разделяющийся реактивный снаряд

Формула изобретения

Разделяющийся реактивный снаряд, содержащий ракетный двигатель с дном, отделяемую головную часть, имеющую в своем составе корпус с дном, ВВ и поражающими элементами, парашютный отсек с зарядом отделения, поршнем и узлом форсирования, а также взрывательное устройство, имеющее коническую и цилиндрическую части корпуса, в которых размещены электронное временное устройство с предохранительно-исполнительным механизмом, реакционный датчик цели с ударным механизмом и исполнительный блок, снабженные пороховыми зарядами, отличающийся тем, что в нем головная часть снабжена центральным газоводом, газодинамически связывающим объем аккумулирующего стакана корпуса с запоршневым рабочим объемом, содержащим заряд отделения, а в дне головной части выполнены осевые каналы, связывающие запоршневой объем с задонной компенсаторной зоной ракетного двигателя, при этом исполнительный блок, закрепленный в хвостовой части цилиндрической трубы корпуса взрывателя, выполнен в виде двойного коаксиального стакана, в центральной части которого размещена пороховая петарда системы воспламенения заряда отделения, а в периферийном кольцевом канале детонатор системы подрыва ВВ головной части, при этом дно стакана выполнено в виде разрывной мембраны с радиальными концентраторами напряжения, а пороховая петарда дополнительно снабжена усилительным пороховым зарядом, одновременно исполнительный блок снабжен клапанным механизмом, закрепленным в центральном канале стакана со стороны вышибного заряда ПИМа и выполненным в виде втулки, с противоположных сторон которой закреплены боек и капсюль-воспламенитель, разделенные сплошной перегородкой, взаимодействующей с бойком при срабатывании вышибного заряда и обеспечивающей за счет упругой деформации задействование KB и воспламенение пороховой петарды, а в зоне стыка конической и цилиндрической поверхностей корпуса взрывателя установлена толстостенная металлическая перемычка с центральным каналом, перекрытым заглушкой с пазом для размещения электрических цепей, связывающих электронные блоки составных элементов взрывателя, а в конической части корпуса взрывателя, над толстостенной перемычкой, выполнено ослабленное поперечное сечение, например, в виде кольцевой проточки, причем внутренний диаметр центрального канала газовода ГЧ составляет 0,8-1,1 диаметра центрального канала коаксиального стакана, толщина слоя ВВ от внешнего диаметра газовода до среднего диаметра кольцевого детонатора составляет 0,4-0,6 толщины детонатора, толщина упругой перегородки исполнительного блока составляет 0,09-0,12 от диаметра втулки клапанного механизма, а протяженность радиальных концентраторов напряжения разрывной мембраны не превышает величину радиуса пороховой петарды.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области ракетной техники и может быть использовано при разработке реактивных снарядов (PC) с отделяющимися головными частями (ГЧ).

Одним из важных направлений повышения эффективности боевого применения снарядов реактивной и ствольной артиллерии является разработка снарядов, обеспечивающих отделение головных частей в заданной точке траектории, торможение и подход ГЧ к поверхности земли под углом, близким к 90°.

Решение поставленной задачи связано с необходимостью отработки рациональной конструкции разделяющегося реактивного снаряда (РРС) с дистанционно-контактным взрывателем (ДКВ), обеспечивающими в совокупности:

- выдачу детонационного импульса пороховому заряду и надежное отделение головной части от ракетной (РЧ) в заданной точке траектории (после окончания отсчета установленного в электронно-временном устройстве (ЭВУ) времени дистанционного действия);

- выдачу детонационного импульса взрывчатому веществу при встрече с преградой и полноценный подрыв боеприпаса у цели с получением максимальной эффективности фугасного и осколочного действия;

- предохранение механизмов и узлов, находящихся внутри ДКВ, от нештатной работы, обеспечение работоспособности его после выдачи первой команды (при срабатывании пороховой петарды ДКВ и заряда отделения ГЧ).

Известна конструкция разделяющегося снаряда с парашютом по международной заявке № 88/05523 от 28.07.88, кл. F42B 13/38 (ИСМ № 3, вып.105, 1989), содержащего головную часть с парашютным отсеком (ПО), узел отделения с зарядом отделения и элементами форсирования в виде срезаемых радиальных болтов.

Такая конструкция разделяющегося снаряда позволяет осуществить отделение головной части от носителя и ввод в действие парашюта. Однако эта конструкция не обеспечивает стабильность ввода парашюта в действие в условиях нестабилизированного движения головной части по траектории.

Таким образом, задачей данного технического решения являлось обеспечение отделения головной части от носителя посредством узла отделения с зарядом отделения и элементами форсирования в виде срезаемых радиальных болтов, а также ввод парашюта в действие в условиях стабилизированного движения головной части.

Общими признаками известного технического решения с предлагаемой авторами конструкцией РРС является наличие головной части с парашютным отсеком, заряда отделения и узла форсирования.

По заявке России RU (11) № 2240493 от 4.08.2003 г. (РФ, «Патенты РФ на изобретения», № 32, от 20.11.2004) известен дистанционный взрыватель снарядов РСЗО, включающий источник питания, устройство приема энергии и информации, инерционный замыкатель, устройство электронное временное, предохранительно-исполнительный механизм (ПИМ). Дистанционный взрыватель отличается тем, что снабжен трубчатым ферритовым сердечником, экраном из магнитомягкого материала, селектором импульсов команды программирования, а индукционная приемная катушка имеет отводы от внутренних витков и размещена на внешней поверхности трубчатого ферритового сердечника. Один из отводов от внутренних витков и один из отводов крайних витков индукционной приемной катушки через выпрямитель подключены к входу селектора импульсов команды программирования и через диод к конденсаторному источнику питания и инерционному замыкателю. Выход селектора импульсов команды программирования соединен с установочным входом электронного временного устройства, к шине питания которого подключен конденсаторный источник питания, а к шине «Пуск» - инерционный замыкатель, второй отвод от внутренних витков соединен с общей шиной.

Из указанного выше следует, что в известном дистанционном взрывателе не описываются конструктивные узлы и элементы, обеспечивающие выдачу воспламенительного и детонационного импульсов и предохранение механизмов и узлов, находящихся внутри головного дистанционно-контактного взрывателя от воздействия давления и температуры газов, образующихся при срабатывании пороховой петарды и заряда устройства отделения головной части реактивного снаряда от ракетной части.

Таким образом, задачей рассмотренного конструктивного решения являлась разработка конструкции приемного контура приемного устройства и селектора импульсов дистанционного взрывателя.

Общим признаком с предлагаемой авторами конструкцией РРС с дистанционным контактным взрывателем является наличие электронно-временного устройства и предохранительно-исполнительного механизма.

Наиболее близким по технической сути и достигаемому техническому результату является разделяющийся реактивный снаряд, известный по патенту России RU (11) № 2230288 от 21.11.2002 г. (РФ. «Патенты РФ на изобретения», № 16 от 10.06.2004 г.). Разделяющийся реактивный снаряд содержит ракетный двигатель с корпусом, дном и зарядом твердого топлива и отделяемую головную часть, имеющую в своем составе взрывательное устройство (ВУ), корпус с поражающими элементами, парашютный отсек в виде кожуха с дном, пороховой заряд с предохранительно-исполнительным механизмом, узлы отделения, вскрытия и фиксации.

Узел отделения размещен между кожухом ПО и дном ракетной части (РЧ) и снабжен цилиндрической направляющей, в которой размещены цилиндрические элементы сегментной формы, внутренняя поверхность которых соответствует внутренней поверхности цилиндрической направляющей, а наружная поверхность упорно взаимодействует с внутренней конической поверхностью корпуса РЧ.

Функционально работа рассмотренной конструкции снаряда с парашютной системой стабилизации во многом совпадает с работой предлагаемой авторами конструкции разделяющегося реактивного снаряда, что позволяет предположить о наличии в известном конструктивном решении систем передачи воспламенительного и детонационного импульса от взрывательного устройства исполнительному блоку. Однако отсутствие в материалах заявки конструктивного исполнения этих узлов не позволяет провести конкретное сравнение их положительных практических качеств.

Таким образом, задачей рассмотренного конструктивного решения, выбранного в качестве прототипа, являлась разработка разделяющегося реактивного снаряда, обеспечивающего отделение ГЧ от ракетного двигателя, ввод в действие парашютной системы и спуск головной части в районе цели при минимальных значениях силовых нагрузок и пассивной массы боеприпаса.

Общими признаками с предлагаемой авторами конструкции РРС является наличие ракетного двигателя с дном и головной части, имеющей в своем составе взрывательное устройство, корпус с взрывчатым веществом (ВВ) и поражающими элементами, парашютный отсек с зарядом отделения и предохранительно-исполнительным элементом.

Предлагаемое конструктивное решение РРС отличается от прототипа тем, что в нем головная часть снабжена центральным газоводом, газодинамически связывающим объем аккумулирующего стакана корпуса с запоршневым рабочим объемом, содержащим заряд отделения, а в дне головной части выполнены осевые каналы, связывающие запоршневой объем с задонной компенсаторной зоной ракетного двигателя.

Исполнительный блок, закрепленный в хвостовой части цилиндрической трубы корпуса взрывателя, выполнен в виде двойного коаксиального стакана, в центральной части которого размещена пороховая петарда системы воспламенения заряда отделения, а в периферийном кольцевом канале детонатор системы подрыва ВВ головной части. При этом дно стакана выполнено в виде разрывной мембраны с радиальными концентраторами напряжения, а пороховая петарда дополнительно снабжена усилительным пороховым зарядом.

Одновременно исполнительный блок снабжен клапанным механизмом, закрепленным в центральном канале стакана со стороны вышибного заряда ПИМа и выполненным в виде втулки, с противоположных сторон которой закреплены боек и капсюль-воспламенитель (KB), разделенные сплошной перегородкой, взаимодействующей с бойком при срабатывании заряда и обеспечивающей за счет упругой деформации задействование KB и воспламенение пороховой петарды.

В зоне стыка конической и цилиндрической поверхностей корпуса взрывателя установлена толстостенная металлическая перемычка с центральным каналом, перекрытым заглушкой с пазом для размещения электрических цепей, связывающих электронные блоки составных элементов взрывателя, а в конической части корпуса взрывателя, над толстостенной перемычкой, выполнено ослабленное поперечное сечение, например, в виде кольцевой проточки.

Кроме того, в предлагаемом конструктивном решении внутренний диаметр центрального канала газовода ГЧ составляет 0,8-1,1 диаметра центрального канала коаксиального стакана, толщина слоя ВВ от внешнего диаметра газовода до среднего диаметра кольцевого детонатора составляет 0,4-0,6 толщины детонатора, толщина упругой перегородки исполнительного блока составляет 0,09-0,12 от диаметра втулки клапанного механизма, а протяженность радиальных концентраторов напряжения разрывной мембраны не превышает величину радиуса пороховой петарды.

Указанные отличительные признаки, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой защиты, являются существенными и достаточными для достижения нового технического результата.

Задачей предлагаемого изобретения является разработка рациональной конструкции РРС с дистанционно-контактным взрывателем, обеспечивающего:

- повышение надежности выдачи воспламенительного импульса и отделения головной части от ракетной в заданной точке траектории при одновременном снижении силовых и тепловых нагрузок на разделяемые элементы конструкции;

- повышение надежности выдачи детонационного импульса и эффективности действия боеприпаса у цели при встрече с преградой;

- предохранение механизмов и узлов ДКВ от нештатной работы в условиях силового нагружения в процессе срабатывания воспламенительной петарды, заряда отделения, детонатора и при встрече с преградой.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в конструкции известного РРС, содержащего ракетный двигатель с дном, а также отделяемую ГЧ, имеющую в своем составе корпус с дном, ВВ и поражающими элементами, парашютный отсек с зарядом отделения, поршнем и узлом форсирования, а также взрывательное устройство, имеющее коническую и цилиндрическую части корпуса, в которых размещены электронное временное устройство с предохранительно-исполнительным механизмом, реакционный датчик цели с ударным механизмом и исполнительный блок, снабженные пороховыми зарядами, введена новая совокупность конструктивных узлов и элементов, изменены их взаимное положение и связи.

В частности, размещение в хвостовой части корпуса взрывателя исполнительного блока и выполнение его в виде двойного коаксиального стакана, в центре которого размещена пороховая петарда системы воспламенения заряда отделения, а на периферии кольцевой детонатор системы подрыва взрывчатого вещества ГЧ, позволяет решить две практические задачи:

- во-первых, удачно скомпоновать в зоне инициирования системы воспламенения и детонации и, тем самым, получить минимальные габариты исполнительного блока;

- во-вторых, надежно отделить детонатор взрывателя от пороховой петарды с дополнительным зарядом посредством кольцевой металлической перегородки и исключить возможность нештатного срабатывания детонатора в момент срабатывания петарды с дополнительным зарядом.

Снабжение исполнительного блока клапанным механизмом, закрепленным в центральном канале стакана со стороны вышибного заряда ПИМа и выполненным в виде втулки, с противоположных сторон которой закреплены боек и капсюль-воспламенитель, разделенные сплошной перегородкой, взаимодействующей с бойком при срабатывании заряда, обеспечивает надежное задействование KB и воспламенение пороховой петарды за счет упругой деформации сплошной мембраны при срабатывании вышибного заряда ПИМа по электрической команде ЭВУ. При этом клапанный механизм исключает попадание продуктов сгорания пороховой петарды и заряда отделения ГЧ внутрь взрывателя и, тем самым, исключает повреждение узлов и механизмов от воздействия высокого давления и температуры газа в процессе отделения головной части от ракетной. Одновременно, как показали результаты экспериментальной отработки, выполнение толщины упругой перегородки по отношению к диаметру втулки в пределах 0,09-0,12 позволяет получить наиболее выгодные и надежные условия работы клапанного механизма.

Причем снабжение пороховой петарды дополнительным пороховым зарядом, выполнение дна коаксиального стакана в виде разрывной мембраны с радиальными концентраторами напряжения, не превышающими толщину радиуса петарды, а также снабжение головной части центральным газоводом, газодинамически связывающим аккумулирующий стакан корпуса ГЧ с запоршневым рабочим объемом, позволяют создать наиболее выгодные конструктивные условия, обеспечивающие повышение надежности передачи воспламенительного импульса от ДКВ к заряду отделения. Это обеспечивается за счет:

- усиления мощности воспламенительного импульса от пороховой петарды посредством использования энергии дополнительного заряда;

- стабильного разрушения разрывной мембраны, исключающего перекрытие проходного сечения газовода и невоспламенение заряда отделения;

- снижения силовых нагрузок на корпус ДКВ и ГЧ вследствие подключения свободного объема стакана в момент срабатывания пороховой петарды с дополнительным зарядом.

При этом выполнение в дне головной части осевых каналов, связывающих запоршневой объем с задонной компенсаторной зоной ракетного двигателя, позволяет в начальный момент отделения ГЧ от РЧ резко сбросить максимальное давление во всех рабочих зонах снаряда (в том числе и в стакане), а в заключительный момент, вследствие саккумулированного (накопленного) давления продуктов сгорания заряда отделения в стакане и компенсаторной зоне, повысить коэффициент использования энергии заряда отделения и, в конечном итоге, увеличить скорость отделения головной части от ракетной.

Размещение в зоне стыка конической и цилиндрической поверхности корпуса взрывателя толстостенной металлической перемычки с центральным каналом, с одной стороны, связано с практической необходимостью размещения электрических цепей, связывающих исполнительные электронные блоки составных элементов взрывателя, а с другой - для предотвращения разрушения составных элементов ВУ, снабженных электрическими цепями в момент приложения максимальных силовых нагрузок. Причем, для исключения возможности попадания посторонних предметов в исполнительный механизм верхняя часть корпуса взрывателя, выступающая за пределы корпуса ГЧ, снабжена ослабленным сечением, выполненным, например, в виде кольцевой проточки, являющимся концентратором напряжения для разрушения корпуса ДКВ в заданном месте над толстостенной перемычкой при соприкосновении с преградой.

Одновременно следует отметить необходимость использования серьезного творческого и научного подхода при выборе конструктивных параметров центрального газовода ГЧ. Если величина внутреннего диаметра выбирается из условия неперекрытия поперечного сечения элементами разрушения разрывной мембраны и относительно невысоким уровнем гидродинамического сопротивления на его входе (соответствующего соотношению 0,8-1,1 от диаметра центрального канала коаксиального стакана), то величина наружного диаметра газовода существенно влияет на эффективность задействования ВВ. Как показывают результаты теоретических оценок и предварительных стендовых опытов, наилучшие условия для задействования и эффективности работы ВВ (полноты его детонации) реализуются в том случае, когда толщина слоя ВВ от внешнего диаметра газовода до среднего диаметра кольцевого детонатора составляет 0,4-0,6 толщины детонатора.

Таким образом, перечисленные конструктивные особенности РРС позволяют за счет реализации указанных выше предложений решить поставленную задачу и разработать снаряд с ДКВ, обеспечивающий последовательную выдачу воспламенительного и детонационного импульсов и, как следствие, надежную работу боеприпаса в процессе отделения и срабатывания головной части у цели.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид РРС, а на фиг.2, 3, 4, 5 - принципиальная конструктивная схема ДКВ и его составных элементов.

Разделяющийся реактивный снаряд содержит ракетный двигатель 15 с дном 14, отделяемую головную часть, имеющую в своем составе корпус 4 с дном 11, ВВ 6 и поражающие элементы 5, парашютный отсек 10 с парашютной системой 8 и зарядом отделения 13, поршнем 9 и узлом форсирования 7, а также взрывательное устройство 1.

Головная часть снабжена центральным газоводом 3, газодинамически связывающим объем А аккумулирующего стакана 2 корпуса 4 с запоршневым рабочим объемом Б, содержащим заряд отделения, а в дне головной части выполнены осевые каналы 12, связывающие запоршневой объем Б с задонной компенсаторной зоной ракетного двигателя В.

Взрывательное устройство имеет коническую 17 и цилиндрическую 20 части корпуса, в которых размещены электронное временное устройство 21, предохранительно-исполнительный механизм 22, реакционный датчик цели 16, инерционный ударный механизм 23 и исполнительный блок 25, снабженный пороховыми зарядами.

Исполнительный блок закреплен в хвостовой части цилиндрической трубы корпуса взрывателя и выполнен в виде двойного коаксиального стакана 27, в центральной части которого размещена пороховая петарда 28 системы воспламенения заряда отделения, а в периферийном кольцевом канале расположен детонатор 26 системы подрыва ВВ головной части. При этом дно стакана выполнено в виде разрывной мембраны с радиальными концентраторами напряжения 30, а пороховая петарда дополнительно снабжена усилительным пороховым зарядом 29.

Исполнительный блок снабжен клапанным механизмом Д, закрепленным в центральном канале стакана со стороны вышибного заряда 24 ПИМа и выполненным в виде втулки 32, с противоположных сторон которой закреплены боек 34 и втулочный капсюль-воспламенитель 31, разделенные сплошной перегородкой 33, взаимодействующей с бойком при срабатывании вышибного заряда ПИМа и обеспечивающей за счет упругой деформации задействование втулочного капсюля-воспламенителя и воспламенение пороховой петарды.

В зоне стыка конической и цилиндрической поверхностей корпуса взрывателя установлена толстостенная металлическая перемычка 19 с центральным каналом, перекрытым заглушкой с пазом 18 для размещения электрических цепей, связывающих электронные блоки составных элементов взрывателя. А над толстостенной перемычкой, в конической части корпуса взрывателя, выполнено ослабленное поперечное сечение 35, например, в виде кольцевой проточки.

При этом внутренний диаметр центрального канала газовода D₁ головной части составляет 0,8-1,1 диаметра центрального канала D₂ коаксиального стакана, толщина слоя ВВ от внешнего диаметра газовода до среднего диаметра кольцевого детонатора ₁ составляет 0,4-0,6 толщины детонатора ₂. Одновременно, толщина упругой перегородки ₃ исполнительного блока составляет 0,09-0,12 от диаметра D₃ втулки клапанного механизма, а протяженность радиальных концентраторов напряжения L разрывной мембраны не превышает величину радиуса пороховой петарды D₂.

Разделяющийся реактивный снаряд работает следующим образом.

После старта разделяющегося снаряда, в момент окончания счета предварительно установленного времени дистанционного действия, электронно-временное устройство взрывателя 21 выдает электрический импульс ПИМу 22 и обеспечивает срабатывание его вышибного заряда 24. Продукты сгорания вышибного заряда через боек 34 передают ударную нагрузку на сплошную перегородку 33 и за счет упругой деформации ее осуществляют задействование втулочного капсюля-воспламенителя 31, который, в свою очередь, при срабатывании обеспечивает воспламенение пороховой петарды 28 исполнительного блока 25. Высокотемпературные продукты сгорания петарды заполняют центральную часть коаксиального стакана 27, воспламеняют усилительный пороховой заряд 29 и за счет избыточного давления стабильно раскрывают дно стакана, предотвращая перекрытие проходного сечения газовода 3.

В дальнейшем продукты сгорания петарды и дополнительного порохового заряда по газоводу поступают в запоршневой объем Б и создают там условия, необходимые для разрушения узла форсирования 7, выполненного, например, в виде кольцевой проточки в корпусе ГЧ. Под действием давления на поршень 9 системы отделения осуществляется разделение снаряда, ввод в действие системы стабилизации и дальнейшее движение головной части происходит в требуемом угловом положении.

Необходимо отметить, что в процессе отделения головной части от ракетной продукты сгорания заряда отделения поступают в объем стакана корпуса А и (через осевые каналы в дне) в задонный компенсационный объем В, которые в процессе заполнения обеспечивают снижение максимального давления в зоне отделения, а в процессе отделения головной части от ракетной выполняют роль аккумулирующих полостей, обеспечивающих повышение скорости разделения снаряда.

При встрече головной части с преградой срабатывает реакционный датчик цели 16 и по электрическим цепям выдает электрический импульс на ПИМ 22, который в свою очередь формирует детонационный импульс на срабатывание кольцевого детонатора 26, размещенного в периферийном отсеке коаксиального стакана 27 исполнительного блока 25. В случае отказа реакционного датчика цели при встрече с преградой происходит срабатывание инерционного ударного механизма 23, входящего в состав ПИМа с последующим срабатыванием кольцевого детонатора. Учитывая указанные выше рекомендации, подтвержденные опытным путем и связывающие толщину определенного слоя ВВ с толщиной детонатора, обеспечиваются рациональные условия для инициирования и полноты детонации ВВ, определяющие эффективность работы боеприпаса у цели.

Дополнительно следует отметить, что в описанной конструкции РРС предложен ряд конструктивных мероприятий и соотношений, позволяющих повысить надежность и качество разделяющегося боеприпаса. Так, например, снабжение исполнительного блока клапанным механизмом обеспечивает не только надежное задействование втулочного капсюля-воспламенителя и воспламенение пороховой петарды, но и исключает повреждение узлов и механизмов ВУ от воздействия высокого давления и температуры газа в процессе отделения ГЧ от РЧ. Одновременно размещение в зоне стыка конической и цилиндрической поверхностей металлической перемычки, предотвращающей разрушение составных элементов и попадание посторонних предметов в исполнительный механизм, обеспечивается за счет того, что верхняя часть корпуса ВУ снабжена ослабленным сечением в виде кольцевой проточки (являющимся концентратором напряжения) для стабильного разрушения корпуса ВУ в заданном месте перед толстостенной перемычкой при встрече с преградой.

Таким образом, выполнение конструкции разделяемого реактивного снаряда в соответствии с изобретением позволяет повысить надежность функционирования исполнительных органов боеприпаса, а также повысить эффективность работы его у цели.

Изобретение может быть использовано при разработке снарядов с отделяемыми головными частями осколочно-фугасного действия и в первую очередь для реактивных систем залпового огня.

Указанный положительный эффект подтвержден испытаниями опытных образцов отделяемых головных частей, выполненных в соответствии с изобретением.

В настоящее время разработана конструкторская документация, проведены государственные испытания, намечено серийное производство.