МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ОТСЕК РАЗДЕЛЕНИЯ РЕАКТИВНЫХ СНАРЯДОВ
MULTIFUNCTIONAL COMPARTMENT TO SEPARATE PROJECTILES

Изобретение относится к области ракетной техники и может быть использовано при разработке реактивных снарядов (PC) с отделяющимися головными частями (ГЧ).
Надежность функционирования и эффективность действия таких головных частей у цели во многом зависит от выбора конструктивно-компоновочной схемы, позволяющей обеспечить надежное отделение и вскрытие головной части, а также стабильность ввода системы стабилизации (СС) в действие в условиях нестабилизированного полета ГЧ при высоких скоростях движения в точке разделения и, кроме того, повысить надежность функционирования исполнительных органов боеприпаса за счет создания требуемых значений силовых и тепловых импульсов в механизме вскрытия.
По заявке ФРГ №4002355 от 13.09.1990 г. (РФ ИСМ, вып.81, МКИ F42B, №7-9, 1991 г.) известна головная часть, предназначенная для сбрасывания со снаряда-носителя в районе поражаемой цели. Головная часть отличается тем, что имеет парашют для снижения скорости движения относительно земли и чувствительный элемент для поиска района цели. При этом парашют снабжен средствами, обеспечивающими вращение парашюта в направлении, противоположном направлению вращения головной части.
Из указанного выше видно, что задачей известного технического решения являлось создание средств вращения парашюта, компенсирующих вращение головной части в полете и обеспечивающих, тем самым, стабильную форму парашюта (без скручивания строп) и требуемое усилие торможения при спуске головной части в районе цели. Следует также отметить, что в известной конструкции подробное описание элементов фиксации, отделения, стабилизации и вскрытия не приводится.
Общим признаком с предлагаемой авторами конструкцией отсека разделения является наличие у сбрасываемой (отделяемой) головной части парашютной системы стабилизации, обеспечивающей снижение скорости подхода к поражаемой цели.
По заявке США №5386781А от 12.11.1992 г. известна также конструкция снаряда с парашютной системой стабилизации (РФГКМ, вып. 081, МПК F42B, №3, 1996 г.).
Снаряд содержит реактивный двигатель, головную часть, дефлектор, толкатель и соединительные элементы. Первые соединительные элементы скрепляют толкатель с ракетным двигателем, а вторые присоединяют дефлектор к толкателю. При отстреле ракетного двигателя от головной части дефлектор выталкивается наружу, в результате чего радиальные силы действуют на ракетный двигатель, изменяя траекторию его движения.
Головная часть содержит отделяемый агрегат, вытяжной и основной парашюты с соединительными элементами. Парашюты уложены определенным образом внутри корпуса головной части и закрыты крышками. Отделяемый агрегат связан с вытяжным парашютом и при отстреле от головной части выбрасывает его наружу, обеспечивая раскрытие вытяжного, а затем и основного парашюта, скрепленного с головной частью.
Работа рассмотренной конструкции снаряда с парашютной системой, имеющей узлы фиксации, отделения и вскрытия, в некоторой степени совпадает с работой предлагаемой авторами конструкции разделяющегося реактивного снаряда. Однако, учитывая иное целевое назначение, а также отсутствие в материалах заявки подробного описания конструктивного исполнения этих узлов аналога, использование их в предлагаемом конструктивном решении не представляется возможным.
Таким образом, задачей указанного технического решения является разработка разделяющегося реактивного снаряда, обеспечивающего отделение головной части от ракетного двигателя, ввод в действие парашютной системы и спуск головной части в районе цели, изменение траектории ракетного двигателя для предотвращения столкновения с головной частью.
Общими признаками с предлагаемой авторами конструкцией является наличие системы стабилизации, снабженной механизмами фиксации ее с разделяющимися элементами снаряда (ракетного двигателя и головной части), а также блоками отделения головной части от ракетного двигателя и вскрытия парашютной системы.
По материалам международной заявки №88/05523 от 28.07.1988 г. (РФИСМ, вып. 105, МКИ F42B, №3, 1989 г.) известна конструкция снаряда с раскрываемым парашютом, имеющая две примыкающие одна к другой части, в одной из которых в сложенном виде размещается парашют. Для плавного и надежного разделения этих частей (с последующим вскрытием парашюта) они связаны между собой радиально расположенными болтами. Болты разрушаются под воздействием газов, которые образуются при срабатывании заряда и обеспечивают разделение отделяемых частей. Воспламенение заряда производится с помощью воспламенителя.
Указанный разделяющийся снаряд характеризуется наличием узла отделения, содержащего пороховой заряд и элементы форсирования, выполненные в виде срезаемых радиально расположенных болтов. Учитывая, что усилие разрушения элементов форсирования назначается из условия обеспечения требуемой жесткости снаряда, процесс отделения головной части от ракетной части сопровождается действием осевых перегрузок и высокочастотных колебаний, проходящих по корпусу реактивного снаряда в момент среза радиально расположенных болтов. Это оказывает отрицательное влияние на работоспособность исполнительных органов головной части и, в первую очередь, на электронную аппаратуру, чувствительную к высокочастотным ударным перегрузкам.
Т.о. задачей данного технического решения является разработка конструкции реактивного снаряда, обеспечивающего отделение головной части от ракетной и ввод в действие парашюта при силовых перегрузках, регламентируемых условиями разрушения радиально расположенных болтов, скрепляющих разделяемые части.
Общими признаками описанного реактивного снаряда, принятого авторами за прототип, с предлагаемой конструкцией многофункционального отсека разделения, является наличие блока системы стабилизации в виде парашюта, скрепленного с головной частью и ракетной частью, и блока отделения головной части от ракетной части, включающего пороховой заряд и элементы форсирования, выполненные в виде радиально расположенных болтов.
В отличие от прототипа в предлагаемом конструктивном решении механизмы фиксации системы стабилизации в корпусе размещены в головной и хвостовой частях и выполнены в виде смежных телескопических направляющих, в одну из которых вложены сегментные фиксаторы с упорными поверхностями цилиндрической и конической формы.
Блок отделения выполнен в виде центральной трубы, закрепленной в хвостовой части кожуха, снабженной зарядом отделения и газодинамически связанной с запоршневой зоной, размещенной в зоне стыковки отсека с двигателем снаряда.
Блок вскрытия выполнен в виде газодинамического механизма поршневого типа, снабжен зарядом вскрытия и закреплен в дне системы стабилизации, при этом цилиндр газодинамического механизма имеет демпфирующий ограничитель перемещений поршня, упорно взаимодействующего с центральной трубой кожуха, скрепленного с дном системы стабилизации посредством радиальных срезных винтов.
Блок инициирования выполнен в виде двухканального предохранительно-исполнительного механизма, закрепленного в центральной трубе и газодинамически связанного воспламенительными каналами с зарядами отделения и вскрытия.
Блок задействования исполнительных органов выполнен в виде рабочей камеры, размещенной в зоне стыковки отсека с головной частью и газодинамически связанной с зарядом вскрытия и исполнительными органами.
Поршень блока отделения выполнен в виде упругой мембраны с периферийным кольцом, упорно взаимодействующим с внутренней кольцевой поверхностью кожуха и цилиндрической поверхностью сегментных фиксаторов.
Дно системы стабилизации, снабженное переходной обечайкой, жестко скреплено с дном головной части, например посредством обечайки со стягивающими винтами, и имеет радиальные газодинамические каналы с подвижными заглушками, выполненными под хвостовиком кожуха.
Указанные отличительные признаки, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой защиты, являются существенными и достаточными для достижения нового технического результата.
Задачей предлагаемого изобретения является разработка конструкции многофункционального отсека разделения реактивных снарядов, например залпового огня, которая обеспечивает фиксацию и вскрытие системы стабилизации головной части, отделение и стабилизацию головной части в полете, инициирование и задействование исполнительных органов отсека и головной части для функционирования и одновременного выполнения всех требований полетного задания снаряда.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в известной конструкции отсека разделения реактивных снарядов, содержащей корпус с узлами стыковки головной части и двигателя, в котором посредством фиксации закреплена система стабилизации отделяемой головной части, имеющая кожух с дном, а также блоки отделения, вскрытия, инициирования и задействования исполнительных органов головной части, включающие пороховые заряды, поршни и элементы форсирования, введена новая совокупность конструктивных узлов и элементов, изменено их взаимное расположение и связи. В частности, размещение механизмов фиксации парашютной системы стабилизации в головной и хвостовой частях кожуха и выполнение их в виде смежных телескопических направляющих, в одну из которых вложены сегментные фиксаторы с упорными поверхностями цилиндрической и конической формы, позволяет одним конструктивным приемом закрепить систему стабилизации в корпусе. При этом жесткая связь доньев головной части и парашютной системы стабилизации, например посредством обечайки со стягивающими винтами, обеспечивает ликвидацию осевых зазоров и надежную фиксацию системы стабилизации с требуемым осевым усилием.
Выполнение блока отделения в виде центральной трубы, закрепленной в хвостовой части кожуха, снабженной зарядом отделения и газодинамически связанной с запоршневой зоной, позволяет с высокой плотностью разместить парашютную систему стабилизации в кожухе и снизить силовые нагрузки (давление, температуру, перегрузки) в процессе разделения за счет использования объема пассивной запоршневой зоны, размещенной в месте стыка отсека с двигателем снаряда.
Выполнение блока вскрытия в виде газодинамического механизма поршневого типа, снабженного зарядом вскрытия и закрепленного в дне системы стабилизации, позволяет за счет выбора массы порохового заряда и усилия среза радиально расположенных срезных винтов, скрепляющих дно и кожух, обеспечить требуемую скорость вскрытия парашютной системы стабилизации. При этом установка в цилиндре газодинамического механизма ограничителя перемещения поршня, демпфирующего упорное взаимодействие его с центральной трубой, обеспечивает снижение ударных нагрузок на конструктивные элементы парашютной системы стабилизации в процессе вскрытия парашюта и, тем самым, повышает стабильность и надежность ввода парашюта в действие.
Выполнение блока инициирования в виде предохранительно-исполнительного механизма, закрепленного в центральной трубе и газодинамически связанного воспламенительными каналами с зарядами отделения и вскрытия, продиктовано практической целесообразностью размещения предохранительно-исполнительного механизма в свободном объеме центральной трубы, а также надежностью передачи инициирующих импульсов пороховым зарядам по соответствующим каналам.
Выполнение блока задействования в виде аккумулирующей рабочей камеры, размещенной в зоне стыковки отсека с головной частью и газодинамически связанной с зарядом вскрытия и исполнительными органами, функционально предопределено целесообразностью использования пассивных стыковочных зон для создания внутрибаллистических условий (чаше всего давления и температуры), необходимых для надежного срабатывания исполнительных органов головной части (пороховых зарядов, вспомогательных устройств, толкателей) и других подобных механизмов.
Выполнение поршня блока отделения в виде фиксирующей мембраны с периферийным кольцом, упорно взаимодействующим с внутренней кольцевой поверхностью кожуха и цилиндрической поверхностью сегментных фиксаторов, позволяет решить ряд важных практических задач:
- исключить выпадение сегментных элементов из зон фиксации в процессе сборки и обеспечить надежную фиксацию кожуха в корпусе отсека разделения;
- обеспечить резкое снижение максимального давления, а следовательно, и перегрузок в процессе разделения за счет развитой поверхности мембраны и многократного снижения усилия страгивания, требуемого для разрушения традиционных конструкций узлов форсирования, выполненных, например, с использованием разрывных болтов или кольцевой проточки.
При этом наличие в дне радиальных газодинамических каналов с подвижными заглушками, выполненных под хвостовой частью кожуха, позволяет после отстрела кожуха и подвижных заглушек газодинамически связать аккумулирующую рабочую камеру с атмосферой и, тем самым, исключить возможность продолжительного силового и теплового воздействия на донную часть головной части и парашютной системы стабилизации, а также возможность разрушения зоны стыковки.
Таким образом, перечисленные выше особенности конструктивного исполнения позволяют решить поставленную задачу и разработать отсек разделения, обеспечивающий надежность фиксации и ввода парашютной системы в условиях высокоскоростного движения реактивного снаряда при минимально возможных силовых нагрузках, действующих на конструктивные элементы снаряда в процессе разделения. Причем за счет многофункциональности предлагаемой конструкции отсека, обеспечивающей надежную фиксацию, отделение, вскрытие, инициирование и задействование исполнительных органов головной части, одновременно реализуется и решение важной практической задачи по унификации отсеков разделения для штатных и разрабатываемых образцов реактивных снарядов, что существенно сокращает сроки и материальные затраты по созданию новых, более совершенных средств поражения.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, где на фиг.1 изображен общий вид отсека разделения.
Предлагаемая конструкция многофункционального отсека разделения реактивных снарядов содержит корпус 3 с узлами стыковки головной части 1 и двигателя 20. В корпусе посредством механизмов фиксации 6, 18 закреплена система стабилизации отделяемой головной части 12, имеющая кожух 13 с дном 14, а также блоки отделения 19, вскрытия 24, инициирования 25 и задействования исполнительных органов 28 головной части, включающие пороховые заряды 21, 31, поршни 14, 10 и элементы форсирования 16, 7, 5.
Механизм фиксации системы стабилизации выполнен в виде телескопических направляющих 13, 3, в которые вложены сегментные фиксаторы 7, 16 с упорными поверхностями цилиндрической и конической формы.
Блок отделения выполнен в виде центральной трубы 11, закрепленной в хвостовой части кожуха, снабженной зарядом отделения 21 и газодинамически связанной с запоршневой зоной А, размещенной в зоне стыковки отсека с двигателем снаряда.
Блок вскрытия снабжен зарядом вскрытия 31, цилиндром 4 газодинамического механизма и имеет демпфирующий ограничитель перемещений 9 поршня 10, упорно взаимодействующего с центральной трубой кожуха.
Блок инициирования выполнен в виде двухканального предохранительно-исполнительного механизма 25, закрепленного в центральной трубе и газодинамически связанного воспламенительными каналами с зарядами отделения 21 и вскрытия 31.
Блок задействования исполнительных органов выполнен в виде рабочей камеры Б, размещенной в зоне стыковки отсека с головной частью и газодинамически связанной с зарядом вскрытия 31 и исполнительными органами 30.
При этом узел форсирования блока отделения 16 выполнен в виде мембраны 17 с периферийным кольцом 15, упорно взаимодействующим с кольцевой поверхностью кожуха Sк и цилиндрической поверхностью сегментных фиксаторов Sф, а узел форсирования блока вскрытия выполнен в виде срезных винтов 5, жестко связывающих основание дна 8 с цилиндрической частью кожуха 6. Причем дно системы стабилизации скреплено с дном головной части 29, например, посредством обечайки 1 со стягивающими винтами 2, 27, и имеет радиальные газодинамические каналы с подвижными заглушками 26, размещенными под хвостовой частью кожуха 13.
2
Работа блока разделения реактивного снаряда начинается с задействования воспламенительного канала предохранительно-исполнительного механизма 23 и инициирования заряда отделения 21. Продукты сгорания заряда движутся по центральной трубе 11 и заполняют свободный объем запоршневой полости А. При величине давления, соответствующего усилию форсирования (≈5 кгс/см), под действием пороховых газов на поверхность фиксирующей мембраны 17 начинается осевое перемещение ее, сопровождаемое смещением периферийного кольца 15 относительно опорных поверхностей сегментных фиксаторов Sф. В момент схода опорного кольца с цилиндрической поверхности фиксаторов за счет запоршневого давления, осевого усилия затяжки корпуса 3 отсека и конической формы упорно взаимодействующих поверхностей фиксаторы 16 выталкиваются в запоршневый объем А и, тем самым, освобождают систему стабилизации от зацепления с корпусом 3, жестко скрепленным узлом стыковки с ракетной частью 20. В результате под действием давления продуктов сгорания заряда отделения на поверхность мембраны и дно кожуха 14 система стабилизации вместе с головной частью отделяется от ракетной части и совершает нестабилизированный полет, необходимый для снижения скорости движения по траектории до требуемого значения.
На втором этапе функционирования отсека разделения совершается вскрытие системы стабилизации, которая включает в качестве исполнительных органов, например, мягкий парашют или жесткое лопастное оперение. С этой целью при требуемой скорости нестабилизированного спуска головной части, по второму инициирующему каналу предохранительно-исполнительного механизма подается воспламенительный импульс на заряд вскрытия 31. Продукты сгорания заряда заполняют аккумулирующую рабочую камеру Б и обеспечивают создание силовых и тепловых импульсов, необходимых для задействования исполнительных органов 30 термодинамического типа (пороховых зарядов, замедлителей, взрывателей, предохранительно-исполнительных механизмов), необходимых, в свою очередь, для дальнейших этапов функционирования головной части в полете и на поражаемой местности.
В процессе заполнения аккумулирующей полости продукты сгорания заряда вскрытия действуют на поршень 10, который через центральную трубу 11 передает осевое усилие на стенки кожуха и узел форсирования 5. При величине давления, соответствующей усилию форсирования блока вскрытия, происходит срез радиально установленных винтов 5 и поршень 10 перемещается по оси цилиндра 4. В процессе перемещения поршня, упорно взаимодействующего с центральной трубой 11, осуществляется перемещение и сход хвостовика кожуха 6 с направляющего участка дна 8, т.е. обеспечивается вскрытие и ввод системы стабилизации в действие. В результате взаимодействия исполнительных органов (в данном случае парашюта) с набегающим потоком воздуха обеспечивается торможение и стабилизированный спуск головной части в районе цели. Одновременно за счет наличия ограничителя 9 осевых перемещений поршня 10 в момент завершения отстрела кожуха происходит демпфирование ударных силовых нагрузок на взаимодействующие конструктивные элементы блока вскрытия, а также герметизация объема с системой стабилизации 12, предотвращающая попадание высокотемпературных продуктов сгорания в зону размещения исполнительных элементов и прогорание ткани парашюта.
Таким образом, практическая реализация совокупности представленных выше конструктивных отличий в разрабатываемых боеприпасах позволяет создать унифицированную многофункциональную конструкцию отсека разделения, обеспечивающую надежное функционирование реактивных снарядов различного целевого назначения в процессе отделения, вскрытия, стабилизации, инициирования и задействования исполнительных органов боеприпаса на активном и пассивном участках траектории.
Изобретение может быть использовано при разработке разделяющихся реактивных снарядов с отделяющимися головными частями и, в первую очередь, при создании новых и модернизации существующих конструкций РСЗО, что, несомненно, сокращает сроки и стоимость отработки разрабатываемых образцов. Указанный положительный эффект подтвержден результатами многочисленных стендовых и летных испытаний опытных образцов разделяющихся реактивных снарядов, выполненных в соответствии с предлагаемым изобретением.