ОТДЕЛЯЮЩАЯСЯ ОСКОЛОЧНО-ФУГАСНАЯ БОЕВАЯ ЧАСТЬ РЕАКТИВНОГО СНАРЯДА ЗАЛПОВОГО ОГНЯ
SEPARATING HIGH-EXPLOSIVE FRAGMENTATION WARHEAD OF VOLLEY FIRE ROCKET SYSTEM

изобретение относится к области ракетной техники, а именно к реактивным снарядам систем залпового огня.
Объект изобретения представляет собой отделяющуюся осколочно-фугасную боевую часть (ООФБЧ) к реактивному снаряду (PC) системы залпового огня.
Реактивные системы залпового огня (РСЗО) успешно применяются для борьбы со многими площадными целями. Высокая эффективность применения снарядов РСЗО достигается благодаря возможности нанесения массированного ракетного удара в район рассредоточения цели при его сравнительно невысокой стоимости. Применение осколочно-фугасных боевых частей, оснащенных контактным взрывателем позволяет производить подрыв боевой части на поверхности грунта, тем самым обеспечивая поражение живой силы, небронированной и легкобронированной техники, находящейся открыто на поверхности земли как за счет образования осколочного поля, так и за счет ударной волны фугасного действия.
Так известен патент №2166172, принятый авторами за аналог, описывающий осколочно-фугасную боевую часть реактивного снаряда, содержащую взрыватель, корпус, заряд взрывчатого вещества и блок готовых осколков. Задачей данного технического решения являлось повышение эффективности применения осколочно-фугасной боевой части по живой силе и небронированной технике за счет увеличения скорости и оптимизации направления разлета готовых осколков. Однако применение неразделяющихся осколочно-фугасных реактивных снарядов даже в этом случае не обеспечивает оптимального распределения осколочного поля, так как направление разлета осколков не параллельно земной поверхности, вследствие этого эффективность поражения боевой частью каждого снаряда не максимальна.
Общими признаками с предлагаемой авторами конструкцией осколочно-фугасной боевой части реактивного снаряда залпового огня является наличие в составе аналога корпуса со взрывчатым веществом и взрывателя.
Для достижения максимальной эффективности поражения боевой частью каждого снаряда необходимо обеспечить угол подхода к грунту, близкий или равный 90°, а угол атаки, близкий или равный 0°. В этом случае формируется наиболее эффективное осколочное поле, равномерно распределенное относительно точки контакта с грунтом боевой части и направлением разлета осколков параллельным поверхности земли (см., например, Гогин В., Федосеев А. Перспективы развития реактивных систем залпового огня // Зарубежное военное обозрение, №1, 1995 г.). Добиться обеспечения углов подхода к грунту, близких или равных 90°, возможно путем применения тормозных систем с вертикализацией траектории. Наиболее эффективным образом функционируют снаряды с отделяющейся на траектории боевой частью, оснащенной тормозной парашютной системой (ПС).
Так известен патент №2176375, в котором описана отделяемая боевая часть, принятая авторами в качестве прототипа, содержащая цилиндрический корпус с заостренной носовой частью, контактный взрыватель, взрывчатое вещество и парашютную систему. Задачей данного технического решения являлось создание отделяемой боевой части реактивного снаряда повышенной боевой эффективности за счет получения минимальных габаритов и веса парашютной системы при обеспечении необходимой устойчивости и надежного парирования начальных угловых возмущений при отделении от ракетной части (РЧ).
Общими признаками с предлагаемой авторами отделяемой осколочно-фугасной боевой частью являются наличие в прототипе цилиндрического корпуса с заостренной носовой частью, контактного взрывателя, взрывчатого вещества и парашютной системы.
Отделяемая боевая часть, принятая за прототип, функционирует следующим образом. В заданной точке траектории полета реактивного снаряда происходит отделение боевой части от ракетной части. После отделения боевая часть за счет возмущений, полученных при разделении и наличия дестабилизирующего момента носовой части, совершает нестабилизированный полет. Затем в набегающий поток воздуха вводится парашютная система и происходит раскрытие ее купола. Раскрытый купол увеличивает величину стабилизирующего момента относительно центра тяжести боевой части, которая начинает совершать затухающие колебания и стабилизироваться, обеспечивая полет с близким к нулевому углом атаки, торможение и вертикальный подход к грунту.
Конструкция, принятая авторами за прототип, позволяет обеспечить доставку полезной нагрузки в район цели с оптимальными параметрами подхода боевой части к грунту при условии ее надежного и безотказного функционирования. Однако ввиду сложности конструктивного исполнения механизма ввода парашютной системы и ввиду невозможности точного определения условий функционирования и параметров движения боевой части после разделения (так как они зависят от множества случайных факторов) обеспечить стопроцентную безотказность функционирования в процессе движения после разделения и ввода ПС невозможно. В качестве отказов рассматривается возможность не введения парашютной системы вследствие несрабатывания или некорректной работы механизма ввода ПС и возможность разрушения парашютной системы вследствие ее ввода на нерасчетных режимах или вследствие контакта ПС с отделившейся ракетной частью. Это приводит к тому, что существует вероятность отказа функционирования PC в процессе движения после отделения боевой части от РЧ. Нерегламентированное соотношение площади поверхности купола парашютной системы и площади поверхности корпуса боевой части приведет к тому, что траектория движения боевой части после разделения при нештатном функционировании (в случае возникновения отказа) может существенно измениться, не обеспечив доставку полезной нагрузки в район цели. Кроме того, подход боевой части к поверхности грунта будет осуществляться с углом атаки, близким к 90°, что приведет к контакту с грунтом преимущественно боковой поверхностью боевой части не обеспечивая срабатывания контактного взрывателя. Таким образом нештатно функционировавший после разделения реактивный снаряд не выполнит поставленной боевой задачи.
В отличии от прототипа отделяющаяся осколочно-фугасная боевая часть реактивного снаряда залпового огня, имеет площадь купола парашютной системы, равную 0,45-0,55 площади наружной поверхности корпуса, площадь поверхности конической носовой части составляет 10-20% от общей площади наружной поверхности корпуса, при этом удаление центра масс боевой части от носовой части корпуса составляет 0,55-0,6 ее длины, а в донном отсеке боевой части установлен дополнительный детонатор и таймер, преимущественно порохового типа. Выбранное соотношение площади наружной поверхностей корпуса с конической носовой частью и площади купола парашютной системы в сочетании с заданным удалением положения центра масс от носовой части корпуса позволяют обеспечить доставку осколочно-фугасной боевой части в район цели даже при нештатном функционировании парашютной системы, а дополнительный детонатор и таймер, установленные в донном отсеке боевой части, обеспечивают ее подрыв через заданное время после момента разделения в случае несрабатывании основного контактного взрывателя.
Это позволяет сделать вывод о наличии причинно-следственной связи между совокупностью существующих признаков заявляемого технического решения и достигаемым техническим результатом.
Задачей предлагаемого изобретения является сокращение расхода реактивных снарядов систем залпового огня с отделяющимися осколочно-фугасными боевыми частями на поражение типовых целей путем обеспечения выполнения поставленной боевой задачи даже в случае возникновения отказа или нештатного функционирования ООФБЧ после ее отделения от ракетной части.
Указанный технический результат достигается тем, что отделяющаяся осколочно-фугасная боевая часть реактивного снаряда залпового огня имеет площадь купола парашютной системы, равную 0,45-0,55 площади наружной поверхности корпуса, площадь поверхности конической носовой части составляет 10-20% от общей площади наружной поверхности корпуса, при этом удаление центра масс боевой части от носовой части корпуса составляет 0,55-0,6 ее длины, а в донном отсеке боевой части установлен дополнительный детонатор и таймер, преимущественно порохового типа.
Новая совокупность конструктивных элементов, а также наличие связей между деталями отделяющейся осколочно-фугасной боевой части позволяют, в частности, за счет выполнения
- площади поверхности конической носовой части, равной 10-20% от общей площади наружной поверхности корпуса с удалением центра масс боевой части от носовой части корпуса, равным 0,55-0,6 ее длины, обеспечить движение ООФБЧ после отделения с углом атаки, близким к 90°. Величина площади поверхности конической носовой части по отношению к общей площади поверхности боевой части определяет положение центра давления, то есть положение точки приложения суммарной аэродинамической силы действующей на боевую часть в процессе ее движения после разделения. Увеличение площади поверхности конической носовой части по отношению к общей площади поверхности боевой части более 20% смещает положение центра давления назад, что при положении центра масс, равном 0,55-0,6 длины боевой части, ведет к увеличению балансировочного угла атаки до 130-140°. Уменьшение площади поверхности конической носовой части по отношению к общей площади поверхности боевой части менее 10% смещает положение центра давления вперед, что при положении центра масс, равном 0,55-0,6 длины боевой части, ведет к уменьшению балансировочного угла атаки до 40-50°. И в том и в другом случае сила сопротивления корпуса ООФБЧ уменьшается по сравнению с величиной, получаемой при балансировочном угле атаки, близком к 90°, что не позволит обеспечить движение ООФБЧ при отказе ПС, идентичное движению на парашюте. Кроме того, изменение величины положения центра масс более или менее 0,55-0,6 длины боевой части требует искусственного утяжеления носовой или кормовой части ООФБЧ, что ведет к снижению массы полезной нагрузки и негативно отражается на боевой эффективности боеприпаса.
- площади купола парашютной системы, равной 0,45-0,55 площади наружной поверхности корпуса боевой части, обеспечить движение после разделения по одинаковым траекториям как в случае нормального функционирования парашютной системы, так и в случае ее несрабатывания или разрушения. Это обстоятельство позволяет в любом случае доставить осколочно-фугасную боевую часть в район цели, тем самым снизить рассеивание, повысить точностные характеристики и сократить расход снарядов в залпе. Достижение такой же дальности при нештатном функционировании ООФБЧ, как и при ее штатном функционировании достигается за счет обеспечения характеристик сопротивления отделившейся боевой части с невведенным или разрушенным парашютом, близких к характеристикам сопротивления боевой части, движущейся на парашюте. Обеспечение необходимых характеристик сопротивления достигается за счет создания на поверхности корпуса боевой части, расположенной поперек к набегающему воздушному потоку силы сопротивления, близкой к силе сопротивления парашютной системы. При этом возникающая на корпусе аэродинамическая сила пропорциональна площади обтекаемой поверхности. При площади купола парашютной системы, равной 0,45-0,55 площади наружной поверхности корпуса, силы сопротивления на корпусе, стоящем поперек потока, будут близки силам, создаваемым при движении ООФБЧ на парашюте. Это обстоятельство позволит обеспечить одинаковые дальности полета как при введении парашютной системы, так и при ее отказе. При уменьшении соотношения площадей наружной поверхности корпуса и парашютной системы менее 0,45 сила сопротивления на корпусе окажется больше чем на парашюте, а при увеличении соотношения площадей более 0,55 сила сопротивления на корпусе окажется меньше, чем на парашюте. И то и другое обстоятельство приведут к тому, что движение боевой части при введенном и невведенном парашюте будут происходить по различным траекториям и обеспечат различные дальности. В результате боевая часть не будет доставлена в район цели.
- дополнительного детонатора и таймера, преимущественно порохового типа, установленного в донном отсеке боевой части, обеспечить подрыв боевой части по команде от таймера в случае несрабатывания контактного взрывателя при контакте с грунтом. В случае нештатного функционирования боевой части после разделения (невведение или разрушение ПС) она движется в режиме нестабилизированного полета, совершая затухающие колебания относительно своего центра масс и стремясь застабилизироваться при балансировочном угле атаки, близком к 90°. При таком режиме движения контакт боевой части с поверхностью грунта будет осуществляться преимущественно боковой поверхностью корпуса. При этом вероятность срабатывания контактного взрывателя уменьшается. Кроме этого даже при штатном функционировании боевой части после разделения возможно проявление отказа в самом контактном взрывателе. Таким образом, в обоих описанных случаях боевая часть при контакте с грунтом, при отсутствии дополнительного детонатора и таймера, не сработает, а следовательно, не выполнит поставленную боевую задачу. Установка дополнительного детонатора и таймера позволяют обеспечить надежный подрыв боевой части при отказе какого либо ее узла. Дополнительный детонатор в этом случае срабатывает через заданный интервал времени по команде от таймера, который запускается при отделении ООФБЧ. В ООФБЧ может быть использован любой тип таймера, однако наиболее предпочтительным является таймер порохового типа, представляющий собой пороховую шашку, поджигаемую в момент отделения боевой части от двигательной установки и горящую в течение заранее определенного интервала времени. Пороховая шашка является наиболее предпочтительной, так как в процессе функционирования на траектории и при контакте с грунтом снаряд и его элементы воспринимают существенные осевые и боковые перегрузки, и таймер порохового типа, как показывают эксперименты, является наиболее устойчивым к этим перегрузкам.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где изображен общий вид отделяющейся осколочно-фугасной боевой части.
Отделяющаяся осколочно-фугасная боевая часть состоит из оболочки (1), оснащенной взрывчатым веществом (2), контактного взрывателя (3), парашютной системы (4) и дополнительного детонатора (5) с пороховым таймером (6), размещенных в хвостовой цилиндрической части (7).
Корпус боевой части представляет собой сочетание цилиндрической части (7) и конической носовой части (8), состоящей из конического обтекателя (9) и контактного взрывателя (3).
пов
нос
цил
нос
цил
M
куп
Площадь поверхности корпуса боевой части, состоящей из контактного взрывателя 3, конического обтекателя 9 и цилиндрической части 7, определена из соображений компоновки и обеспечения заданных характеристик эффективности осколочно-фугасного действия при подрыве. Площадь купола парашютной системы 4 выбирается из условия обеспечения необходимых характеристик торможения и стабилизации для движения по траектории, близкой к траектории движения боевой части при невведенном или разрушенном парашюте, и должна составлять 0,45-0,55 от площади поверхности боевой части. Площадь наружной поверхности корпуса определяется выражением S=S+S, где S - площадь поверхности конической носовой части, a S - площадь поверхности цилиндрической части. Площадь поверхности конической носовой части (8) определяется выражением , где D - диаметр Миделевого сечения корпуса, γ - угол полураствора конуса. Площадь поверхности цилиндрической части корпуса (7) определяется выражением , где L - длина боевой части. Площадь купола парашютной системы (4) определяется выражением , где D - диаметр купола парашютной системы.
Величина площади поверхности конической носовой части (8) равна 10-20% от общей площади поверхности боевой части, а удаление центра масс боевой части от носовой части корпуса равно 0,55-0,6 ее длины.
Предлагаемая отделяемая осколочно-фугасная боевая часть работает следующим образом. При штатном функционировании после отделения боевой части от двигательной установки боевая часть совершает нестабилизированное движение, необходимое для гашения скорости до приемлемого для ввода парашютной системы значения. После этого срабатывает механизм ввода парашютной системы, происходит раскрытие купола парашюта (4) и боевая часть вертикализируется и снижается в район цели. При контакте с поверхностью грунта происходит срабатывание контактного взрывателя (3) и подрыв ООФБЧ. При нештатном функционировании, в случае несрабатывания механизма ввода парашютной системы (4) или в случае ее разрушения после ввода, боевая часть продолжает нестабилизированное движение, совершая затухающие колебания относительно центра масс и стремясь застабилизироваться при балансировочном угле атаки, близком к 90°. При этом возникающая на боевой части, расположенной поперек потока, сила сопротивления близка к силе сопротивления, возникающей на боевой части, движущейся на парашюте. В результате этого боевая часть, движется по той же траектории, что и при движении на парашюте и достигает той же дальности. При контакте с грунтом происходит подрыв ООФБЧ либо от срабатывания контактного взрывателя (3), либо по истечении заданного интервала времени, соответствующего времени горения пороховой шашки порохового таймера (6), от дополнительного детонатора (5). Таким образом, даже нештатно функционировавшая отделяемая осколочно-фугасная боевая часть выполняет поставленную боевую задачу.
Указанный положительный эффект подтвержден большим объемом экспериментальных исследований макетов и натурных боевых частей, выполненных в соответствии с предлагаемым изобретением, на стендах, в аэродинамических трубах и при проведении летных испытаний.
В настоящее время ведется разработка рабочей конструкторской документации, намечено серийное производство отделяющихся осколочно-фугасных боевых частей предлагаемой конструкции.