СПОСОБ УВЕЛИЧЕНИЯ ДАЛЬНОСТИ ПОЛЕТА СНАРЯДА (ВАРИАНТЫ) И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ
METHOD OF INCREASE OF RANGE CAPABILITY OF PROJECTILE (VERSIONS) AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретения относятся к области артиллерии, более конкретно к гладкоствольным и нарезным артиллерийским системам преимущественно среднего и крупного калибра, осуществляющим метание артиллерийского снаряда за счет воздействия на него продуктов сгорания метательного заряда.
Известен активно-реактивный снаряд, содержащий ракетный двигатель твердого топлива, пирозамедлитель, установленный на сопловой заглушке ракетного двигателя, и полузамкнутую область, расположенную в зоне расположения замедлителя. [Бабичев В.И., Колотилин В.И. Активно-реактивный снаряд / Патент РФ №2075033 по классу F42B 10/38 с приоритетом от 05.08.1994 г., опубл. 10.03.1997 г.]. Активно-реактивный снаряд реализует способ увеличения дальности полета снаряда за счет работы на траектории полета ракетного двигателя твердого топлива. Срабатывание ракетного двигателя твердого топлива обеспечивается пирозамедлителем, предотвращение гашения которого при вылете снаряда из ствола артиллерийского орудия вследствие резкого спада давления, действующего на его торец, обеспечивается наличием полузамкнутой области, которая уменьшает градиент давления, воздействующего на горящий торец пирозамедлителя за счет времени опорожнения полузамкнутой полости. Полузамкнутая область выполнена в виде усеченного конуса с центральным отверстием, расположенным у заднего торца снаряда.
Данное техническое решение не позволяет осуществить воспламенение заряда твердого топлива ракетного двигателя посредством пирозамедлителя в заданный момент времени, определяемый расчетным путем исходя из максимальной дальности полета снаряда с высокой точностью, поскольку время горения пирозамедлителя определяется его начальной температурой, которая зависит от климатических условий применения снаряда и имеет широкий диапазон изменения. Кроме того, наличие полузамкнутой области увеличивает габаритные размеры снаряда, а отсутствие на конусной поверхности кормовой части снаряда, образующей полузамкнутую область, радиальных отверстий существенно увеличивает массу снаряда, что негативным образом сказывается на его баллистических характеристиках и уменьшает дальность полета.
Известно, что в классических артиллерийских системах после воспламенения пороха процесс взаимодействия продуктов сгорания метательного заряда со снарядом становится неуправляемым, то есть никакие внешние физические воздействия влияния на него не оказывают. Динамика выстрела может быть заранее запрограммирована соответствующим заданием исходных данных, например применением различных конструктивных схем заряжания.
Известно, что в случае обычной схемы заряжания, либо схемы заряжания, при которой метательный заряд сосредоточен в каморе, изменение давления в области каморы, начиная с некоторого момента времени, не влияет на движение снаряда в силу конечной скорости передачи возмущений в среде продуктов сгорания, при этом часть метательного заряда расходуется впустую. [Русяк И.Г., Ушаков В.М. Внутрикамерные гетерогенные процессы в ствольных системах. Екатеринбург: УрО РАН, 2001,259 с.].
Известен способ увеличения дульной скорости снаряда, а следовательно, и дальности его полета, с применением моноблока конвективного горения либо лучевого моноблока, при котором движение боеприпаса в стволе орудия осуществляют воздействием давления продуктов сгорания основного метательного заряда (зерненного или трубчатого) и скрепленного со снарядом моноблока. [Русяк И.Г., Ушаков В.М. Внутрикамерные гетерогенные процессы в ствольных системах. Екатеринбург: УрО РАН, 2001, 259 с]. Совместное перемещение снаряда и моноблока конвективного горения, либо лучевого моноблока, воспламененного продуктами сгорания основного метательного заряда, происходит за счет постоянного поджатия моноблока к снаряду благодаря давлению, возникающему в зоне горения. Для надежного исключения противодавления за счет проникновения газа в зазор между моноблоком и снарядом осуществляют подклейку моноблока к снаряду с установкой обтюрирующего кольца по периметру дна снаряда. Увеличение дульной скорости снаряда по сравнению с обычной схемой заряжания обусловлено компенсацией волны разрежения, образующейся при движении снаряда в стволе артиллерийского орудия, за счет притока продуктов сгорания от скрепленного со снарядом моноблока.
Описанный способ увеличения дульной скорости снаряда является наиболее близким решением к заявляемому первому варианту способа увеличения дальности полета снаряда и взят в качестве прототипа. Одним из недостатков этого способа является низкая надежность клеевого соединения, посредством которого осуществляется соединение моноблока с торцом снаряда (возможны отслоения клеевого состава при длительном хранении боеприпаса либо в процессе выстрела), что может служить причиной возникновения зазора между моноблоком и торцом снаряда, и, как следствие, уменьшения дульной скорости снаряда. Более того, описанный способ увеличения дульной скорости снаряда может быть реализован лишь в условиях унитарного артиллерийского выстрела, поскольку не предусматривает наличия устройства, позволяющего осуществить соединение моноблока со снарядом непосредственно перед выстрелом. Это обстоятельство является особенно актуальным в случаях, когда стрельба ведется снарядами большого удлинения, такими, например, как высокоточные боеприпасы с лазерным полуактивным наведением, для которых, в целях обеспечения удобства эксплуатации, применима лишь схема раздельного заряжания. Поскольку соединение моноблока со снарядом является неразъемным, способ увеличения дульной скорости снаряда не позволяет регулировать дульную скорость снаряда непосредственно перед выстрелом путем изменения массы моноблока. Кроме того, процесс воспламенения моноблока, соединенного со снарядом, является нерегулируемым, поскольку осуществляется под воздействием продуктов сгорания основного метательного заряда, то есть воспламенение моноблока происходит одновременно с воспламенением основного метательного заряда.
Известен донный газогенератор (варианты), реализующий способ увеличения дальности полета снаряда, принятый в качестве прототипа ко второму варианту заявляемого способа. Донный газогенератор содержит корпус, в котором выполнено, по крайней мере, одно сопло, и помещенные в корпус заряд твердого топлива и воспламенитель [Andersson; Kurt G. (Farsta, SE), Gunners; Nils-Erik (Vasterhaninge, SE), Nilsson; Yngve L. (Strangnas, SE). Base bleed unit / Патент США №4807532. 28 февраля 1989 г.]. Донный газогенератор соединяют со снарядом посредством резьбового соединения. Соединение донного газогенератора со снарядом может быть осуществлено непосредственно перед выстрелом. Донный газогенератор предназначен для увеличения дальности полета или уменьшения времени полета мин и снарядов, предназначенных для метания из ствольных артиллерийских орудий. Воспламенение помещенного в корпус донного газогенератора заряда твердого топлива осуществляется непосредственно после вылета снаряда из ствола артиллерийского орудия путем воздействия на его поверхность продуктов сгорания воспламенителя. Воспламенитель представляет собой заряд пиротехнического состава, не чувствительного к перепадам давления, имеющим место в зоне его расположения при вылете снаряда из ствола артиллерийского орудия, и воспламеняется горячими продуктами сгорания основного метательного заряда. Конструкция изобретения предполагает воспламенение заряда твердого топлива сразу после вылета снаряда из ствола орудия.
С помощью изобретения невозможно воспламенить заряд твердого топлива в заданный момент времени, определяемый расчетным путем исходя из максимальной дальности полета снаряда и отличный от момента времени вылета снаряда из ствола орудия. Также описанный донный газогенератор не может быть использован для увеличения дальности полета активно-реактивного снаряда, имеющего, например, собственный разгонный двигатель или газогенератор, отверстия для выхода продуктов сгорания в котором расположены на днище снаряда, поскольку не предусмотрено отделение донного газогенератора от снаряда. Использование описанного донного газогенератора для увеличения дальности полета активно-реактивного снаряда, у которого отверстия для выхода продуктов сгорания расположены на боковой поверхности корпуса и направлены под углом к оси снаряда, также нецелесообразно, поскольку нет возможности отделить этот донный газогенератор от снаряда до включения основного двигателя активно-реактивного снаряда с целью повышения эффективности его работы. Кроме того, поскольку соединение донного газогенератора со снарядом осуществляется за счет резьбового соединения, присоединение описанного донного газогенератора к снаряду требует значительных затрат времени, что крайне нежелательно в условиях ведения боевых действий.
Известен активно-реактивный снаряд оригинальной конструктивной схемы [A.M.Липанов, А.В.Алиев, А.П.Бесогонов. Анализ старта активно-реактивного снаряда из ствола артиллерийского орудия // Актуальные проблемы создания и производства артиллерийского вооружения на предприятиях уральского региона: Сборник материалов третьего собрания УрРНЦ РАРАН 19-20 февраля 1998 г. г.Нижний Тагил, г.Ижевск, 1998 г., с.76-90.]. Снаряд размещается в стволе артиллерийского орудия, в заснарядном объеме которого расположено зарядное устройство, выполненное в виде перфорированного корпуса. В этом корпусе находится основной метательный заряд. Помимо основного в заснарядном объеме может размещаться дополнительный метательный заряд. Метательный заряд предназначен для создания активной составляющей силы, разгоняющей снаряд, а также для обеспечения зажигания топливного заряда ракетного двигателя твердого топлива, расположенного в корпусе снаряда.
На начальном (нестационарном) участке работы ракетного двигателя активно-реактивного снаряда топливный заряд испытывает сложное напряженно-деформированное состояние, обусловленное воздействием на него инерционных сил при ускоренном перемещении снаряда по стволу орудия, а также давления продуктов сгорания метательного заряда. В условиях высоких давлений, а также перепадов давлений, имеющих место в артиллерийских системах, чрезвычайно трудно обеспечить целостность топливного заряда, а следовательно, и стационарную безаварийную работу ракетного двигателя. Кроме того, исключение из состава ракетного двигателя системы воспламенения не приводит к заметному улучшению массогабаритных и баллистических характеристик активно-реактивного снаряда, а одновременное обеспечение надежности воспламенения топливного заряда и минимальной массы конструкции ракетного двигателя обеспечить в условиях артиллерийского выстрела крайне трудно.
Известен отбрасываемый в полете разгонный двигатель, принятый в качестве прототипа заявляемого устройства, установленный на реактивном снаряде [Fenton; George Н.A. (Stevenage, GB), Dransfield; Alfred Е. (Stevenage, GB). Missiles / Патент США №4745861. 24 мая 1988 г.]. Реактивный снаряд содержит основной двигатель, расположенный в основной части снаряда, и сопло основного двигателя, расположенное в хвостовой части снаряда. Разгонный двигатель содержит наружную и внутреннюю цилиндрические стенки, образующие камеру сгорания кольцевого поперечного сечения, в которой расположен заряд твердого топлива, а также днище с сопловыми отверстиями, предназначенными для выхода продуктов сгорания заряда твердого топлива, расположенного в камере сгорания. Часть сопловых отверстий может быть расположена под углом к оси снаряда для создания крутящего момента. Днище содержит кольцевой выступ, обращенный внутрь потока продуктов сгорания основного двигателя снаряда. Разгонный двигатель включает узел крепления, посредством которого осуществляется соединение его с хвостовой частью снаряда с возможностью последующего отделения разгонного двигателя от снаряда во время полета под воздействием потока продуктов сгорания основного двигателя на кольцевой выступ, расположенный на днище разгонного двигателя. Узел крепления разгонного двигателя позволяет передавать снаряду крутящий момент.
Так как отделение разгонного двигателя от снаряда осуществляется в результате воздействия потока продуктов сгорания из основного двигателя снаряда на кольцевой выступ разгонного двигателя, происходит потеря части энергии потока, что сопровождается уменьшением суммарного импульса тяги основного двигателя снаряда и, следовательно, уменьшением дальности полета снаряда. Величина потери суммарного импульса тяги зависит от усилия, необходимого для срезания винтов, посредством которых разгонный двигатель крепится к хвостовой части снаряда, а также от времени достижения этого усилия.
Задачей изобретений является повышение баллистической эффективности выстрела.
По первому варианту заявляемого способа повышение баллистической эффективности выстрела осуществляется за счет увеличения дульной скорости снаряда.
По второму варианту заявляемого способа повышение баллистической эффективности выстрела осуществляется за счет компенсации аэродинамического сопротивления, возникающего при движении снаряда в плотных слоях атмосферы и за счет сообщения снаряду дополнительного ускорения.
Повышение баллистической эффективности выстрела и увеличение дальности полета снаряда по первому и второму вариантам заявляемого способа достигается за счет воспламенения заряда твердого топлива, расположенного в корпусе устройства увеличения дальности полета снаряда, и отделения этого устройства от снаряда в моменты времени, определяемые путем решения задачи оптимизации. Целевой функцией, значение которой необходимо обеспечить максимальным, при решении указанной задачи оптимизации является дальность полета снаряда, которая определяется на каждой итерации процесса оптимизации исходя из решения задач:
- математического моделирования процесса выстрела снаряда из ствола артиллерийского орудия с учетом неравномерности распределения давления по длине заснарядного пространства и пространства перед снарядом;
- математического моделирования движения снаряда в плотных слоях атмосферы с учетом аэродинамического сопротивления, неравномерности распределения давления и вязкости воздуха по высоте, работы устройства увеличения дальности полета и/или разгонного двигателя снаряда с образованием реактивной тяги.
Техническим результатом использования изобретений является увеличение дальности полета снаряда, повышение эффективности использования метательного заряда в случае первого варианта способа, а также возможность управления дальностью полета снаряда непосредственно перед выстрелом за счет присоединения к нему устройства увеличения дальности полета снаряда.
Поставленная задача достигается тем, что в первом варианте заявляемого способа, при котором движение снаряда в стволе орудия осуществляют воздействием давления продуктов сгорания основного метательного заряда и соединенного со снарядом заряда твердого топлива, заряд твердого топлива расположен в устройстве увеличения дальности полета снаряда, которое присоединяют к снаряду перед выстрелом, воспламеняют этот заряд твердого топлива на ствольном участке траектории снаряда, а устройство увеличения дальности полета снаряда отделяют от снаряда после прекращения горения заряда твердого топлива и после вылета снаряда из ствола орудия. Во втором варианте заявляемого способа, при котором движение снаряда и соединенного со снарядом устройства увеличения дальности полета снаряда в стволе орудия осуществляют воздействием давления продуктов сгорания основного метательного заряда, заряд твердого топлива, расположенный в устройстве увеличения дальности полета снаряда, воспламеняют после вылета снаряда из ствола орудия, а устройство увеличения дальности полета снаряда отделяют от снаряда после прекращения горения заряда твердого топлива. В первом и во втором вариантах способа увеличения дальности полета снаряда заряд твердого топлива воспламеняют, а устройство увеличения дальности полета снаряда отделяют от снаряда в моменты времени, определяемые расчетным путем исходя из максимальной дальности полета снаряда. Устройство увеличения дальности полета снаряда состоит из корпуса с камерой сгорания, в которой расположен заряд твердого топлива, днища с сопловыми отверстиями, воспламенителя, узла крепления к снаряду, и дополнительно содержит блок питания и преобразования, блок управления, установленные в корпусе устройства, сопловые заглушки, установленные в сопловых отверстиях днища, реле давления. Узел крепления к снаряду содержит поршни с защелками, пружины сжатия, пробки, заряд пиротехнического состава, воспламенительное устройство, установленные в корпусе устройства увеличения дальности полета снаряда, причем заряд пиротехнического состава и воспламенительное устройство могут быть выполнены в едином блоке. Реле давления может быть установлено либо в корпусе устройства, либо в днище устройства. Заряд твердого топлива, расположенный в камере сгорания корпуса, может быть выполнен в виде навески пороховых элементов зернистой формы, сферической формы, либо пороховых элементов другой геометрии, либо может представлять собой монолитный заряд твердого топлива, свободно вложенный или скрепленный со стенками корпуса устройства. Сопловые отверстия днища могут быть выполнены под углом к оси симметрии устройства. На цилиндрическом участке корпуса устройства может быть установлен обтюрирующий поясок.
Соединение заявляемого устройства со снарядом осуществляется за счет того, что рабочие поверхности защелок узла крепления к снаряду входят в зацепление с соответствующими ответными поверхностями нижней части корпуса снаряда. При этом конструкция защелок обеспечивает возможность передачи снаряду осевой силы и крутящего момента.
Отделение заявляемого устройства от снаряда на траектории осуществляется за счет перемещения защелок узла крепления к снаряду, жестко соединенных с поршнями, в результате воздействия на торцовые поверхности поршней продуктов сгорания заряда пиротехнического состава, а также за счет вскрытия сопловых отверстий, расположенных в корпусе заявляемого устройства, через которые происходит истечение указанных продуктов сгорания с образованием реактивной тяги, направленной против движения снаряда.
Компенсация аэродинамического сопротивления, возникающего при движении снаряда в атмосфере, либо компенсация волны разрежения, образующейся при движении снаряда в стволе артиллерийского орудия, а также дополнительное ускорение снаряда на траектории обеспечиваются истечением продуктов сгорания заряда твердого топлива, расположенного в корпусе заявляемого устройства, из сопловых отверстий днища устройства.
Заявляемое устройство может быть применено для увеличения дальности полета как активных, так и активно-реактивных артиллерийских снарядов. В случае метания активного снаряда, не имеющего разгонного двигателя или газогенератора, предназначенного для увеличения дальности полета снаряда и срабатывающего на траектории полета, заявляемое устройство может не отделяться от снаряда. В случае метания активно-реактивного снаряда заявляемое устройство отделяется от снаряда до включения разгонного двигателя или газогенератора снаряда.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлено устройство увеличения дальности полета снаряда, на фиг.2 - вид устройства сверху, на фиг.3 - объемное изображение устройства.
Заявляемое устройство содержит корпус 1 с сопловыми отверстиями 2, днище 3 с сопловыми отверстиями 4, поршни 5, защелки 6, пружины сжатия 7, пробки 8, реле давления 9, воспламенитель 10, воспламенительное устройство 11, блок питания и преобразования 12, блок управления 13, заряд твердого топлива 14, заряд пиротехнического состава 15, сопловые заглушки 16, прокладку 17.
При этом заявляемое устройство содержит поршней 5, защелок 6, пружин сжатия 7, пробок 8, по меньшей мере, по три штуки. Указанные поршни 5, защелки 6, пружины сжатия 7, пробки 8, заряд пиротехнического состава 15, воспламенительное устройство 11, установленные в корпусе 1 заявляемого устройства, образуют узел крепления к снаряду, посредством которого осуществляется крепление устройства к задней части снаряда.
Днище 3 может крепиться к корпусу 1 посредством радиальных винтов, как показано на фиг.1 и фиг.3.
Для надежной фиксации защелок 6 в отверстиях поршней 5 могут быть использованы винты, изображенные на фиг.1 и фиг.3.
Пружины сжатия 7, зафиксированные пробками 8, обеспечивают поджатие защелок 6 к задней части снаряда, к которому крепится заявляемое устройство.
В целях обеспечения надежной работы узла крепления к снаряду и предотвращения закусывания защелок 6 при отделении устройства от снаряда может быть осуществлена фиксация поршней 5 от проворота относительно своей оси посредством штифтов, установленных в корпусе 1 устройства и входящих в зацепление с пазами, выполненными на цилиндрических поверхностях поршней 5, как показано на фиг.1 и фиг.3.
Отверстия в корпусе 1, в которых расположены поршни 5, выполнены таким образом, что поршни 5 имеют возможность перемещаться вдоль отверстий. Также на поршнях 5 могут быть установлены уплотнительные кольца, служащие для предотвращения прорыва газов внутрь устройства при его движении в стволе артиллерийского орудия. Для предотвращения прорыва газов внутрь корпуса заявляемого устройства в сопловые отверстия 2, выполненные в верхней части корпуса 1, могут быть установлены заглушки.
Отверстия в корпусе 1, предназначенные для вывода соединительных проводов между реле давления 9, воспламенителем 10 и блоком питания и преобразования 12, в целях предотвращения попадания продуктов сгорания заряда твердого топлива 14 в полость, в которой расположен блок питания и преобразования 12, могут быть залиты, например, компаундом или смолой.
Заряд пиротехнического состава 15, изображенный на фиг.1 и фиг.3 в виде монолитной пороховой шашки, помещенной в перфорированный стакан, может быть выполнен, например, в виде навески пороха и/или может быть расположен в одном корпусе с воспламенительным устройством 11.
На фиг.3 показано, что сопловые отверстия 4 расположены в днище 3 по концентрическим окружностям, причем сопловые отверстия, расположенные по окружности наибольшего диаметра, выполнены под углом к оси днища для образования крутящего момента относительно оси устройства при истечении через них продуктов сгорания заряда твердого топлива 14. В общем же случае под углом к оси днища могут быть выполнены все сопловые отверстия 4, либо некоторые из них, не обязательно расположенные по окружности наибольшего диаметра.
На фиг.1 и фиг.3 заряд твердого топлива 14 условно изображен в виде монолитного заряда твердого топлива, скрепленного со стенками корпуса 1 устройства, хотя может быть выполнен свободно вложенным, либо состоять из трубчатых пороховых элементов, зернистых пороховых элементов, пороховых элементов сферической или какой-либо другой формы. Также заряд твердого топлива 14 может представлять комбинацию пороховых элементов различной формы с различными физико-химическими и баллистическими характеристиками. Кроме того, заряд твердого топлива 14 может представлять собой комбинацию вышеуказанных монолитного заряда твердого топлива и навески зернистых пороховых элементов.
Блок питания и преобразования 12 содержит источник электрического питания, обеспечивающий срабатывание воспламенителя 10, воспламенительного устройства 11 и работу блока управления 13, а также содержит преобразователь тока, служащий для преобразования электрических сигналов при передаче их от источника электрического питания к блоку управления 13 и от блока управления 13 к воспламенителю 10 и воспламенительному устройству 11.
Блок управления 13 включает микропроцессор, осуществляющий управление работой устройства увеличения дальности полета снаряда и формирующий сигналы для срабатывания воспламенителя 10 и воспламенительного устройства 11.
Сопловые заглушки 16, предназначенные для предотвращения прорыва газообразных продуктов сгорания основного метательного заряда во внутреннюю полость корпуса 1 заявляемого устройства, могут быть выполнены, например, из мягкого металла или сплава, полимерного материала или материала на основе растительных волокон. При выполнении сопловых заглушек 16 из мягкого металла или сплава они, в целях уменьшения массы устройства, могут быть получены из листового материала путем штамповки. Для надежной фиксации описанных сопловых заглушек 16 в сопловых отверстиях 4 может быть использована прокладка 17, выполненная, например, из картона и приклеенная к днищу 3 после установки в его сопловые отверстия 4 сопловых заглушек 16, как показано на фиг.1 и фиг.3. Также сопловые заглушки 16 могут быть зафиксированы в сопловых отверстиях 4 днища 3 посредством запрессовки или с помощью клеевого состава, что исключает необходимость использования прокладки 17.
Заявляемое устройство увеличения дальности полета снаряда работает следующим образом.
После воспламенения всего или части основного метательного заряда, расположенного в гильзе, продукты сгорания пороха метательного заряда, расширяясь, достигают днища 3 заявляемого устройства и оказывают силовое воздействие на чувствительный элемент реле давления 9, настроенного на срабатывание при давлении, меньшем давления форсирования. При срабатывании реле давления 9 происходит замыкание электрической цепи, в которую входят реле давления 9 и блок питания и преобразования 12, и формирование блоком питания и преобразования 12 электрического сигнала, передаваемого посредством кабеля в блок управления 13. Блок управления 13, приняв вышеуказанный сигнал, начинает отсчет времени. При этом дискретность отсчета времени зависит от тактовой частоты работы микропроцессора, входящего в блок управления 13.
Под воздействием сил давления от продуктов сгорания основного метательного заряда снаряд и устройство увеличения дальности полета снаряда начинают совместно перемещаться вдоль ствола орудия, прямолинейно или по винтовой линии, в зависимости от типа орудия. При этом продукты сгорания основного метательного заряда через прокладку 17 воздействуют на сопловые заглушки 16, в результате чего происходит поджатие сопловых заглушек 16 к сопловым отверстиям 4. Поскольку заглушки 16 имеют конические поверхности, размеры которых соответствуют размерам конических сопловых отверстий 4, происходит их заклинивание, в результате которого продукты сгорания метательного заряда не проникают во внутренний объем корпуса 1, чем и достигается надежное предотвращение воспламенения заряда твердого топлива 14.
Дальнейшая работа устройства по первому варианту способа осуществляется следующим образом.
При движении снаряда по стволу артиллерийского орудия блок управления 13 в заданный момент времени формирует сигнал на воспламенение заряда твердого топлива 14 и отправляет его в блок питания и преобразования 12. При получении этого сигнала от блока управления 13, блок питания и преобразования 12 посылает электрический ток через воспламенитель 10. Прохождение электрического тока через воспламенитель 10 вызывает его срабатывание.
Вследствие теплопередачи от пороховых газов, полученных от воспламенителя 10, к заряду твердого топлива 14 происходит прогрев и воспламенение заряда твердого топлива 14. Начало горения заряда твердого топлива 14 сопровождается быстрым увеличением давления продуктов сгорания в камере сгорания корпуса 1 устройства. При достижении в камере сгорания корпуса 1 некоторого давления, большего уровня давления в области перед сопловыми отверстиями 4 снаружи днища, продукты сгорания заряда твердого топлива 14 начинают истекать из сопловых отверстий 4 днища 3, выталкивая сопловые заглушки 16 и прокладку 17.
Истечение продуктов сгорания заряда твердого топлива 14 из сопловых отверстий 4 обусловливает возникновение реактивной тяги Р, действующей на заявляемое устройство и передаваемой снаряду. При этом, ввиду неравномерности распределения давления по объему как заснарядного пространства, так и внутренней полости корпуса 1 устройства, реактивная тяга Р определяется как сумма реактивных тяг, развиваемых каждым сопловым отверстием 4 в отдельности. То есть
где n - количество сопловых отверстий 4 днища 3.
i
Здесь , где G - секундный массовый расход продуктов сгорания,
i
W - скорость истечения продуктов сгорания,
- площадь выходного сечения,
- давление продуктов сгорания в выходном сечении,
- давление продуктов сгорания за выходным сечением для i-го соплового отверстия 4.
Поскольку устройство работает на ствольном участке траектории, то тяга Р имеет нестационарный характер, так как имеет место истечение продуктов сгорания в область переменного во времени давления.
Горение заряда твердого топлива 14 может продолжаться как до, так и после выхода донной части устройства за дульный срез ствола орудия. При этом на ствольном участке траектории снаряда посредством работы устройства осуществляется компенсация волны разрежения, образующейся при движении снаряда по стволу артиллерийского орудия, а также имеет место дополнительное ускорение снаряда за счет реактивной тяги, получаемой посредством истечения продуктов сгорания заряда твердого топлива 14 через сопловые отверстия 4.
После выхода заявляемого устройства, соединенного со снарядом, из ствола орудия и после прекращения горения заряда твердого топлива 14 в момент времени, определяемый расчетным путем исходя из максимальной дальности полета снаряда, блок управления 13 формирует сигнал на отделение устройства от снаряда и отправляет его в блок питания и преобразования 12. При получении сигнала от блока управления 13 блок питания и преобразования 12 посылает электрический ток через воспламенительное устройство 11. Прохождение электрического тока через воспламенительное устройство 11 вызывает его срабатывание. Продукты сгорания, полученные при срабатывании воспламенительного устройства 11, прогревают и воспламеняют заряд пиротехнического состава 15. Продукты горения заряда пиротехнического состава 15, расширяясь, оказывают силовое воздействие на торцы поршней 5. Под влиянием этого силового воздействия поршни 5 одновременно и поступательно перемещаются от оси заявляемого устройства. По мере движения поршней 5 рабочие поверхности защелок 6 выходят из зацепления с соответствующими ответными поверхностями снаряда, а также происходит сначала частичное, а затем и полное открытие сопловых отверстий 2, расположенных в корпусе 1. Через открытые сопловые отверстия 2 происходит истечение продуктов горения заряда пиротехнического состава 15 в свободное пространство между устройством и дном снаряда с образованием реактивной тяги, направленной против движения снаряда. Таким образом, под воздействием полученной реактивной тяги ввиду отсутствия зацепления между устройством увеличения дальности полета снаряда и снарядом происходит отделение устройства от снаряда.
Дальнейшая работа устройства по второму варианту способа осуществляется следующим образом.
После вылета снаряда из ствола артиллерийского орудия блок управления 13 в заданный момент времени формирует сигнал на воспламенение заряда твердого топлива 14 и отправляет его в блок питания и преобразования 12. При получении этого сигнала от блока управления 13 блок питания и преобразования 12 посылает электрический ток через воспламенитель 10 и тем самым вызывает его срабатывание. Продукты сгорания навески воспламенителя 10 прогревают и воспламеняют заряд твердого топлива 14. Продукты сгорания заряда твердого топлива 14 начинают истекать из сопловых отверстий 4 днища 3, выталкивая сопловые заглушки 16 и прокладку 17, что приводит к созданию реактивной тяги Р, которая действует на заявляемое устройство и передается снаряду через защелки узла крепления к снаряду. Истечение продуктов сгорания заряда твердого топлива 14 из сопловых отверстий 4 днища 3 компенсирует аэродинамическое сопротивление движению снаряда в плотных слоях атмосферы, частично или полностью ликвидируя донное разрежение, или сообщает снаряду дополнительное ускорение.
Отделение заявляемого устройства от снаряда производится после прекращения горения заряда твердого топлива 14 в момент времени, определяемый расчетным путем исходя из максимальной дальности полета снаряда по схеме, описанной выше для работы устройства по первому варианту способа.
В случае использования заявляемого устройства для увеличения дальности полета активного снаряда, устройство может не отделяться от снаряда.
В случае использования заявляемого устройства для увеличения дальности полета активно-реактивного снаряда, сигнал на отделение устройства от снаряда формируется блоком управления 13 до срабатывания разгонного двигателя или газогенератора снаряда.
Заявляемое устройство может предусматривать наличие переключателя электрической цепи, при переводе которого в активное положение осуществляется подача питания от блока питания и преобразования 12 в блок управления 13. В целях предотвращения разрядки источника электрического питания при длительном хранении перевод переключателя электрической цепи в активное положение может осуществляться непосредственно перед боевым применением заявляемого устройства.
Известно, что в настоящее время имеет место тенденция применения в ствольных артиллерийских системах модульных метательных зарядов, представляющих собой пороховые заряды, помещенные в оболочки из сгорающего в процессе выстрела материала. При этом метательный заряд формируется набором модульных метательных зарядов, расположенных последовательно в гильзе. При стрельбе из артиллерийского орудия снарядом с использованием метательного заряда, сформированного набором модульных метательных зарядов, заявляемое устройство может быть использовано вместо одного или нескольких указанных модульных метательных зарядов.
Известно, что при стрельбе из нарезного артиллерийского орудия управляемыми боеприпасами, имеющими стабилизаторы, раскрывающиеся в полете, вращение снаряда оказывает неблагоприятное воздействие на стабилизаторы во время их раскрытия, вызывая в некоторых случаях их деформацию. При этом, вследствие деформации стабилизаторов, имеет место нарушение аэродинамических характеристик снаряда, его отклонение от заданной траектории и, как следствие, непопадание в цель. Хотя указанные управляемые боеприпасы выполняются, как правило, с проворачивающимся относительно оси снаряда обтюрирующим пояском, это не позволяет полностью устранить проблему. Решить эту проблему можно путем использования заявляемого устройства, у которого часть сопловых отверстий 4 выполнена под углом к оси снаряда таким образом, что истечение продуктов сгорания из этих сопловых отверстий создает крутящий момент относительно оси снаряда, направленный в сторону, противоположную направлению нарезов ствола. При этом угол наклона указанных сопловых отверстий относительно оси снаряда составляет величину, при которой обеспечивается крутящий момент, позволяющий полностью или частично устранить вращение снаряда на ствольном участке траектории.
Известно, что наличие обтюрирующего пояска на снаряде, движущемся в плотных слоях атмосферы, негативным образом сказывается на аэродинамических характеристиках снаряда и тем самым снижает дальность его полета. Аэродинамические характеристики снаряда в этом случае можно улучшить путем установки обтюрирующего пояска на заявляемое устройство, отбрасываемое в полете. При этом наиболее целесообразно осуществлять установку обтюрирующего пояска в верхней части цилиндрического участка корпуса устройства для того, чтобы в случае работы устройства по первому варианту способа цилиндрическая часть корпуса находилась в условиях всестороннего сжатия продуктами сгорания основного метательного заряда и заряда твердого топлива, расположенного в камере сгорания корпуса устройства.
Дополнительными положительными эффектами использования технического решения являются:
- устранение неблагоприятного воздействия на стабилизаторы, раскрывающиеся после вылета снаряда из ствола орудия, вращения снаряда;
- улучшение аэродинамических характеристик снаряда за счет установки обтюрирующего пояска на заявляемое устройство, отбрасываемое в полете, вместо установки его на корпус наряда;
- увеличение эффективности работы разгонного двигателя или газогенератора активно-реактивного снаряда;
- повышение эксплуатационных характеристик артиллерийского выстрела.
Увеличение эффективности работы разгонного двигателя или газогенератора активно-реактивного снаряда обеспечивается за счет устранения потерь суммарного импульса тяги на отделение заявляемого устройства путем отделения его от снаряда до включения разгонного двигателя или газогенератора снаряда.
Повышение эксплуатационных характеристик артиллерийского выстрела обеспечивается возможностью управления дальностью полета снаряда непосредственно перед выстрелом путем оперативного присоединения заявляемого устройства к снаряду непосредственно перед выстрелом в условиях дефицита времени.