СПОСОБ УВЕЛИЧЕНИЯ ДАЛЬНОСТИ ПОЛЕТА АРТИЛЛЕРИЙСКОГО СНАРЯДА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ
METHOD OF INCREASING ARTILLERY SHELL RANGE AND DEVICE TO THIS END

Изобретение относится к боеприпасам, в частности к способам увеличения дальности полета артиллерийских снарядов.
Известен способ увеличения дальности полета артиллерийского снаряда за чет размещения на нем твердотопливного донного газогенератора (ДГГ) [Лихтеров В.М. и др. Высокоточное оружие зарубежных стран. Том 2. Танковые, артиллерийские, минометные КУВ, самоприцеливающиеся и самонаводящиеся боевые элементы: обзор.-аналит. справ. / Конструкт. бюро приборостроения, Гос. унитар. предприятие; [принимали участие: В.М.Лихтеров и др.]. - Тула: Власта, 2011. - 304 с., ил.], предназначенного для повышения давления в области донного среза и уменьшения тем самым аэродинамического сопротивления, что, в свою очередь, способствует повышению дальности полета. Данное решение за счет низкой скорости истечения продуктов сгорания пиротехнического состава ДГГ создает пренебрежимо малую реактивную силу и влияет лишь на аэродинамические характеристики снаряда. Также необходимо отметить малую площадь взаимодействия обтекающего кормовую часть воздуха и газообразных продуктов, сформированных в газогенераторе и истекающих через единственное центральное сопло, что не позволяет в полной мере использовать энергию, получаемую в результате дожигания продуктов неполного сгорания.
Наиболее близким к предлагаемой группе изобретений - аналогом является артиллерийский снаряд, реализующий способ снижения донного сопротивления и содержащий устройство для его осуществления [Патент РФ №2225976 от 02.12.2002]. Данный снаряд имеет корпус избыточной прочности для полетных режимов, головной и хвостовой отсеки, содержащие боевую часть, лопасти стабилизаторов, донный газогенератор, производящий газообразные продукты с недостатком окислителя, устройство для забора набегающего потока воздуха, который затем используют для дожигания горючей газообразной смеси, полученной в газогенераторе. Подвод дополнительного кислорода, в отличие от описанного выше аналога, осуществляется за счет эжекции набегающего потока через регулятор расхода, обеспечивающий количество эжектируемого в центральную зону спутной струи воздуха, пропорциональное скорости артиллерийского снаряда, что позволяет увеличить площадь взаимодействия газовых потоков и повысить эффективность дожигания конденсированной фазы в нестационарных условиях полета. Газогенератор в данном случае предназначен для повышения давления в области донного среза и уменьшения тем самым донного сопротивления, что в конечном итоге приводит к повышению дальности полета снаряда. При этом по сравнению с аналогом обеспечивается большая площадь взаимодействия газовых потоков, что способствует более полному дожиганию образованных в газогенераторе продуктов. Создаваемая реактивная тяга в данном случае пренебрежимо мала.
К недостаткам прототипа можно отнести следующее:
1. Дожигание части пиротехнического состава происходит за донным срезом снаряда, что приводит к неполному использованию энергии, запасенной в пиротехническом составе, а также химической энергии воздуха, участвующего в процессе дожигания.
2. Снаряд на траектории, как и в случае с описанным выше аналогом, имеет избыточный запас прочности корпуса, обусловленный высоким уровнем стартовых перегрузок в канале ствола.
В итоге энергия пиротехнического состава используется далеко не полностью, а возможности корпуса снаряда с позиций прочности конструкции несоизмеримо выше, чем это необходимо в полете исходя из нагрузок, воспринимаемых снарядом на траектории.
Технической задачей, на решение которой направлена предлагаемая группа изобретений, является увеличение дальности полета артиллерийского снаряда за счет наиболее полного извлечения энергии пиротехнического состава газогенератора и химической энергии воздуха благодаря использованию потенциала корпуса снаряда с точки зрения прочности конструкции на траектории.
Данная задача решена тем, что:
- в способе увеличения дальности полета артиллерийского снаряда, содержащего корпус избыточной прочности для полетных режимов и донный газогенератор, производящий газообразные продукты с недостатком окислителя, заключающемся в том, что после вылета снаряда из канала ствола производят забор части набегающего потока воздуха и используют его для дожигания горючей газообразной смеси, полученной в газогенераторе, корпус снаряда выполняют в виде телескопической конструкции, включающей в себя две соосные обечайки, при совместном осевом нагружении равнопрочные со сплошной обечайкой аналогичной массы, причем после вылета из канала ствола корпус снаряда в хвостовой части телескопически трансформируют, вследствие чего формируют воздухозаборное устройство и камеру дожигания с сопловым отверстием и образуют тем самым прямоточный тракт, в котором продукты сгорания газогенератора смешивают с поступающим через воздухозаборное устройство атмосферным воздухом, дожигают и организуют их истечение через сопловое отверстие, чем создают реактивную тягу на протяжении времени горения топливного заряда газогенератора;
- в устройстве для реализации описанного способа увеличения дальности полета артиллерийского снаряда, с головным и хвостовым отсеками, содержащими боевую часть, лопасти стабилизаторов и донный газогенератор, производящий газообразные продукты с недостатком окислителя, кормовая часть хвостового отсека выполнена в виде телескопической конструкции, включающей в себя две соосные обечайки, наружная из которых сделана с возможностью ее осевого перемещения по внешней поверхности внутренней обечайки, являющейся корпусом газогенератора, до упорного буртика и фиксации на ней, кроме этого наружная обечайка содержит заднюю торцевую поверхность с сопловым отверстием, на которой герметично с определенным усилием вскрытия закреплена задняя крышка, при этом внутренняя обечайка имеет конические выемки в зоне размещения на ней упорного буртика.
Группа изобретений поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен артиллерийский снаряд в исходном состоянии, соответствующем габаритам штатного артиллерийского снаряда. В данной конфигурации снаряд хранится, транспортируется и движется по каналу ствола при выстреле.
На фиг.2 изображен общий вид артиллерийского снаряда после выхода из канала ствола, когда в результате процесса трансформирования его корпуса, то есть осевого перемещения наружной обечайки по внешней поверхности внутренней обечайки, образована камера дожигания с воздухозаборным устройством и сопловым отверстием.
На фиг.3 представлен выносной элемент А на фиг.1. На фиг.4 приведен разрез Б-Б на фиг.2. На фиг.5 изображен разрез В-В на фиг.4. На фиг.6 показан выносной элемент Г на фиг 5.
Способ увеличения дальности полета артиллерийского снаряда заключается в том, что для формирования прямоточного тракта, в котором с использованием забортного воздуха дожигают сгенерированные в газогенераторе газообразные продукты с недостатком окислителя, используют корпус избыточной прочности для полетных режимов, который выполняют в виде телескопической конструкции, включающей в себя две соосные обечайки, при совместном осевом нагружении равнопрочные со сплошной обечайкой аналогичной массы. После вылета из канала ствола корпус снаряда в хвостовой части телескопически трансформируют, вследствие чего формируют воздухозаборное устройство и камеру дожигания с сопловым отверстием, образующие прямоточный тракт. С использованием воздухозаборного устройства производят забор части набегающего потока воздуха, который подают в камеру дожигания, где смешивают с продуктами сгорания газогенератора и дожигают, после чего организуют истечение образовавшихся газообразных продуктов через сопловое отверстие, чем создают реактивную тягу на протяжении времени горения топливного заряда газогенератора.
Устройство увеличения дальности полета артиллерийского снаряда включает в себя: подвижную в осевом направлении наружную обечайку 1, имеющую переднюю торцевую поверхность, на которую опирается носовая часть снаряда в сложенном состоянии, и заднюю торцевую поверхность, на которой герметично с определенным усилием расстыковки закреплена задняя крышка 2; неподвижную внутреннюю обечайку 3, которая является корпусом газогенератора 4, имеет упорный буртик 5, ограничивающий осевое перемещение наружной обечайки 1 относительно внутренней обечайки 3, и опирается в сложенном состоянии на заднюю крышку 2; механизм стопорения 6, фиксирующий наружную обечайку 1 относительно внутренней обечайки 3; образующиеся в ходе трансформирования снаряда (фиг.5) воздухозаборное устройство 7 и камеру дожигания 8 с сопловым отверстием 9. Стрелками на фиг.5 показано направление газовых потоков.
Предлагаемое устройство с учетом представленного выше описания функционирует следующим образом. В исходном состоянии наружная обечайка 1 и внутренняя обечайка 3 расположены одна внутри другой без осевых зазоров, таким образом, что габариты снаряда соответствуют габаритам штатного изделия. После воспламенения метательного заряда снаряд начинает движение по каналу ствола, испытывая при этом стартовую перегрузку порядка 10000-16000 единиц. Наружная обечайка 1 и внутренняя обечайка 3 совместно воспринимают стартовые нагрузки. Что касается прочности конструкции при осевых усилиях сжатия, то в случае сохранения общей площади поперечного сечения обечаек 1 и 3, равной площади поперечного сечения сплошной обечайки, напряжения в них останутся равными исходным при условии их беззазорной стыковки в осевом направлении. Устойчивость цилиндрической оболочки при осевом сжатии нелинейно зависит и от ее толщины, и от ее радиуса, в связи с чем предложенное продольное деление более толстостенной обечайки на две обечайки, обе из которых будут иметь меньшую толщину, а внутренняя еще и меньший радиус, приведет к снижению запаса по устойчивости конструкции. Однако для исходной оболочки критическим является невыполнение условия прочности, а не потеря устойчивости. Поэтому она имеет примерно двойной запас по устойчивости и ее продольное деление на две обечайки не приведет к потере устойчивости телескопической конструкции. После выхода снаряда из канала ствола запускают газогенератор 4. Формирующиеся в результате его работы газообразные продукты создают избыточное давление на заднюю крышку 2, которая связана с наружной обечайкой 1 определенным усилием расстыковки. В результате наружную обечайку 1 перемещают относительно внутренней обечайки 3 в осевом направлении до упорного буртика 5 на внутренней обечайке и фиксируют в крайнем положении с помощью механизма стопорения 6, который может быть выполнен, например, в виде шарикового замка. Одновременно с этим давление продолжает расти и превышается усилие расстыковки задней крышки 2 и наружной обечайки 1, что приводит к отделению крышки и открытию соплового отверстия 9. При этом из конических выемок на внутренней обечайке, расположенных в зоне размещения упорного буртика, формируют воздухозаборное устройство 7. Созданный в результате указанной трансформации свободный объем между газогенератором 4 и сопловым отверстием 9 представляет собой камеру дожигания 8. Таким образом, формируют прямоточный тракт, включающий в себя воздухозаборное устройство 7, камеру дожигания 8 и сопловое отверстие 9. Газообразные продукты с недостатком окислителя, генерируемые в газогенераторе 4, смешиваются с набегающим потоком, поступающим через воздухозаборное устройство 7, и, двигаясь по камере дожигания 8, отдают запасенную в них энергию химических связей, преобразованную в результате реакции горения в тепло, газовому потоку, который затем истекает через сопловое отверстие 9 и создает реактивную силу, попутно снижая донное сопротивление.
Согласно результатам численного моделирования для снаряда основного артиллерийского калибра при относительной массе пиротехнического состава не менее 0,07 предлагаемый способ увеличения дальности полета и устройство для его реализации позволяют повысить дальность стрельбы не менее чем на 50% по сравнению со снарядом, оснащенным ДГГ, при одинаковой полной массе снаряда.