Сверхзвуковой управляемый реактивный снаряд
SUPERSONIC GUIDED MISSILE

Изобретение относится к области ракетной техники, а именно к управляемым реактивным снарядам реактивных систем залпового огня.
Объект изобретения представляет собой сверхзвуковой управляемый реактивный снаряд, выполненный по аэродинамической схеме «утка», содержащий лопастные стабилизаторы, маршевый двигатель, сопловой блок, корпус с заостренной носовой частью, размещенными на ней аэродинамическими рулями и систему управления.
Для борьбы с различными наземными целями широко применяются реактивные системы залпового огня (РСЗО). В состав таких систем входят реактивные снаряды, снабженные моноблочной или кассетной головной частью, твердотопливным ракетным двигателем и аэродинамическим стабилизатором.
Так, современные условия решения военных конфликтов диктуют требования к современным боеприпасам и комплексам. Одним из важнейших требований к образцам вооружения является фактор времени нанесения удара. Поэтому для оперативного поражения зачастую используют сверхзвуковые реактивные снаряды.
В настоящее время для повышения точности стрельбы применяют различные системы управления движением реактивных снарядов, позволяющие обеспечить повышение указанных характеристик по сравнению с неуправляемыми снарядами.
Известна ракета по патенту РФ 2125701 (МПК F42B 10/00, опубл. 27.01.1999). При старте ракеты газодинамическая система угловой стабилизации создает управляющие усилия, которые компенсируют воздействие начальных возмущений и ветровых нагрузок.
Данное техническое решение обеспечивает повышение точности стрельбы за счет использования газодинамической системы угловой стабилизации.
Общими признаками с предлагаемым авторами реактивным снарядом являются наличие цилиндрического корпуса с передней заостренной конической частью, ракетного двигателя, хвостового оперения и газодинамической системы угловой стабилизации с соплами.
К недостаткам известной ракеты относится невозможность коррекции траектории, так как система угловой стабилизации ракеты обеспечивает только коррекцию начальных возмущений при сходе с направляющей.
Известен реактивный снаряд с отделяемым двигателем по патенту РФ 2233424 (МПК F42B 15/10, опубл. 27.07.2007, БИ №21). При этом для отделения двигателя используется специальный конструктивный элемент, содержащий полость, в которой размещен пороховой заряд для отделения стартового и запуска маршевого двигателя, что усложняет конструкцию и снижает надежность функционирования снаряда.
Наиболее близким по технической сути к предлагаемому авторами реактивному снаряду является сверхзвуковой управляемый реактивный снаряд по патенту РФ 2459177 (МПК F42B 15/00, F42B 10/38, опубл. 20.08.2012, БИ №23), принятый авторами за прототип, выполненный по аэродинамической схеме «утка», содержащий корпус с заостренной носовой частью, стабилизатор, выполненный в виде раскрывающихся лопастей, маршевый двигатель, аэродинамические органы управления - рули, установленные на носовой части корпуса и систему управления.
Данный реактивный снаряд является сверхзвуковым благодаря особой форме планера, а именно форме носовой части, которая выполнена со степенным профилем, обеспечивающим наименьшее аэродинамическое сопротивление при полете на сверхзвуковых скоростях.
Целью изобретения (прототипа) являлось создание оптимальной геометрической формы носовой части и аэродинамических рулей, повышающей аэродинамические характеристики реактивного снаряда.
При функционировании такого управляемого реактивного снаряда его маневренность ограничена площадью оперения и скоростью набегающего потока. И пока реактивный снаряд еще не набрал достаточной скорости, аэродинамические рули недостаточно эффективны для погашения стартовых возмущений, в том числе и колебания пусковой направляющей.
Общими признаками с предлагаемой авторами конструкцией сверхзвукового управляемого реактивного снаряда являются аэродинамическая схема «утка», корпус с заостренной носовой частью, аэродинамические рули, система управления, маршевый двигатель, обеспечивающий разгон до сверхзвуковой скорости, его сопловой блок, размещенные на нем лопастные стабилизаторы.
В отличии от прототипа, на сопловом блоке заявляемого реактивного снаряда закреплена стартовая ступень, содержащая соединяющий ее и сопловой блок узел крепления, газодинамическое исполнительное устройство с расположенными на боковой поверхности перпендикулярно продольной оси снаряда соплами и твердотопливный ракетный двигатель с направленным вдоль продольной оси снаряда соплом, при этом отделение стартовой ступени происходит за счет разрушения узла крепления под воздействием на передний торец стартовой ступени давления продуктов сгорания маршевого двигателя после его запуска.
Указанные признаки, отличительные от прототипа и на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны, во всех случаях достаточны.
Задачей предполагаемого изобретения является повышение кучности и точности стрельбы за счет повышения надежности функционирования реактивного снаряда с газодинамической системой стабилизации путем обеспечения максимального газодинамического стабилизирующего момента относительно центра масс снаряда, а также уменьшения массы путем отделения отработанной стартовой ступени.
Указанный технический результат достигается тем, что, в отличие от прототипа, сверхзвуковой управляемый реактивный снаряд снабжен стартовой ступенью, которая обеспечивает его точное пространственное позиционирование на траектории полетного задания и его угловую стабилизацию на момент запуска его маршевого двигателя. Стартовая ступень закреплена при помощи узла крепления на сопловом блоке сверхзвукового управляемого реактивного снаряда и содержит твердотопливный ракетный двигатель и газодинамическое исполнительное устройство с расположенными на боковой поверхности перпендикулярно продольной оси снаряда соплами. По сигналам от системы управления сверхзвукового реактивного снаряда газодинамическое исполнительное устройство при помощи расположенных на боковой поверхности перпендикулярно продольной оси снаряда сопел создает управляющие моменты, которые выводят его на траекторию стрельбы. В связи с большим удалением точек приложения реактивных сил, перпендикулярно действующих к продольной оси снаряда относительно центра тяжести, время пространственного позиционирования снижается, уменьшая его колебания, что и приводит к угловой стабилизации на момент запуска его маршевого двигателя, повышая кучность и точность стрельбы, при этом отделение стартовой ступени от соплового блока реактивного снаряда осуществляют за счет разрушения соединяющего ее и сопловой блок узла крепления под воздействием на передний торец стартовой ступени давления продуктов сгорания маршевого двигателя после его запуска.
Узел крепления расположен в хвостовой части сверхзвукового реактивного снаряда и расположен на корпусе соплового блока. Передний торец стартовой ступени выполнен в виде стакана с глухим дном, который прикрепляют, например, путем нанизывания при помощи скользящей посадки на сопловой блок и затем устанавливают и фиксируют узлом крепления, например, в виде винтов или штифтов.
Новая совокупность конструктивных элементов, а также наличие связей между параметрами заявляемого сверхзвукового управляемого реактивного снаряда позволили, в частности, за счет:
- закрепления стартовой ступени, содержащей соединяющий ее и сопловой блок узел крепления, газодинамическое исполнительное устройство с расположенными на боковой поверхности перпендикулярно продольной оси снаряда соплами и твердотопливный ракетный двигатель с направленным вдоль продольной оси снаряда соплом - обеспечить вывод реактивного снаряда на заданную траекторию, компенсировать стартовые возмущающие воздействия на реактивный снаряд, обеспечив максимальный газодинамический управляющий момент, в отличии от реактивного снаряда с отсутствующей системой газодинамической стабилизации, за счет размещения стартовой ступени в хвостовой части реактивного снаряда на большом удалении от центра масс снаряда, а следовательно, повысить кучность и точность стрельбы за счет повышения надежности функционирования на стартовом участке траектории в момент движения реактивного снаряда с малой скоростью, когда набегающего потока не хватает для функционирования аэродинамических рулей, а также исключить отрицательное воздействие турбулентного потока струи газодинамического исполнительного устройства на аэродинамические характеристики стабилизатора, а следовательно, улучшить аэробаллистические характеристики снаряда;
- отделения стартовой ступени от соплового блока за счет разрушения узла крепления под воздействием на передний торец стартовой ступени давления продуктов сгорания маршевого двигателя после его запуска -уменьшить пассивную массу снаряда на маршевом участке траектории, а следовательно, увеличить дальность стрельбы;
- наличия твердотопливного двигателя в составе стартовой ступени -исключить расход топлива маршевого двигателя в процессе вывода реактивного снаряда на траекторию;
- наличия газодинамического исполнительного устройства в составе стартовой ступени - обеспечить требуемое направление вектора скорости на начальном участке траектории, компенсировать стартовые возмущающие параметры стрельбы, а следовательно, повысить кучность и точность стрельбы за счет повышения надежности функционирования на стартовом участке траектории в момент движения реактивного снаряда с малой скоростью, когда набегающего потока не хватает для функционирования аэродинамических рулей, обеспечив максимальный газодинамический управляющий момент, в отличии от реактивного снаряда с отсутствующей системой газодинамической стабилизации, с минимизацией времени пространственного позиционирования, уменьшая его колебания за счет расположения точек приложения реактивных сил с большим удалением относительно центра масс снаряда, перпендикулярно действующих к продольной оси.
Признаки, характеризующие изобретение в конкретных формах исполнения, обеспечивают, в частности, за счет:
- выполнения лопастного стабилизатора складным с возможностью раскрытия после отделения - повысить чувствительность снаряда к воздействию газодинамических органов управления за счет отсутствия стабилизирующего момента на начальном участке траектории, исключить агрессивное воздействие продуктов сгорания от стартового двигателя и защитить стабилизаторы от механических повреждений при движении в пусковой направляющей;
- размещение дополнительной системы управления, выдающей команды на газодинамическое исполнительное устройство, узла крепления, соединяющего стартовую ступень с сопловым блоком маршевого двигателя -повысить надежность функционирования снаряда как при старте, так и при движении на начальном участке траектории путем упрощения приборного состава системы управления, расположенной в носовой части реактивного снаряда за счет передачи части функций системе управления стартовой ступени.
Вышеизложенное позволяет сделать вывод о наличии причинно-следственной связи между совокупностью существенных признаков заявляемого технического решения и достигаемым техническим результатом.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 представлен общий вид сверхзвукового управляемого реактивного снаряда, на фиг. 2 - узел крепления (укрупненно), на фиг. 3 - расположение систем управления и складных стабилизаторов.
Сверхзвуковой управляемый реактивный снаряд содержит лопастные стабилизаторы 1, маршевый двигатель 2, сопловой блок 3, корпус с заостренной носовой частью 4, аэродинамические рули 5, систему управления 6, стартовую ступень 7, твердотопливный ракетный двигатель 8, газодинамического исполнительного устройство 9, узел крепления стартовой ступени 10, передний торец стартовой ступени 11, перпендикулярные к продольной оси снаряда сопла 15.
В частных случаях исполнения сверхзвуковой управляемый реактивный снаряд содержит:
- складные стабилизаторы 12 с возможностью раскладывания после отделения стартовой ступени 7;
- дополнительную систему управления 14, работу которой синхронизируют перед стартом с системой управления 6. При этом система управления 14 формирует команды и подает сигналы в газодинамическое исполнительное устройство 9 и на перпендикулярные к продольной оси снаряда сопла 15, твердотопливный ракетный двигатель 8 и маршевый двигатель 2, а система управления 6 формирует команды и подает сигналы на аэродинамические рули 5, обеспечивая вывод реактивного снаряда на траекторию согласно полетному заданию.
Сверхзвуковой управляемый реактивный снаряд работает следующим образом. При предстартовой подготовке в систему управления 6 вводят данные полетного задания. После запуска твердотопливного ракетного двигателя 8 стартовой ступени 7 реактивный снаряд начинает движение с дозвуковой скоростью, после выхода из пусковой направляющей по сигналам от системы управления 6 сверхзвукового реактивного снаряда газодинамическое исполнительное устройство 9 при помощи расположенных на боковой поверхности перпендикулярно продольной оси снаряда сопел 15 создает стабилизирующий момент, компенсирующий негативные параметры стрельбы (например боковой ветер, колебания пусковой направляющей и эксцентриситет тяги ракетного двигателя) на стартовом участке траектории. В связи с большим удалением точек приложения реактивных сил, перпендикулярно действующих к продольной оси снаряда относительно центра тяжести, время пространственного позиционирования снижается, уменьшая его колебания, что приводит к ускорению угловой стабилизации по сравнению с действием аэродинамических стабилизаторов 1, когда не хватает скорости набегающего потока. При достижении сверхзвуковым управляемым реактивным снарядом заданных траекторных и пространственных параметров система управления 6 подает команду на запуск маршевого ракетного двигателя 2, под действием давления от продуктов сгорания на передний торец 11 разрушают узел крепления 10 (например, элементы форсирования в виде штифтов или винтов) и отделяют стартовую ступень 7. Далее при работе маршевого ракетного двигателя 2 реактивный снаряд выходит на сверхзвуковую скорость, при этом система управления 6 обеспечивает управление аэродинамическими рулями 5 согласно данным полетного задания до достижения цели.
Предложенное техническое решение позволило разработать сверхзвуковой управляемый реактивный снаряд повышенной кучности и точности стрельбы за счет повышения надежности функционирования реактивного снаряда путем обеспечения максимального газодинамического стабилизирующего момента относительно центра масс снаряда, а также уменьшения массы путем отделения отработанной стартовой ступени.
Проведенные стендовые испытания экспериментального образца с имитацией возмущающих воздействий на начальных этапах функционирования стартовой ступени и процесса отделения ее от маршевого двигателя продемонстрировали полное соответствие заявленным авторами признакам, решающим поставленную задачу изобретения. Кроме того, натурные испытания изобретения, изготовленного в соответствии с формулой, в условиях полигона показали положительные результаты.
В настоящее время разработана конструкторская и технологическая документация, изготовлены опытные образцы, проведены испытания, намечено производство устройств в соответствии с изобретением.