СВЕРХЗВУКОВОЙ РЕАКТИВНЫЙ СНАРЯД С ОТДЕЛЯЕМОЙ ГОЛОВНОЙ ЧАСТЬЮ
SUPERSONIC ARTILLERY PROJECTILE WITH SEPARABLE WARHEAD

Изобретение относится к области ракетной техники, а именно к реактивным снарядам с отделяемой головной частью реактивных систем залпового огня.
Объект изобретения представляет собой реактивный снаряд с отделяемой головной частью повышенной боевой эффективности и надежности функционирования.
Боевая эффективность указанного реактивного снаряда в немалой степени зависит от получения требуемого разброса головных частей, боевых элементов в районе цели, угла подхода головной части к цели, осколочного поля с заданными характеристиками (см., например, Гогин В., Федосеев А. Перспективы развития реактивных систем залпового огня - «Зарубежное военное обозрение», №1, 1995 г.).
Известны реактивные снаряды М8, М13, обеспечивающие поражение площадных и крупноразмерных целей (см., например. Куров В.Д., Должанский Ю.М. Основы проектирования пороховых ракетных снарядов. - М: Оборонгиз 1961, с.11), содержащие головную часть с заостренной носовой частью, реактивный двигатель и жестко скрепленный с ним стабилизатор. Головная часть у данных снарядов не отделяется, что при использовании поражающих элементов, например, осколочного типа не в полной мере реализована ее боевая эффективность, так как максимальное значение угла подхода к цели составляет 55°. Длина заостренной носовой части составляет 1,6 калибра снаряда и при скорости полета в конце АУТ, соответствующей числам Маха М=1,0…1,1, существенную долю имеет волновое сопротивление в суммарном значении коэффициента сопротивления.
Известна конструкция бомбы по Патенту №4132169, США, кл. МКИ F42B 25/12 (бюллетень «Изобретения в СССР и за рубежом», 1979 г. №9, с.7). Бомба содержит корпус, стабилизатор с раскрывающимися лопастями. Недостатком бомбы является небольшой коэффициент лобового сопротивления, что не позволяет обеспечить при использовании в реактивном снаряде подобной конструкции требуемое торможение и вертикальный подход к цели, в результате чего снижается боевая эффективность.
Реактивные снаряды, защищенные патентами США №3491689, №3636877 и принятые также за аналоги, содержат отделяемую головную часть, реактивный двигатель, устройство разделения. Задачей указанных технических решений являлось повышение боевой эффективности головной части без исключения возможности ее соударения с двигателем.
Общими признаками с предлагаемой авторами конструкцией сверхзвукового реактивного снаряда с отделяемой головной частью является наличие в составе аналогов корпуса головной части, реактивного двигателя.
Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому авторами реактивному снаряду является ракета по патенту США №3384016 (реферативный журнал «Вооружение», 1969 г., №14), принятая авторами за прототип. Она включает в себя отделяемую головную (боевую) часть с заостренной носовой частью, реактивный двигатель, устройство разделения и увода двигателя с траектории отделившейся головной части.
В указанной ракете в корпусе реактивного двигателя размещен кумулятивный заряд, который, подрываясь, создает боковую силу, отклоняющую его с траектории полета головной части. Недостатком данной конструкции является то, что она не может обеспечить надежного предотвращения соударения разделяющихся частей ракеты на протяжении всего полета и особенно на ПУТ. Кроме того, конструкция не может обеспечить стабильности траекторных параметров головной части после отделения из-за случайного характера возмущений, получаемых при отделении.
Общими признаками с предлагаемой авторами конструкцией сверхзвукового реактивного снаряда с отделяемой головной частью является наличие в прототипе корпуса головной части с заостренной носовой частью, реактивного двигателя.
Опыт отработки реактивных снарядов с отделяемой головной частью показывает, что динамика относительного движения отделяемой головной части и реактивного двигателя после разделения в немалой степени зависит от коэффициента сопротивления головной части, ее экваториального момента инерции, коэффициента сопротивления реактивного двигателя.
Вероятность их соударения уменьшается с уменьшением коэффициента сопротивления и увеличением экваториального момента инерции головной части, увеличением коэффициента сопротивления реактивного двигателя.
В отличие от прототипа в предлагаемом сверхзвуковом реактивном снаряде с отделяемой головной частью длина заостренной носовой части корпуса выполнена в пределах 2…4 калибров снаряда, а задняя часть корпуса, обращенная в сторону реактивного двигателя, выполнена с обнижением длиной не менее 1,2 калибра снаряда и диаметром 0,6…0,8 длины обнижения, на внутренней поверхности корпуса установлена цилиндрическая втулка массой не менее 0,2 массы головной части таким образом, что расстояние между ее серединой и положением центра масс головной части не превышает 5% длины головной части, при этом на торце реактивного двигателя со стороны головной части установлен цилиндрический насадок с наружным диаметром не менее 0,8 калибра снаряда, выступающий за него на 1,5…3,0 калибра, а на торце реактивного двигателя выполнена кольцевая полость с максимальной глубиной 0,1…0,5 калибра снаряда.
Это позволяет сделать вывод о наличии причинно-следственной связи между совокупностью существенных признаков заявляемого изобретения и достигаемым техническим результатом.
Указанные признаки, отличительные от прототипа, и на которые распространяется испрашиваемый объем правовой защиты, во всех случаях достаточны.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение боевой эффективности и надежности функционирования сверхзвукового реактивного снаряда с отделяемой головной частью за счет исключения соударения отделяемой головной части и реактивного двигателя после разделения, обеспечение требуемых аэробаллистических характеристик головной части, заданного осколочного поля в районе цели.
Указанный технический результат достигается тем, что в сверхзвуковом реактивном снаряде с отделяемой головной частью, содержащем корпус с заостренной носовой частью, реактивный двигатель, согласно изобретению длина заостренной носовой части корпуса выполнена в пределах 2…4 калибров снаряда, а задняя часть корпуса, обращенная в сторону реактивного двигателя, выполнена с обнижением длиной не менее 1,2 калибра снаряда и диаметром 0,6…0,8 длины обнижения, на внутренней поверхности корпуса установлена цилиндрическая втулка массой не менее 0,2 массы головной части таким образом, что расстояние между ее серединой и положением центра масс головной части не превышает 5% длины головной части, при этом на торце реактивного двигателя со стороны головной части установлен цилиндрический насадок с наружным диаметром не менее 0,8 калибра снаряда, выступающий за него на 1,5…3,0 калибра, а на торце реактивного двигателя выполнена кольцевая полость с максимальной глубиной 0,1…0,5 калибра снаряда.
Авторы предлагаемого изобретения провели экспериментальные исследования на моделях составных частей реактивного снаряда в аэродинамической трубе, летные испытания, конструкторские проработки, направленные на поиск технических решений, позволяющих обеспечить снижение коэффициента сопротивления отделяемой головной части, увеличение ее экваториального момента инерции, увеличение коэффициента сопротивления реактивного двигателя, позволяющих уменьшить вероятность их соударения после разделения и повысить, таким образом, боевую эффективность и надежность функционирования сверхзвукового реактивного снаряда с отделяемой головной частью.
Новая совокупность конструктивных элементов, а также наличие связей между параметрами заявляемого сверхзвукового реактивного снаряда с отделяемой головной частью позволили, в частности, за счет выполнения:
- длины заостренной носовой части корпуса отделяемой головной части в пределах 2…4 калибров снаряда, а задней части корпуса, обращенной в сторону реактивного двигателя, с обнижением длиной не менее 1,2 калибра снаряда и диаметром 0,6…0,8 длины обнижения - обеспечить уменьшение коэффициента сопротивления головной части и удаление ее от реактивного двигателя на большее расстояние при разделении, уменьшить вероятность их соударения, повысить надежность функционирования отделяемой головной части, а следовательно, ее боевую эффективность и реактивного снаряда в целом. При длине обнижения корпуса головной части менее 1,2 калибра снаряда исчезает положительный эффект уменьшения донного сопротивления и происходит увеличение сопротивления головной части. Уменьшение диаметра задней части корпуса менее 0,6 длины обнижения, а также увеличение длины носовой части свыше 4 калибров приводит к снижению сопротивления, однако конструктивная реализация этого нецелесообразна, так как это приводит к уменьшению полезного объема головной части, снижению боевой эффективности головной части и снаряда в целом. При диаметре задней части корпуса свыше 0,8 длины обнижения происходит рост сопротивления головной части. Увеличение сопротивления происходит при выполнении длины заостренной носовой части менее 2-х калибров снаряда и особенно на сверхзвуковых скоростях полета при разработке снарядов с увеличенной дальностью полета за счет увеличения доли волнового сопротивления;
- на внутренней поверхности корпуса головной части цилиндрической втулки массой не менее 0,2 массы головной части таким образом, что расстояние между ее серединой и положением центра масс головной части не превышает 5% длины головной части - увеличить экваториальный момент инерции головной части, увеличить время ее движения с малыми углами атаки на большее безопасное расстояние от реактивного двигателя при разделении, исключить вероятность их соударения, повысить надежность функционирования и боевую эффективность реактивного снаряда;
- на торце реактивного двигателя со стороны головной части цилиндрического насадка с наружным диаметром не менее 0,8 калибра снаряда, выступающего за него на 1,5…3,0 калибра, а на торце реактивного двигателя кольцевой полости с максимальной глубиной 0,1…0,5 калибра снаряда - увеличить коэффициент сопротивления реактивного двигателя после разделения, обеспечить его движение с большим отрицательным ускорением, чем отделяемая головная часть, исключить их соударение, повысить, таким образом, надежность функционирования и боевую эффективность головной части и снаряда. При наружном диаметре цилиндрического насадка менее 0,8 и длине менее 1,5 калибра снаряда происходит уменьшение коэффициента сопротивления двигателя при автономном его движении, увеличивается вероятность догона отделившейся головной части. Увеличение длины насадка свыше 3,0 калибров нецелесообразно, так как это не приводит к увеличению коэффициента сопротивления двигателя. Не происходит увеличение сопротивления реактивного двигателя при выполнении максимальной глубины кольцевой полости свыше 0,5 калибра.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен общий вид сверхзвукового реактивного снаряда с отделяемой головной частью, на фиг.2 - общие виды головной части и реактивного двигателя после разделения.
1
2
1
2
5
Реактивный снаряд состоит из головной части 1 с заостренной носовой частью 2 корпуса 3 и обнижением 4 в задней части корпуса 3, цилиндрической втулки 5, реактивного двигателя 6 с цилиндрическим насадком 7, кольцевой полости 8. Длина l заостренной носовой части 2 выполнена 2…4 калибров d снаряда, а обнижение 4 выполнено длиной l не менее 1,2 калибра d снаряда и диаметром d=0,6…0,8 длины l. На внутренней поверхности корпуса 3 установлена цилиндрическая втулка 5 таким образом, что расстояние l между ее серединой и положением центра масс головной части 1 не превышает 5% длины L головной части 1.
2
3
4
На торце реактивного двигателя 6 со стороны корпуса головной части 1 установлен цилиндрический насадок 7 с наружным диаметром d не менее 0,8 калибра d снаряда. Выступание l насадка 7 за пределы торца двигателя 6 составляет 1,5…3,0 d. Максимальная глубина l кольцевой полости 8 выполнена в пределах 0,1…0,5 калибра d снаряда.
Функционирование предлагаемого реактивного снаряда происходит следующим образом. В заданной точке траектории полета реактивного снаряда отделяют головную часть 1 от реактивного двигателя 6. За счет выполнения носовой и задней части ее корпуса предлагаемой формы и снижения в связи с этим сопротивления головная часть отходит от двигателя на безопасное расстояние, исключающее их соударение. Этому способствует также увеличение сопротивления реактивного двигателя 6 за счет наличия цилиндрического насадка 7 и кольцевой полости 8 на его переднем торце.
Наличие кольцевой втулки 5 за счет увеличения экваториального момента инерции головной части 1 увеличивает время ее движения с малыми углами атаки на большее безопасное расстояние от реактивного двигателя при разделении и после него, позволяет исключить их соударение и повысить надежность функционирования головной части, ее боевую эффективность и реактивного снаряда в целом.
В расчетное время происходит ввод тормозного устройства, обеспечивается необходимое торможение головной части 1 и ее вертикальный подход к грунту. За счет отсутствия соударения головной части 1 и двигателя 6 повышается надежность функционирования головной части, ее боевая эффективность и снаряда. Отсутствие дополнительных возмущений при этом обеспечивает требуемые аэробаллистические характеристики головной части, полет с нулевыми углами атаки.
Указанный положительный эффект подтвержден летно-конструкторскими испытаниями образцов сверхзвуковых реактивных снарядов залпового огня с отделяемой головной частью, выполненных в соответствии с предлагаемым изобретением.
Предложенное изобретение позволило разработать сверхзвуковой реактивный снаряд с отделяемой головной частью повышенной боевой эффективностью, надежностью функционирования, исключить соударение отделяемой головной части и реактивного двигателя, обеспечить требуемые аэробаллистические характеристики головной части, заданного осколочного поля в районе цели. Изобретение позволило обеспечить полет отделяемой головной части с нулевыми углами атаки, вертикальный подход ее к грунту.
В настоящее время разработана конструкторская документация, проведены летные испытания, намечено серийное производство.