Реактивный снаряд с комбинированным детонационным двигателем
Реактивный снаряд с комбинированным детонационным двигателем относится к области ракетостроения и учитывает все возрастающие требования по повышению совершенства конструкций ракет и реактивных снарядов. Задачей полезной модели является повышение боевой эффективности реактивных снарядов за счет увеличения дальности их полета без изменения конструкции наземно-механического и пускового оборудования и с минимальными изменениями конструкции реактивного снаряда. Технический результат, который может быть получен при использовании полезной модели, заключается в улучшении технических характеристик реактивного снаряда за счет уменьшения донного сопротивления в процессе его полета, что приводит к уменьшению силы сопротивления движению, а также за счет использования воздуха в качестве окислителя и детонационного сгорания топлива, что приводит к повышению экономичности. Поставленная задача достигается тем, что реактивный снаряд с комбинированным детонационным двигателем включает комбинированный детонационный двигатель, состоящий из детонационного двигателя и ракетного двигателя твердого топлива. При этом детонационный двигатель содержит заряд твердого топлива с избытком горючего, а в его нижнем днище по центру установлен клапан с седлом и по периферийной части выполнены отверстия, при этом на цилиндрической оболочке переходного отсека снаряда, размещенного между двигателями, равномерно расположены сопла воздухозаборника, которые прикрыты поворотными крышками, причем детонационный двигатель и ракетный двигатель твердого топлива выполнены одного диаметра. В процессе полета реактивного снаряда образованная топливно-воздушная смесь заполняет камеру сгорания ракетного двигателя твердого топлива, которая в процессе полета выполняет уже функцию детонационной камеры. После ее полного заполнения срабатывает инициатор, возбуждая детонационный процесс. Детонационный двигатель является более экономичным чем ракетный, т.к. использует вместо окислителя воздух окружающей среды, а также КПД детонационного цикла выше аналогичного КПД при горении. Уменьшение донного сопротивления снаряда является эффективным способом увеличения дальности полета реактивного снаряда. Кроме того, комбинированный детонационный двигатель работает в течение более длительного времени полета реактивного снаряда, что также приводит к увеличению дальности его полета. Внешний вид снаряда и его массово-геометрические характеристики практически не отличаются от штатного снаряда, что удобно при эксплуатации. 2 илл.
Полезная модель относится к области ракетостроения и учитывает все возрастающие требования по повышению совершенства конструкций ракет и реактивных снарядов. Известен вращающийся реактивный снаряд, содержащий заостренную носовую часть, боевой отсек, реактивный двигатель и аэродинамический стабилизатор (патент РФ №2166178, МПК F 42 В 15/00, F 42 B 10/14, F 42 B 10/26, 2001). Он содержит заостренную носовую часть, боевой отсек, реактивный двигатель и аэродинамический стабилизатор с раскрывающимися дугообразными лопастями. В нем увеличение дальности полета осуществляется за счет того, что дугообразные лопасти стабилизатора установлены выпуклыми поверхностями в направлении вращения снаряда, а вогнутые поверхности ориентированы в сторону носовой части снаряда. Передние и задние кромки каждой лопасти выполнены с односторонним заострением со скосом, расположенным на выпуклой поверхности лопасти.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому эффекту к полезной модели является «Реактивный снаряд с комбинированным детонационным двигателем» по патенту РФ №52999, МПК F 42 В 15/00, 2006. В нем увеличение дальности полета осуществляется за счет того, что сопла воздухозаборника равномерно расположены на его конической оболочке, при этом диаметр боевой части выполнен меньше диаметра детонационного двигателя, а переднее днище корпуса ракетного двигателя твердого топлива выполнено сгораемым. Такое техническое решение способствует увеличению давления за соплом, что уменьшает донное сопротивление, и, следовательно, приводит к уменьшению силы лобового сопротивления F. В свою очередь, это приводит к увеличению дальности полета.
Однако для данного реактивного снаряда характерен ряд недостатков, к которым можно отнести:
- уменьшенный объем массы боевой части при неизменных массово-геометрических характеристиках снаряда, что снижает ее могущество,
- увеличение силы аэродинамического сопротивления за счет образования скачков уплотнения на входе в отверстия воздухозаборника, появляющиеся при сверхзвуковых скоростях полета,
- форма противопоставленного реактивного снаряда характерна для ракет повышенной дальности или для ракет системы ПВО. Для реактивных снарядов Сухопутных войск данная форма не является рациональной, т.к. их запуск осуществляется, как правило, из направляющих, при этом используются направляющие бугели для движения по направляющей, выполненные на его боковой поверхности. Такое выполнение корпуса уменьшает поверхность соприкосновения реактивного снаряда с направляющей пусковой установки, что уменьшает устойчивость реактивного снаряда при его движении по направляющей пусковой установки при запуске. Кроме того, данная конструкция реактивного снаряда связана с изменением его массово-геометрических характеристик.
Задачей полезной модели является повышение боевой эффективности реактивных снарядов за счет увеличения дальности их полета без изменения конструкции наземно-механического и пускового оборудования и с минимальными изменениями конструкции реактивного снаряда.
Технический результат, который может быть получен при использовании полезной модели, заключается в улучшении технических характеристик реактивного снаряда за счет уменьшения донного сопротивления в процессе его полета, что приводит к уменьшению силы сопротивления движению, а также за счет использования воздуха в качестве окислителя и детонационного сгорания топлива, что приводит к повышению экономичности.
Поставленная задача достигается тем, что реактивный снаряд с комбинированным детонационным двигателем включает комбинированный детонационный двигатель, состоящий из детонационного двигателя и ракетного двигателя твердого топлива. При этом, детонационный двигатель содержит заряд твердого топлива с избытком горючего, а в его нижнем днище по центру установлен клапан с седлом и по периферийной части выполнены отверстия, при этом на цилиндрической оболочке переходного отсека снаряда, размещенного между двигателями, равномерно расположены сопла воздухозаборника, которые прикрыты поворотными крышками, причем детонационный двигатель и ракетный двигатель твердого топлива выполнены одного диаметра.
На фиг.1 представлен общий вид реактивного снаряда, а на фиг.2 - его устройство, где:
1 - боевая часть;
2 - комбинированный детонационный двигатель,
3 - ракетный двигатель твердого топлива;
4 - детонационный двигатель;
5 - переходной отсек,
6 - аэродинамический стабилизатор;
7 - клапан;
8 - седло клапана;
9 - заряд твердого топлива детонационного двигателя;
10 - отверстия в днище детонационной камеры;
11 - створки воздухозаборника,
12 - отверстия в корпусе переходного отсека,
13 - инициатор,
14 - реактивное сопло.
Реактивный снаряд содержит заостренную боевую часть 1, комбинированный детонационный двигатель 2, состоящий из ракетного двигателя твердого топлива 3, детонационного двигателя 4, между которыми выполнен переходной отсек 5, и аэродинамического стабилизатора 6 (фиг.1).
Боевая часть 1 служит для размещения боевого заряда (снаряжения) с взрывательным устройством и обеспечивает непосредственное поражение цели реактивным снарядом. Головные части снаряжаются, как правило, смесями взрывчатых веществ.
Комбинированный детонационный двигатель 2 представляет собой комбинацию стартового (ракетного) 3 и маршевого (детонационного) 4 двигателей и необходим для создания силы тяги, обеспечивающей реактивному снаряду перемещение по каналу направляющей ствола и дальнейший его полет с заданной скоростью. Оба двигателя выполнены в едином корпусе ракетной части. Такая комбинация предназначена для увеличения дальности полета реактивного снаряда. При этом, ракетный двигатель 3 предназначен для создания первоначальной тяги, необходимой для перемещения реактивного снаряда по каналу направляющей ствола и перехода на маршевый режим работы. В свою очередь, детонационный двигатель 4 предназначен для создания основной тяги, необходимой для полета реактивного снаряда на максимальную дальность.
Переходной отсек 5 предназначен для создания междвигательного пространства, необходимого для ввода воздуха из окружающей среды и образования топливно-воздушной смеси, необходимой для работы детонационного двигателя.
Аэродинамический стабилизатор 6 предназначен для увеличения запаса статической устойчивости при полете реактивного снаряда за счет смещения центра масс по направлению к хвостовой части.
Реактивный снаряд с комбинированным детонационным двигателем работает следующим образом.
Режим запуска реактивного снаряда осуществляется путем подачи команды на пиропатрон воспламенителя ракетного двигателя твердого топлива 3. Под действием высокой температуры и повышенного давления пороховых газов, образующихся при срабатывании воспламенителя, происходит воспламенение порохового заряда ракетного двигателя 5. За счет истечения газов из сопла ракетного двигателя 3, он начинает движение по направляющей контейнера. Режиму запуск соответствует достижение реактивным снарядом скорости, необходимой для его движения по направляющей и переход двигателя на маршевый режим работы.
После схода реактивного снаряда с направляющей открываются его стабилизаторы 6 и начинается полет на активном участке траектории.
Маршевый режим. После полного сгорания заряда ракетного двигателя 3 и его переднего днища, в частности, переходной отсек 5 заполняется продуктами его сгорания, в результате чего одновременно происходят следующие процессы.
Повышенное значение давления воздействует на клапан 7. Клапан 7 перемещается влево (фиг.2), что приводит к появлению зазора между ним и седлом 8, в который устремляются продукты сгорания ракетного заряда и воспламеняют заряд 9 детонационного двигателя 4, выполненного с избытком горючего. Продукты сгорания заряда детонационного двигателя 4 создают избыточное давление, которое закрывает клапан 7. К этому моменту времени реактивный снаряд вылетает из ствола.
Одновременно под действием этого же давления, образовавшегося внутри переходного отсека 5, створки воздухозаборника 11 раскрываются.
Забортный воздух за счет скоростного напора устремляется внутрь переходного отсека и перемешивается с продуктами газификации заряда 9, которые поступают через отверстия 12 в переходной отсек 5, образуя там топливно-воздушную смесь.
Образованная топливно-воздушная смесь заполняет камеру сгорания ракетного двигателя твердого топлива, которая в процессе полета выполняет уже функцию детонационной камеры. После ее полного заполнения срабатывает инициатор, возбуждая детонационный процесс.
Детонационный двигатель является более экономичным, чем ракетный, т.к. использует вместо окислителя воздух окружающей среды, а также КПД детонационного цикла выше аналогичного КПД при горении.
В процессе полета на снаряд действует сила лобового сопротивления F, которая
направлена в сторону, противоположную полету реактивного снаряда и определяется следующим выражением
где: F - сила снаряд лобового сопротивления;
Сx - коэффициент силы лобового сопротивления;
- плотность воздуха;
V - скорость движения реактивного снаряда;
Sм - площадь миделевого сечения снаряда.
Из анализа выражения (1) следует, что чем меньше значение Сх, тем меньше сила лобового сопротивления F. Выполнение боевой части меньшего диаметра способствует уменьшению значения Сх.
С другой стороны, сила лобового сопротивления F определяется следующим выражением
где: p1 - давление на входе реактивный снаряд;
р2 - давление на выходе реактивный снаряд.
Из анализа выражения (2) следует, что чем больше давление на выходе реактивного снаряда p 2, тем меньше сила лобового сопротивления F.
Следовательно, уменьшение донного сопротивления как за счет уменьшения значения Сx, так и за счет увеличения давления на выходе реактивного снаряда p2, является эффективным способом увеличения дальности полета реактивного снаряда.
Кроме того, комбинированный детонационный двигатель работает в течение более длительного времени полета реактивного снаряда. В свою очередь, все это приводит к увеличению дальности его полета.
Реактивный снаряд с комбинированным детонационным двигателем, включающий комбинированный детонационный двигатель, состоящий из детонационного двигателя и ракетного двигателя твердого топлива, отличающийся тем, что детонационный двигатель содержит заряд твердого топлива с избытком горючего, а в его нижнем днище по центру установлен клапан с седлом и по периферийной части выполнены отверстия, при этом на цилиндрической оболочке переходного отсека снаряда, размещенного между двигателями, равномерно расположены сопла воздухозаборника, которые прикрыты поворотными крышками, причем детонационный двигатель и ракетный двигатель твердого топлива выполнены одного диаметра.
