топлива, имеющего существенно более высокие прочностные характеристики. Такая конструкция переднего составного заряда, выполненного из шашки смесевого ТТ 7, и таблетки баллиститного топлива 16, используется в ракетно-прямоточном двигателе, изображенном на фиг.3.
Описываемый активно-реактивный снаряд с учетом вышеприведенного описания функционирует следующим образом. При выстреле продукты сгорания метательного заряда воздействуют на дно АРС, состоящего из головного взрывателя 1, привинтной головки 2, корпуса БЧ 3, взрывчатого вещества 4, ведущего пояска 5 ракетно-прямоточного двигателя 6. АРС под действием давления газов ускоренно движется по каналу ствола, набирая скорость. Проходя через отверстия многосоплового блока 15 и отверстия 12, газы метательного заряда воспламеняют заряд твердого топлива, состоящий из переднего 7 и заднего 14 полузарядов торцевого горения. Использование двух переднего и заднего полузарядов торцевого горения позволяет увеличить время работы, массу заряда твердого топлива и массовый приход газа в камеру дожигания.
После вылета АРС из ствола продукты разложения переднего и заднего полузарядов через отверстия 12 поступают в камеру дожигания 13, выполненную кольцевой. Расположение камеры дожигания вокруг ГГ позволяет сократить продольные размеры РПД, что не приводит к увеличению общей длины АРС по сравнению со штатным снарядом. При расположении отверстий 12 в непосредственной близости от камеры дожигания 13 существенно снижаются тепловые и газодинамические потери энергии потока, поступающего в камеру дожигания, что повышает эффективность работы РПД.
Опорная решетка 8, выполненная в виде металлического диска, с отверстиями диаметром 2…6 мм, обеспечивает фиксацию переднего полузаряда при выстреле, предотвращает засорение указанных отверстий твердыми частицами, содержащимися в продуктах сгорания топлива, и выдавливание через них топлива переднего полузаряда под действием продольных перегрузок, не препятствуя в то же время поступлению продуктов горения этого полузаряда в отверстия опорной решетки.
После вылета из ствола через кольцевой воздухозаборник 10 в камеру дожигания 13 поступает воздух из окружающего пространства. В камере дожигания происходит смешение поступающего через воздухозаборник воздуха с продуктами разложения заряда твердого топлива, состоящего из переднего и заднего полузарядов, в результате чего последние догорают в кислороде воздуха, выделяя тепловую энергию, и сообщают дополнительную скорость газам, истекающим из многосоплового блока 15. Истекающие из многосоплового блока газы создают тяговое усилие, которое сообщает АРС дополнительную скорость, увеличивая тем самым дальность его полета.
Необходимо отметить, что опорная решетка не полностью исключает пластические деформации переднего полузаряда под действием продольных перегрузок. Величина этих деформаций определяется значением действующей перегрузки, размерами отверстий и прочностными свойствами заряда твердого топлива. Исходя из энергетических характеристик, для использования в РПД предпочтение отдают смесевому ТТ. Однако при использовании смесевого топлива со сравнительно невысоким значением модуля упругости, при выстреле под действием продольных перегрузок может наблюдаться выдавливание топлива переднего полузаряда через отверстия опорной решетки, образование трещин на поверхности его горения. Для предотвращения этого целесообразно установить между опорной решеткой и передним полузарядом из смесевого топлива таблетку, выполненную из баллиститного топлива, имеющего значительно более высокие прочностные характеристики, чем смесевое ТТ. В этом случае величина пластических деформаций существенно снизится, или они вообще не будут наблюдаться, будет исключено образование трещин, либо, если они будут возникать, то на поверхности таблетки баллиститного топлива, а основной состав смесевого топлива переднего полузаряда будет защищен от трещинообразования.
Предлагаемая конструкция активно-реактивного снаряда позволяет увеличить дальность его полета при сохранении штатных габаритных размеров за счет сообщения ему дополнительного импульса тягой ракетно-прямоточного двигателя. Она прошла апробацию в ходе летных испытаний на базе заявителя с положительным результатом.