Управляемый снаряд
Управляемый снаряд (10) содержит свободно вращающийся узел 14 хвостового оперения с нечетным числом стабилизаторов (30). Обеспечивается большая стабильность работы головки (22) самонаведения за счет уменьшения колебаний, вызванных вращением хвостовой части снаряда. Кроме того, облегчается управление снарядом. 9 з.п. ф-лы, 7 ил.
Изобретение относится к снарядам с собственным двигателем (реактивный снарядам или ракетам) или без него, снабженным свободно вращающейся хвостовой частью.
Уровень техники
В последнее время в управляемых и неуправляемых снарядах использовали простые, снабженные карданным подвесом, полуактивные лазерные головки самонаведения на конечном участке траектории для наведения на цель или другую намеченную точку прицеливания. Полуактивные лазерные головки самонаведения выполняют свои функции наведения, хотя соответствуют более мягким требованиям в смысле индуцированных ошибок наведения и нежелательных изменений ориентации снаряда. Совсем недавно стали использовать тепловизионные и радиолокационные миллиметрового диапазона головки самонаведения. Среди этих новых типов головок самонаведения - головки самонаведения с неохлаждаемой фокальной матрицей, представляющие один из типов тепловизионных устройств самонаведения. Использование таких новых головок самонаведения может снизить стоимость, вес, потребность в энергообеспечении и/или сложность. Однако они могут иметь большие времена интегрирования сигнала и могут в действительности требовать стабильности в десять раз большей, чем прежние типы головок самонаведения, такие как полуактивные лазерные головки самонаведения.
Следует принять во внимание, что повышенная стабильность желательна также для снарядных платформ устройств автономного захвата, таких как тепловизионные и радиолокационные миллиметрового диапазона головки самонаведения.
Раскрытие изобретения
В соответствии с изобретением управляемый снаряд с собственным двигателем или без него снабжен свободно вращающимся узлом хвостового оперения с нечетным числом стабилизаторов.
При нечетном числе стабилизаторов можно уменьшить колебания, вызванные вращением свободно вращающегося узла хвостового оперения. Это может обеспечить большую стабильности платформы головки самонаведения, такой как головка с неохлаждаемой фокальной матрицей или другая тепловизионная или радиолокационная в миллиметровом диапазоне головка самонаведения, расположенная в корпусе снаряда. Кроме того, уменьшение колебаний за счет использования нечетного количества стабилизаторов может облегчить управление снарядом.
В соответствии с изобретением предлагается управляемый снаряд, содержащий корпус и узел хвостового оперения, соединенный с корпусом. По меньшей мере часть узла хвостового оперения, включающая стабилизаторы, установлена с возможностью свободного вращения, как одно целое, относительно корпуса вокруг центральной продольной оси снаряда, причем узел хвостового оперения снабжен нечетным числом стабилизаторов.
Согласно предпочтительным вариантам выполнения корпус содержит головку самонаведения, являющуюся тепловизионной или радиолокационной миллиметрового диапазона и характеризующуюся временем захвата более примерно 1 мс.
Корпус содержит карданный подвес крепления головки самонаведения. Стабилизаторы выполнены с возможностью развертывания в полете и расположены равномерно по окружности вокруг узла хвостового оперения.
По меньшей мере часть узла хвостового оперения выполнена с возможностью свободного качения относительно корпуса, в частности, узел хвостового оперения содержит основание, неразъемно соединенное с корпусом, держатель стабилизаторов, к которому прикреплены стабилизаторы, и подшипниковую опору, прикрепленную к основанию с возможностью обеспечения в основном свободного вращения держателя стабилизаторов относительно основания.
В других вариантах изобретение может также включать дополнительные признаки, подробно описанные далее. Нижеследующее описание и сопровождающие чертежи представляют в деталях некоторые приведенные в качестве иллюстрации варианты выполнения изобретения. Эти примеры выполнения служат для иллюстративных целей и не охватывают все пути реализации принципов, заложенных в изобретении. Другие цели, преимущества и признаки изобретения станут ясными из нижеследующего подробного описания изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи.
Краткое описание чертежей
На прилагаемых схематичных чертежах (с возможным несоблюдением масштаба) представлено:
на фигуре 1 представлен вид снаряда, выполненного в соответствии с настоящим изобретением;
на фигуре 2 представлен вид узла хвостового оперения снаряда с фигуры 1 со стабилизаторами в предшествующем развертыванию или неразвернутом состоянии;
на фигуре 3 представлен другой вид узла хвостового оперения снаряда с фигуры 1 со стабилизаторами в развернутом виде;
на фигуре 4 представлен вид узла хвостового оперения в раскрытом состоянии для снаряда с фигуры 1;
на фигуре 5 представлен график собственного и восстанавливающего моментов хвостовых частей с различным числом стабилизаторов;
на фигуре 6 представлен график, на котором выделены изменения восстанавливающего момента для хвостовых частей с различным числом стабилизаторов;
на фигуре 7 представлен график зависимости числа пикселей, соответствующих размытию (смазыванию) изображения, от скорости вращения хвостовой части снаряда с различным числом стабилизаторов.
Осуществление изобретения
Согласно изобретению снаряд, снабженный собственным двигателем или без него, содержит свободно вращающийся узел хвостового оперения, снабженный нечетным числом стабилизаторов. На фигуре 1 можно видеть, что снаряд 10 содержит переднюю часть корпуса 12, соединенную с вращающимся узлом 14 хвостового оперения (хвостовой частью). Термин "снаряд", как он употребляется в данном документе, подразумевает включение как устройств с собственной тягой, так и без нее. Таким образом, снаряд 10 может быть как снарядом без двигательной установки, например снарядом, выстреливаемым из орудия или другого пускового устройства, так и, в альтернативе, может быть снарядом с собственным двигателем, например ракетным двигателем, реактивным двигателем или другой установкой, создающей тяговое усилие.
Передняя часть корпуса 12 содержит носовые рули 20, а также головку 22 самонаведения, установленную на карданном подвесе 24. Носовые рули служат для регулирования ориентации и направления полета снаряда 10. Таким образом, носовые рули могут быть связаны с другими устройствами в корпусе 12, например с инерциальным блоком наведения и исполнительными механизмами, чтобы облегчить определение курса снаряда 10 и обеспечить должное положение носовых рулей 20 при следовании этому курсу. Носовые рули могут убираться в пазы в передней части корпуса 12 во время запуска или выстреливания снаряда 10 и затем разворачиваться любым из известных способов. Например, носовые рули 20 могут быть навесными и разворачиваться за счет воздействия давления в трубе пусковой установки. В альтернативном варианте носовые рули 20 могут разворачиваться за счет других сил, таких как сила инерции. Снаряд может быть снабжен механизмом для фиксации носовых рулей в развернутом состоянии.
В рабочем режиме головка 22 самонаведения может быть связана с носовыми рулями 20 при захвате и сопровождении цели, и когда она направляет снаряд для достижения намеченной зоны поражения. Головка 22 самонаведения действует таким образом, чтобы сохранять направленность или, другими словами, захват намеченной цели или другой точки наведения.
Альтернативно, головка 22 самонаведения может захватывать объект, отличный от того, что является целью, но который способствует наведению снаряда на намеченную цель. Головка 22 самонаведения устанавливается на карданном подвесе, что делает возможным ее перемещение при изменении ориентации снаряда 10 относительно цели или точки наведения.
Головка самонаведения может быть любого из известных типов головок самонаведения на конечном участке траектории. Две большие группы головок самонаведения на конечном участке траектории составляют тепловизионные головки самонаведения и радиолокационные головки самонаведения, работающие в миллиметровом диапазоне волн. Разновидностью тепловизионных головок самонаведения являются головки с неохлаждаемой фокальной матрицей. Тепловизионные и радиолокационные головки самонаведения обладают преимуществом в отношении веса, сложности и/или стоимости по сравнению с другими типами головок самонаведения на конечном участке траектории. Однако эти головки самонаведения могут иметь относительно большое время захвата цели. Например, неохлаждаемая фокальная матрица может затрачивать относительно большое время на интегрирование энергии излучения в оптическом диапазоне. Время захвата цели тепловизионных и радиолокационных в миллиметровом диапазоне головок самонаведения могут составлять более миллисекунды, более десяти миллисекунд или равняться шестнадцати миллисекундам. Дополнительная информация о неохлаждаемых фокальных матрицах и о тепловизионных головках самонаведения может быть найдена в Патенте США №6144030, который целиком использован в данной заявке в качестве ссылки. Дополнительно к рассмотренным большим группам головок самонаведения нужно учесть, что любая из широкого разнообразия известных головок самонаведения может быть использована со стабилизаторами описанного далее типа, включая как головки с карданным креплением (аналогичные описываемым далее), так и неразъемные с корпусом устройства, в которых узел хвостового оперения не имеет возможности свободного вращения относительно корпуса.
Следует учесть, что передняя часть корпуса 12 может содержать компоненты типа, отличного от вышеописанных. Например, передняя часть корпуса 12 может нести такую полезную нагрузку, как боезаряд. Кроме того, передняя часть корпуса 12 может содержать блоки связи для активной или пассивной связи, например, с удаленными устройствами сопровождения и/или наведения.
Узел 14 хвостового оперения содержит держатель 30 стабилизаторов и нечетное количество самих стабилизаторов 32, расположенных по окружности вокруг держателя 30 стабилизаторов. Держатель 30 стабилизаторов снабжен пазами 34 стабилизаторов, соответствующими каждому из стабилизаторов 32. Стабилизаторы 32 могут развертываться в полете за счет использования механизмов, таких как описаны ранее для развертывания носовых рулей 20. На фигуре 2 показан узел 14 хвостового оперения со стабилизаторами 32, находящимися в положении, предшествующем их развертыванию, а на фигуре 3 показаны стабилизаторы 32 в развернутом виде. В устройстве может быть предусмотрен механизм фиксации стабилизаторов 32 после их развертывания.
Кроме того, из фигуры 4 видно, что узел 14 хвостового оперения содержит подшипниковую опору 40. Узел хвостового оперения представляет собой свободно вращающуюся конструкцию, дающую возможность свободного вращения держателя 30 стабилизаторов и стабилизаторов 32 относительно передней части корпуса 12. Точнее, держатель 30 стабилизаторов и стабилизаторы 32 свободно вращаются относительно основания 42 узла 14 хвостового оперения, которое в свою очередь соединено с передней частью корпуса. Вращающаяся хвостовая часть, такая как представленный узел 14 хвостового оперения, используется для упрощения регулирования вращения снаряда 10. Турбулентные потоки с носовых рулей 20 создают вращающий момент на стабилизаторах 32. Если закрепить хвостовую часть относительно передней части корпуса, то нужно сделать носовые рули достаточно большого размера, чтобы управлять этим вращающим моментом. В итоге стабилизаторы получатся размером, меньше оптимального, уменьшая подъемную силу снаряда, или носовые рули окажутся размером больше оптимального, увеличивая лобовое сопротивление и/или усложняя управление снарядом. Решение заключается в том, чтобы сделать хвостовую часть свободно вращающейся, используя, например, подшипниковую опору 40, показанную на фигуре 4. Свободно вращающаяся хвостовая часть освобождает от необходимости контроля за вращением снаряда.
Однако свободно вращающаяся хвостовая часть будет иметь тенденцию вращаться с некоторой небольшой скоростью, например порядка нескольких герц. Такое вращение свободно вращающейся хвостовой части приведет к возникновению прецессионных колебаний снаряда 10. Именно из-за вращения держателя 30 стабилизаторов и стабилизаторов 32 стабилизаторы 32 изменяют свою ориентацию относительно угла атаки снаряда или кажущегося направления ветра при движении снаряда. Это вызывает изменения в параметрах лобового сопротивления и/или подъемной силы снаряда 10. Прецессионные колебания могут быть трудно устранимы или вообще неустранимы за счет использования карданного подвеса 24. Поэтому прецессионные колебания, вызываемые движением держателя 30 стабилизаторов и стабилизаторов 32 могут привести к возникновению затруднений при захвате головкой 22 самонаведения цели или другой точки прицеливания. Эти проблемы особенно остры при использовании головок самонаведения с большим временем интегрирования сигналов.
На фигуре 5 в качестве примера показан боковой восстанавливающий момент (в произвольных единицах) в функции от числа стабилизаторов хвостовой части. Как и ожидалось, большее количество стабилизаторов вызывает больший боковой восстанавливающий момент. Однако, если обратиться также к фигуре 6, можно видеть, что при нечетном числе стабилизаторов, как у снаряда 10, показанных на фигурах 1-4, изменение восстанавливающего момента при свободном вращении хвостовой части уменьшается. Например, для хвостовой части с пятью или семью стабилизаторами изменение восстанавливающего момента заметно меньше, чем для хвостовой части с четырьмя, шестью или восьмью стабилизаторами. На фигуре 7 показана функция зависимости числа пикселей, соответствующих размытию изображения, связанному с неполной компенсацией карданным подвесом 24 колебаний передней части корпуса 12, от числа стабилизаторов свободно вращающейся хвостовой части. Как можно видеть из фигуры 7, наименьшее размытие изображения имеет место у конструкций с пятью или семью стабилизаторами.
Таким образом, для снаряда 10 с нечетным числом стабилизаторов 32 характерно меньшее изменение момента (меньшие прецессионные колебания), чем для обычных устройств, имеющих четное число стабилизаторов. Уменьшение прецессионных колебаний обеспечивает лучший захват изображения цели головкой 22 самонаведения. Снаряд 10 может иметь пять стабилизаторов, может иметь семь стабилизаторов или может иметь нечетное число стабилизаторов, большее, чем семь.
Кроме обеспечения большей стабильности платформы головки 22 самонаведения преимущество использования нечетного количества стабилизаторов заключается в улучшении наведения снаряда 10. Нужно принять во внимание, что уменьшение колебаний может увеличить точность снятия показаний с инерциальных блоков, измеряющих скорость вращения и ускорение, и/или может уменьшить количество инициированных системой управления перемещений носовых рулей 20, уменьшая, таким образом, расход энергии, потребляемой системой управления.
При нечетном числе стабилизаторов 32 можно допустить использование стабилизаторов большего размера при сохранении все же управления снарядом 10 с помощью носовых рулей 20. Например, размах узла 14 хвостового оперения (диаметр окружности, описываемой стабилизаторами 32) может быть больше, чем размах носовых рулей снаряда 10 (диаметр между вершинами носовых рулей 20).
Описанная выше конфигурация с нечетной симметрией стабилизаторов (нечетное число стабилизаторов, симметрично расположенных вокруг узла хвостового оперения) может иметь дополнительные преимущества, кроме уже описанных. Например, такая конфигурация может обеспечить большую дальность полета по сравнению с аналогичными снарядами с четно-симметричной конфигурацией.
Таким образом, использование хвостовой части с нечетной симметрией, как было описано выше, приводит к созданию более эффективного летательного аппарата за счет уменьшения числа поверхностей, необходимых для создания подъемной силы, при одновременном уменьшении возможных колебаний по сравнению с соответствующими снарядами с четным числом стабилизаторов. Кроме преимуществ, заключающихся в обеспечении большей стабильности платформы для головки 22 самонаведения, и других рассмотренных выше преимуществ снаряда 10 с нечетным числом стабилизаторов 32 может иметь большую дальность полета, чем соответствующие снаряды с четным числом стабилизаторов.
Хотя изобретение рассмотрено и описано в связи с определенным предпочтительным вариантом или вариантами выполнения, очевидно, что специалистами в данной области на основе этого описания и приложенных чертежей могут быть предложены равнозначные изменения и модификации. Предполагается, что, в частности, в отношении различных функций, выполняемых описанными выше элементами (компонентами, узлами, устройствами, компоновками и т.д.), термины, использованные для описания таких элементов, соответствуют, если не оговорено другое, самому элементу, выполняющему определенную функцию описанного элемента (то есть функционально эквивалентного), даже несмотря на отсутствие конструктивного совпадения с описанной конструкцией, которая выполняет определенную функцию в приведенном здесь в качестве примера варианте или вариантах выполнения изобретения. Кроме того, хотя отдельные признаки изобретения могли быть описаны в отношении только одного из нескольких приведенных вариантов выполнения, такие признаки могут быть объединены с одним или более другими признаками, данными для других вариантов выполнения, что может быть желательным и приносить преимущества в другом конкретном приложении.
1. Управляемый снаряд (10), содержащий корпус (12) и соединенный с ним узел (14) хвостового оперения со стабилизаторами, свободно вращающийся как одно целое относительно корпуса вокруг продольной оси снаряда, отличающийся тем, что узел хвостового оперения выполнен с нечетным числом стабилизаторов (32).
2. Снаряд по п.1, отличающийся тем, что корпус содержит головку самонаведения (22).
3. Снаряд по п.2, отличающийся тем, что головка самонаведения является тепловизионной.
4. Снаряд по п.2, отличающийся тем, что головка самонаведения является радиолокационной миллиметрового диапазона.
5. Снаряд по п.2, отличающийся тем, что головка самонаведения характеризуется временем захвата более примерно 1 мс.
6. Снаряд по п.2, отличающийся тем, что головка самонаведения закреплена на корпусе карданным подвесом (24).
7. Снаряд по п.2, отличающийся тем, что стабилизаторы выполнены с возможностью развертывания в полете.
8. Снаряд по п.2, отличающийся тем, что стабилизаторы вокруг узла хвостового оперения расположены равномерно по окружности.
9. Снаряд по любому из пп.2-9, отличающийся тем, что, по меньшей мере, часть узла хвостового оперения выполнена с возможностью свободного качения относительно корпуса.
10. Снаряд по п.9, отличающийся тем, что узел хвостового оперения содержит основание (42), неразъемно соединенное с корпусом, держатель (30) стабилизаторов, к которому прикреплены стабилизаторы, и подшипниковую опору, прикрепленную к основанию с возможностью обеспечения в основном свободного вращения держателя стабилизаторов относительно основания.
