способ стрельбы ракетой и ракета для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ стрельбы ракетой, включающий начальный разгон ракеты, паузу в работе ракетного двигателя, дополнительный разгон после паузы и полет до цели по баллистической траектории, отличающийся тем, что после завершения начального разгона измеряют его длительность и достигнутую при этом скорость полета, определяют функционал параметров движения ракеты в виде = a₁V+a₂ и продолжительность паузы между предварительным и дополнительным разгоном назначают равной t = t_п+, при этом продолжительность дополнительного разгона составляет 0,3-0,5 времени начального разгона, где t_п - нормативная длительность паузы в работе двигателя; V - отклонение скорости ракеты в конце начального разгона от нормативного значения; - отклонение длительности начального разгона ракеты от нормативного значения; a₁, а₂ - табличные коэффициенты функционала, зависящие от дальности, на которую производится стрельба.

2. Ракета, содержащая головную часть, двухкамерный твердотопливный ракетный двигатель с зарядами и воспламенителями первой и второй камер, отличающаяся тем, что в ней размещен электронный блок регистрации скорости полета, электрически связанный с воспламенителем заряда второй камеры, заряды первой и второй камер разделены между собой диафрагмой, в которой со стороны заряда второй камеры симметрично относительно продольной оси ракеты образованы один или несколько газоводов, закрытых со стороны первой камеры мембраной, отношение полных импульсов зарядов первой и второй ступеней составляет 5-7, а общая площадь газоводов равна площади критического сечения второй камеры.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области ракетной техники, а именно к ракетам и способам стрельбы ими, и может найти применение в реактивных системах залпового огня.

Объект изобретения представляет собой способ стрельбы ракетой и ракету для его осуществления, снабженную ракетным двигателем на твердом топливе.

Так, известен способ стрельбы ракетой (см. например. Куров В.Д., Должанский Ю.М. Основы проектирования пороховых реактивных снарядов. - М.: Оборонгиз, 1961, с. 208-211, 28-31), включающий разгон ракеты на активном участке траектории и полет до цели по баллистической траектории. Известна также ракета для осуществления данного способа, содержащая головную часть и твердотопливный ракетный двигатель.

Задачей данного технического решения являлось обеспечение необходимой дальности полета за счет сообщения ракете заданной по соображениям устойчивости полета и прочности ее конструкции скорости в конце активного участка траектории.

Общими признаками с предлагаемым авторами способом стрельбы является разгон ракеты до заданной скорости на активном участке траектории и полет до цели по баллистической траектории. Общими признаками с предлагаемой для осуществления данного способа стрельбы ракетой является наличие в ней головной части и твердотопливного ракетного двигателя.

Известно, что рациональным с точки зрения достижения максимальной дальности стрельбы при сохранении необходимых запасов устойчивости полета и прочности конструкции ракеты является режим работы ракетного двигателя с паузой. Поэтому наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому эффекту к изобретению является способ стрельбы ракетой, описанный в книге Голубев И.С., Самарин А.В. Проектирование конструкций летательных аппаратов. - М.: Машиностроение, 1991, с. 353-357, принятый авторами за прототип. Он включает разгон ракеты на активном участке траектории с заранее выбранной паузой в работе ракетного двигателя и полет до цели по баллистической траектории.

Задачей известного технического решения - прототипа являлось повышение дальности стрельбы при сохранении необходимых запасов устойчивости полета и прочности конструкции ракеты при сохранении характерной для неуправляемой ракеты невысокой точности стрельбы.

Общими признаками с предлагаемым способом является наличие в способе-прототипе разгона ракеты на активном участке траектории с паузой в работе ракетного двигателя и полета до цели по баллистической траектории. Общими признаками с предлагаемой для осуществления данного способа ракетой является наличие в ракете-прототипе головной части и двухкамерного твердотопливного ракетного двигателя с зарядами и воспламенителями в каждой камере.

В отличие от прототипа в предлагаемом способе после завершения начального разгона ракеты измеряют его длительность и достигнутую при этом скорость полета, определяют функционал параметров движения ракеты в виде = a₁V+a₂ и продолжительность паузы между предварительным и дополнительным разгоном назначают равной t = t_п+, при этом продолжительность дополнительного разгона составляет 0,3...0,5 времени начального разгона, где

t_п - нормативная длительность паузы в работе двигателя;

V - отклонение скорости ракеты в конце начального разгона от нормативного значения;

- отклонение длительности начального разгона ракеты от нормативного значения;

a₁, а₂ - табличные коэффициенты функционала, зависящие от дальности, на которую производится стрельба.

В отличие от прототипа в ракете, предлагаемой для осуществления данного способа, размещен электронный блок регистрации скорости полета, электрически связанный с воспламенителем заряда второй камеры, заряды первой и второй камер разделены между собой диафрагмой, в которой со стороны заряда второй камеры симметрично относительно продольной оси ракеты образованы один или несколько газоводов, закрытых со стороны первой камеры мембраной, отношение полных импульсов зарядов первой и второй ступени составляет 5...7, а общая площадь газоводов равна площади критического сечения второй камеры.

Задачей настоящего изобретения является создание способа стрельбы ракетой и ракеты для его осуществления, позволяющих существенно повысить дальность и точность стрельбы при сохранении устойчивости полета и прочности конструкции ракеты.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе, включающем начальный разгон ракеты, паузу в работе ракетного двигателя, дополнительный разгон после паузы и полет до цели по баллистической траектории, после завершения начального разгона измеряют его длительность и достигнутую при этом скорость полета, определяют функционал параметров движения ракеты в виде = a₁V+a₂ и продолжительность паузы между предварительным и дополнительным разгоном назначают равной t = t_п+, при этом продолжительность дополнительного разгона составляет 0,3...0,5 времени начального разгона, где

t_п - нормативная длительность паузы в работе двигателя;

V - отклонение скорости ракеты в конце начального разгона от нормативного значения;

- отклонение длительности начального разгона ракеты от нормативного значения;

a₁, a₂ - табличные коэффициенты функционала, зависящие от дальности, на которую производится стрельба.

В ракете, предлагаемой для осуществления данного способа, содержащей головную часть, двухкамерный твердотопливный ракетный двигатель с зарядами и воспламенителями первой и второй камер, размещен электронный блок регистрации скорости полета, электрически связанный с воспламенителем заряда второй камеры, заряды первой и второй камер разделены между собой диафрагмой, в которой со стороны заряда второй камеры симметрично относительно продольной оси ракеты образованы один или несколько газоводов, закрытых со стороны первой камеры мембраной, отношение полных импульсов зарядов первой и второй ступени составляет 5. ..7, а общая площадь газоводов равна площади критического сечения второй камеры.

Новая совокупность параметров предлагаемого способа стрельбы ракетами позволяет, в частности:

- за счет измерения после завершения начального разгона ракеты его длительности и достигнутой при этом скорости полета, определения функционала параметров движения ракеты в виде = a₁V+a₂ и назначения продолжительности паузы между предварительным и дополнительным разгоном, равной t = t_п+, где: t_п - нормативная длительность паузы в работе двигателя; V - отклонение скорости ракеты в конце начального разгона от нормативного значения; - отклонение длительности начального разгона ракеты от нормативного значения; a₁, a₂ - табличные коэффициенты функционала, зависящие от дальности, на которую производится стрельба, скорректировать траекторию полета ракеты и компенсировать сформировавшиеся на участке начального разгона ракеты отклонения траекторных параметров от расчетных и тем самым повысить точность попадания в цель;

- за счет обеспечения продолжительности дополнительного разгона ракеты, составляющей 0,3...0,5 времени начального разгона получить максимальную дальность стрельбы при достижении скорости на участке дополнительного разгона, обеспечивающей допустимые аэродинамические нагрузки и сохранение запасов устойчивости полета и прочности конструкции ракеты на баллистической траектории полета до цели. При продолжительности дополнительного разгона, меньшей 0,3 времени начального разгона, пауза в работе ракетного двигателя используется неоптимально, что ведет к существенной потере дальности стрельбы. При продолжительности дополнительного разгона, большей 0,5 времени начального разгона, скорость полета ракеты в конце работы двигателя достигает такой величины, при которой не обеспечивается устойчивый полет ракеты и возможно разрушение ее конструкции.

Новая совокупность признаков предлагаемой конструкции ракеты для осуществления данного способа стрельбы позволяет, в частности:

- за счет размещения электронного блока регистрации скорости полета, электрически связанного с воспламенителем заряда второй камеры, осуществлять запуск второй ступени ракетного двигателя (второй камеры) не в фиксированный момент времени, а с учетом поправки, компенсирующей сформировавшиеся на участке начального разгона ракеты отклонения траекторных параметров от расчетных, и тем самым повысить точность попадания ракеты в цель;

- за счет разделения зарядов первой и второй камер диафрагмой и выполнения в диафрагме со стороны заряда второй камеры газоводов, закрытых со стороны первой камеры мембраной, наиболее просто и надежно исключить воспламенение заряда второй камеры при горении заряда первой камеры и тем самым обеспечить необходимую для достижения максимальной дальности стрельбы паузу в работе ракетного двигателя;

- за счет выполнения в диафрагме одного или нескольких газоводов, общая площадь которых равна площади критического сечения второй камеры, обеспечить истечение продуктов сгорания заряда второй камеры после воспламенения этого заряда и достижения необходимого давления в объеме, где он размещен, и создание максимальной силы тяги на участке дополнительного разгона;

- за счет симметричного относительно продольной оси ракеты размещения газоводов в диафрагме минимизировать возмущения при работе заряда второй ступени и тем самым повысить точность попадания в цель;

- за счет выполнения зарядов первой и второй камер с отношением полных импульсов, составляющим 5...7, получить максимальную дальность стрельбы при уровне скоростного напора набегающего воздушного потока на участках как предварительного, так и дополнительного разгона, не превышающего допустимый с точки зрения обеспечения устойчивости полета и прочности конструкции уровень. При отношении полных импульсов зарядов первой и второй ступени меньшем 5 полет ракеты становится неустойчивым и возможно разрушение ее конструкции на участке дополнительного разгона. При отношении полных импульсов зарядов первой и второй ступени, большем 7, теряется эффективность дополнительного разгона и не решается задача достижения максимальной дальности стрельбы.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 изображен общий вид предлагаемой конструкции ракеты, а на фиг. 2 ее поперечное сечение в месте установки диафрагмы. Ракета включает в себя головную часть 1, двухкамерный твердотопливный ракетный двигатель 2 с зарядами первой камеры 3 и второй камеры 4, воспламенение которых осуществляется воспламенителями 5 и 6. Для регистрации скорости полета на ракете размещен электронный блок 7. Блок 7 с помощью электрического кабеля 8 связан с воспламенителем заряда второй камеры 6. Заряды 3 и 4 разделены между собой диафрагмой 9. В диафрагме 9 со стороны заряда второй камеры образованы газоводы 10 (на чертеже показаны четыре таких газовода). Газоводы 10 симметричны относительно продольной оси ракеты 11 и со стороны первой камеры закрыты мембраной 12, которая выполнена как часть тела диафрагмы 9. Общая площадь газоводов S = nd²/4 (n - количество газоводов, d - диаметр газовода) равна площади критического сечения второй камеры 4. Полный импульс I_п=m₃I₁ заряда первой камеры в 5...7 раз превышает полный импульс заряда второй камеры (m₃ - масса заряда, I₁ - единичный импульс заряда).

Реализация данного способа стрельбы с использованием предлагаемой для его осуществления ракеты осуществляется следующим образом.

При пуске ракеты на ракетный двигатель, обладающий определенным суммарным значением полного импульса, подается электрическая команда. При непрерывной работе двигателя с таким значением полного импульса ракета разогналась бы до скорости, превышающей ее конструктивные возможности, что вызывает потерю устойчивости полета и разрушение корпуса ракеты. В предлагаемом способе в начале с помощью воспламенителя 5 происходит воспламенение только заряда первой камеры 3 и начинается начальный разгон ракеты на направляющей, а затем и на траектории. В процессе горения заряда 3 заряд второй камеры 4 изолирован с помощью мембраны 12 диафрагмы 9, в результате чего горения его не происходит. Начальный разгон осуществляется в течение нормативного времени _н до нормативной скорости V_н, являющейся предельной и гарантирующей устойчивость полета и необходимый запас прочности конструкции ракеты. В результате случайного отклонения параметров ракеты и действия различных случайных возмущений фактический полный импульс заряда первой камеры, время начального разгона и скорость в конце этого участка будут отличаться от нормативных. В связи с этим в процессе начального разгона с помощью электронного блока 7 производится регистрация скорости полета ракеты. После завершения начального разгона ракеты, показателем которого может служить изменение знака производной скорости полета по времени, определяется фактически достигнутая скорость V и фактическая продолжительность начального разгона . В электронном блоке 7 эти значения сравниваются с нормативными значениями и вычисляется функционал параметров движения ракеты = a₁V+a₂ =a₁(V-V_н)+a₂(-_н). Коэффициенты a₁ и a₂ рассчитываются заранее перед пуском в зависимости от выбранной дальности стрельбы. После окончания начального разгона в течение времени t_п ракетный двигатель не работает. За время нормативной паузы под действием силы лобового сопротивления скорость ракеты падает до определенной величины, регламентируемой устойчивостью полета и прочностью конструкции ракеты после дополнительного разгона. При отсутствии возмущений и идеальной работе двигателя в процессе начального разгона после нормативной паузы tn происходит дополнительный разгон ракеты. Если в результате действия возмущений фактическая скорость и продолжительность начального разгона оказались меньше нормативных, то при фиксированной величине паузы в работе двигателя скорость ракеты окажется меньше необходимой, что приведет к недолету до цели. В этом случае сокращение паузы в работе двигателя на величину = a₁V+a₂ позволяет повысить скорость ракеты в начале дополнительного разгона и за счет этого ликвидировать неизбежный промах. Если скорость и продолжительность начального разгона оказались выше нормативных, то величина паузы соответственно увеличивается на величину . Таким образом по истечении времени t = t_п+ электронный блок 7 посредством электрического кабеля 8 воспламеняет заряд второй камеры 4. В результате возрастающего давления продуктов сгорания разрушается мембрана 12 диафрагмы 9, открывая газоводы 10 и образуя критическое сечение второй камеры. Под действием возникающей реактивной силы ракета вторично разгоняется до скорости, являющейся граничной по соображениям устойчивости полета и прочности конструкции ракеты. В дальнейшем полет до цели осуществляется по баллистической траектории вплоть до попадания ракеты в цель.

Реализация предлагаемого способа стрельбы и конструкции ракеты гарантирует получение предельно достижимой дальности при обеспечении требований по устойчивости полета и прочности конструкции. Указанный положительный эффект подтвержден летными испытаниями ракет, созданных на основе предлагаемого технического решения.

В настоящее время разработана конструкторская документация на ракету с двухкамерным двигателем, реализующую предлагаемый способ стрельбы.