Активно-реактивный снаряд с ракетно-прямоточным двигателем для орудий с нарезным стволом
ACTIVE-JET PROJECTILE WITH ROCKET-RAMJET ENGINE FOR GUNS WITH A RIFLED BARREL

Описание изобретения
Изобретение относится к боеприпасам, в частности к активно-реактивным снарядам, запускаемым из орудий с нарезным стволом.
Известна конструкция неуправляемого активно-реактивного снаряда (АРС) с ракетно-прямоточным двигателем (РПД), расположенным в кормовой части снаряда [Патент RU 2493533 C1]. В рассматриваемой конструкции камера дожигания (КД) имеет форму кольца и формируется корпусом газогенератора (ГГ) и цилиндрической обечайкой. Кольцевая щель между корпусом снаряда и обечайкой играет роль входа воздухозаборного устройства (ВЗУ), В рассматриваемой конструкции после вылета из канала ствола через кольцевую щель ВЗУ в камеру дожигания поступает воздух из окружающего пространства. В камере дожигания происходит смешение поступающего через воздухозаборник воздуха с продуктами газификации заряда твердого топлива, состоящего из переднего и заднего полузарядов, в результате чего продукты газификации догорают в кислороде воздуха, выделяя тепловую энергию, и сообщают дополнительную скорость газам, истекающим из ГГ. Истекающие из ГГ газы создают тяговое усилие, которое сообщает АРС дополнительную скорость, увеличивая тем самым дальность его полета.
Недостатками рассматриваемой конструкции являются: сравнительно небольшой объем камеры дожигания, ограниченный наличием в ней корпуса ГГ с одним из полузарядов твердого топлива (ТТ), что приводит к невысоким значениям полноты сгорания смеси и неполной реализации химической энергии продуктов газификации ТТ; наличие открытого кольцевого ВЗУ на начальном участке траектории, что вызывает дополнительное дестабилизирующее воздействие на снаряд при обдуве кольцевого ВЗУ истекающими из канала ствола пороховыми газами. Оба этих недостатка негативно сказываются на дальности полета, а дестабилизирующее воздействие пороховых газов также негативно сказывается на точности стрельбы.
Известен способ увеличения дальности полета артиллерийского снаряда и устройство для его реализации [Патент RU 2486452]. В рассматриваемом устройстве после вылета из канала ствола корпус снаряда телескопически трансформируют путем осевого перемещения наружной обечайки снаряда назад относительно его корпуса, в результате чего формируется тракт PПД с камерой дожигания. К недостаткам рассматриваемой конструкции относится то, что она применима исключительно для снарядов, стабилизированных оперением, в то время как большинство состоящих на вооружении снарядов стабилизируется вращением при выстреле из нарезного ствола орудия.
Технической задачей изобретения является увеличение дальности и точности стрельбы АРС путем повышения полноты реализации химической энергии продуктов газификации ТТ и снижения дестабилизирующих воздействий на начальном участке траектории за счет применения устройства для повышения объема камеры дожигания и задержки раскрытия кольцевого ВЗУ. При этом действует требование по сохранению штатных габаритных размеров АРС.
Данная техническая задача в рамках предполагаемого изобретения решается тем, что АРС содержит головной взрыватель, корпус боевой части, заряд взрывчатого вещества, корпус двигательной установки, ведущий поясок и РПД с устройством увеличения объема КД, которое также обеспечивает задержку раскрытия кольцевого ВЗУ. РПД состоит из заряда ТТ, опорной трубки с диафрагмой, соплового блока и камеры дожигания с устройством увеличения ее объема, которое также действует как устройство задержки раскрытия кольцевого ВЗУ. Камера дожигания формируется сопловым блоком РПД, промежуточным днищем, резьбовой втулкой, задним днищем и цилиндрической обечайкой. Заднее днище, цилиндрическая обечайка и резьбовая втулка выполнены поворотно-скользящими относительно АРС посредством свободного резьбового соединения между резьбовой втулкой и промежуточным днищем. При этом камера дожигания включает в себя первичный объем, сформированный сопловым блоком РПД и промежуточным днищем, и дополнительный объем, формируемый промежуточным днищем, задним днищем и цилиндрической обечайкой в результате функционирования устройства увеличения объема КД.
Суть изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен общий вид АРС в рабочем положении на полете, на фиг. 2 - РПД с устройством увеличения объема камеры дожигания в положении до выстрела, на фиг. 3 - РПД с устройством увеличения объема камеры дожигания в рабочем положении на полете.
Активно-реактивный снаряд (фиг. 1) состоит из корпуса 1, ведущего пояска 2 и РПД с устройством увеличения объема камеры дожигания 3.
РПД с устройством увеличения объема камеры дожигания (фиг, 2 и 3) состоит из следующих основных элементов: заряда ТТ 4, опорной трубки 5, диафрагмы 6, соплового блока 7, промежуточного днища КД 8, резьбовой втулки 9, заднего днища КД 10. цилиндрической обечайки 11. Элементы соединены между собой резьбовыми соединениями. В случае соединения элементов 8 и 9 направление витков резьбы подбирается так, чтобы при выстреле из нарезного ствола орудия собственное вращение снаряда способствовало провороту элементов 8 и 9 относительно друг друга с их последующим осевым смещением и увеличением расстояния между элементами 8 и 10. В остальных случаях направление витков резьбы выбирается обратным, чтобы способствовать закрытию стыков между элементами при вращении снаряда. Длина соплового блока 7 и резьбовой втулки 9 подбирается таким образом, чтобы максимальное расстояние между промежуточным днищем КД 8 и задним днищем КД 10 за счет осевого перемещения резьбовой втулки 9, заднего днища КД 10 и цилиндрической обечайки 11 было достигнуто на расстоянии 8-10 м от дульного среза орудия. В состоянии до выстрела (фиг. 2) заднее днище КД 10 находится в крайнем переднем положении, упираясь в промежуточное днище КД 8. В таком положении запоясковая часть АРС имеет габариты, соответствующие штатному снаряду.
Описываемый активно-реактивный снаряд с учетом вышеприведенного описания функционирует следующим образом. При выстреле из орудия с нарезным стволом продукты сгорания метательного заряда воздействуют на дно АРС, состоящего из корпуса 1, ведущего пояска 2 и РПД с устройством увеличения объема камеры дожигания 3 (фиг. 1). Под действием давления продуктов сгорания метательного заряда АРС получает ускоренное движение вперед по каналу ствола. При этом ведущий поясок 2, жестко соединенный со снарядом, при взаимодействии с нарезами в канале ствола орудия сообщает снаряду определенное угловое ускорение, необходимое для гироскопической стабилизации снаряда на полете. При этом на конструктивные элементы снаряда действуют инерционные нагрузки, такие как продольная сила и вращающий момент вокруг продольной оси снаряда. Под действием вращающего момента элементы конструкции РПД снаряда (см. фиг. 2 и 3, поз. 9, 10, 11), связанные с ним свободным резьбовым соединением, проворачиваются относительно самого снаряда с соответствующим осевым смещением. Продукты сгорания метательного заряда поступают через отверстия в сопловом блоке 7, диафрагму 6 и опорную трубку 5 к поверхности заряда ТТ 4, воспламеняя последний. Вращаясь в резьбе промежуточного днища КД 8 под действием инерционных сил во время прохождения по каналу ствола и на начальном этапе полета, вышеуказанные элементы конструкции РПД смещаются относительно снаряда назад вдоль его продольной оси до момента, когда буртик на резьбовой втулке 9 упирается в промежуточное днище КД (поз. 8, фиг. 2 и 3). Таким образом РПД снаряда, имевший до выстрела вид, представленный на фиг. 2, на расстоянии в 8-10 м от дульного среза орудия переходит в рабочее состояние и приобретает вид, представленный на фиг. 3. Продукты газификации горящего заряда ТТ 4 поступают по опорной трубке 5 к сопловому блоку 7 и далее в первичный объем КД. В первичном объеме КД происходит их смешение с атмосферным воздухом, поступающим через отверстия в стенке соплового блока 7 и частичное дожигание, после чего через отверстия в промежуточном днище КД 8 и резьбовой втулке 9 они поступают в дополнительный объем КД. Дополнительный объем КД сформирован промежуточным днищем КД 8, задним днищем КД 10 и цилиндрической обечайкой 11 в результате их осевого смещения в резьбе промежуточного днища КД 8. В дополнительный объем КД также поступает атмосферный воздух через кольцевое ВЗУ, образованное сопловым блоком 7 и цилиндрической обечайкой 11. В дополнительном объеме КД происходит окончательное дожигание продуктов газификации заряда ТТ 4, В результате дожигания продуктов газификации заряда ТТ 4 осуществляется подвод тепла к газам в дополнительном объеме КД и повышение скорости их истечения через параллельные продольной оси снаряда отверстия в резьбовой втулке 9 и заднем днище КД 10, чем достигается создание тягового усилия, повышающего дальность полета АРС.
Наличие дополнительного объема КД повышает степень полноты сгорания продуктов газификации заряда ТТ за счет увеличения объема, в котором протекают химические реакции между продуктами газификации заряда ТТ и атмосферным кислородом. Способ организации формирования дополнительного объема КД, представленный в данном изобретении, дополнительно способствует повышению степени полноты сгорания продуктов газификации заряда ТТ за счет организации притока воздуха как в первичный, так и в дополнительный объемы КД. Повышение полноты сгорания приводит к более полной реализации химической энергии твердого топлива в виде тягового усилия и повышению дальности полета снаряда. Помимо этого, описанная конструкция устройства увеличения объема камеры дожигания позволяет реализовать задержку раскрытия кольцевого ВЗУ, что также положительно сказывается на дальности и точности полета снаряда за счет устранения дополнительных возмущающих факторов, действующих на снаряд при обдуве кольцевого ВЗУ продуктами сгорания метательного заряда при выстреле.
Необходимо отметить, что полнота сгорания продуктов газификации заряда ТТ может быть дополнительно повышена за счет увеличения притока воздуха в первичный объем камеры дожигания через отверстия в стенке соплового блока. Для достижения этого необходимо повысить статическое давления в потоке воздуха, обтекающем сопловой блок в районе отверстий, в связи с чем предлагается модификация конструкции РПД, представленная на фиг. 4. В данной модификации на внешней поверхности стенки соплового блока выполнены выступы, расположенные под углом к обдувающему вращающийся снаряд потоку воздуха. При этом отверстия располагаются вблизи выступов, где происходит торможение потока воздуха и повышается статическое давление. Такая конструкция использует собственное вращение снаряда не только для создания дополнительного объема камеры дожигания, но и для обеспечения повышенного притока воздуха в первичный объем камеры дожигания.
Также полноту сгорания продуктов газификации заряда ТТ можно повысить путем их смешения с продуктами газификации заряда другого состава, отличающегося повышенным содержанием окислителя в продуктах газификации, и последующем дожигании при смешении с атмосферным воздухом. Описанная выше конструкция активно-реактивного снаряда позволяет реализовать эту схему, как показано на фиг. 5. В данном случае в РПД сохраняются заряд ТТ 4, опорная трубка 5, диафрагма 6 и все элементы устройства для увеличения объема камеры дожигания (промежуточное днище КД 8, резьбовая втулка 9, заднее днище КД 10, цилиндрическая обечайка 11). При этом сопловой блок 7 имеет сплошную боковую стенку вместо перфорированной и вместо нескольких сопловых отверстий имеет одно резьбовое отверстие для установки центрального сопла 12. Промежуточное днище КД 8 имеет только центральное резьбовое отверстие для размещения резьбовой втулки 9. В объеме между внутренней поверхностью боковой стенки соплового блока 7, промежуточным днищем КД 8 и резьбовой втулкой 9 размещается дополнительный заряд 13, состоящий из состава, продукты газификации которого обогащены окислителем. При выстреле продукты сгорания метательного заряда инициируют горение как заряда ТТ 4, так и дополнительного заряда 13. Продукты газификации заряда ТТ 4 затем истекают через центральное сопло 12 в первичный объем КД, где происходит их смешение с обогащенными окислителем продуктами газификации дополнительного заряда 13. После этого продукты смешения истекают через отверстие в резьбовой втулке 9 в дополнительный объем КД, где смешиваются с атмосферным воздухом, поступающим через кольцевое ВЗУ, образованное корпусом соплового блока 7 и цилиндрической обечайкой 11, дожигаются и выбрасываются через отверстия в заднем днище КД 10, создавая тягу. Формирование дополнительного объема КД и кольцевого ВЗУ в данном варианте конструкции происходит аналогично РПД, представленному на фиг. 2, 3, 4.