Способ разминирования минных полей звуковым ударом
Владельцы патента RU 2442945:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Летно-исследовательский институт имени М.М. Громова" (RU)
Изобретение относится к способу разминирования местности, дистанционному воздействию на различные вещества и объекты, в частности инженерные боеприпасы, взрывчатые вещества. Для разминирования минных полей звуковыми ударами, создаваемыми при пролете самолета со сверхзвуковой скоростью в районе расположения заранее выбранного участка минного поля, планируют полет на малой высоте. Вычисляют траекторию фокусирования звукового удара, располагая линию фокусирования звукового давления шириной 50-90 м в начале участка минного поля, на котором в процессе полета «фокусированное пятно» перемещается вдоль подковообразной линии с усилением звукового удара в 4-5 раз. Производят точное управление сверхзвуковым полетом самолета, выдерживая рассчитанную траекторию движения и темп разгона, формируя ударную волну давления интенсивного воздействия, которая через колебания подстилающей поверхности вызывает срабатывание детонаторов с акустическими и механическими взрывателями. Повышается эффективность разминирования минных полей с помощью звуковых ударов, создаваемых при пролете самолета. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к военной технике, к способам разминирования местности, дистанционному воздействию на различные вещества и объекты, в частности инженерные боеприпасы, взрывчатые вещества.
Уровень техники
Известно устройство (см. патент DE 444253 C1) для обезвреживания мин, гранат и других взрывных предметов, которые находятся в земле или на поверхности земли. Это устройство для разминирования выполнено как навесное устройство для бронированного транспортного средства. Вращающиеся против направления подачи элементы выполнены в этом устройстве в виде дисковых тел, которые имеют по окружности режущие и пилящие элементы; несколько дисковых тел установлены вертикально рядом друг с другом.
Известны способ извлечения наземных мин и устройство для разминирования в виде навесного агрегата для транспортных средств, в частности для бронированных транспортных средств, предназначенное для извлечения наземных мин (патент DE 4230769 C2). Данное устройство имеет разминирующий щит с экскаваторными зубьями, которые расположены на опорной раме с возможностью регулирования на одной линии под косым углом к направлению движения. Каждый элемент разминирующего щита состоит из изогнутой внутрь верхней части и продолжается экскаваторными зубьями для достижения необходимой глубины разминирования. С помощью поверхностей скольжения каждый элемент разминирующего щита может проводиться по поверхности земли. Отдельные верхние части укреплены на опорной раме с возможностью регулировки с помощью горизонтальных поворотных осей поперек направления движения и с помощью приданных поверхностей скольжения могут самостоятельно перемещаться по поверхности земли. Поверхности скольжения соединены с верхними частями через расположенные перед ними в направлении движения скосы. В верхних частях размещаются экскаваторные и/или разминирующие зубья для перемещения верхних частей элементов разминирующего щита при глубине погружения до 40 см.
В патенте DE 4441075 C1 раскрыто транспортное средство для разминирования с фронтальным навесным устройством, которое может использоваться для разминирования. Фронтальное навесное устройство транспортного средства поднимают и опускают с помощью шарнирно установленных на транспортном средстве и допускающих поворот рамных стержней. Фронтальное навесное устройство выполнено частично открытым вперед и вниз в направлении движения ящика поперек направления движения. Ящик приводится во вращательное движение гидравлическим фрезерным барабаном, который вращается против направления движения, подает мину к барабану и там взрывает посредством приложения давления. Для отвода магнитных материалов перед фрезерным барабаном установлен магнит или магнитное устройство для притягивания металлических частей.
Все вышеуказанные устройства или транспортные средства для разминирования выполнены в навесном виде, т.е. как транспортные средства с фронтальным навесным устройством. Обезвреживание противопехотных мин, а также подпрыгивающих мин, мин с кумулятивным зарядом, противотанковых мин требует применения бронированного транспортного средства, безопасного для водителя; кабина должна выполняться из броневой стали, а смотровые стекла - из броневого стекла, закрываемые защитными щитками. Толстостенный барьер между фрезерным барабаном и шасси должен надежно предотвращать повреждение гидравлических устройств, трубопроводов и гусениц бронированного транспортного средства.
Однако надежность разминирования таких устройств является недостаточной. По требованиям ООН надежность, по меньшей мере, должна составлять 99.6% при разминировании в гуманитарных целях, что не может быть надежно обеспечено с помощью известных устройств.
Известен способ воздействия на вещества и объекты последовательными ударными волнами (см. патент РФ №2335731, F41H 13/00, F42D 5/00). Способ дистанционного ударно-волнового воздействия на различные вещества и объекты, в частности инженерные боеприпасы, взрывчатые вещества, заключается в том, что воздействие производят серией ударных волн, оперативно управляя продолжительностью, периодичностью и силой каждой из них. При этом повышается поражающий эффект и уменьшаются затраты на различные вещества и объекты, обеспечивающие дистанционное инициирование взрывчатых веществ.
Вероятность совпадения силы и частоты следования случайного набора ударных волн с резонансными свойствами конкретной цели следует учитывать при скоростном разминировании местности. На границе контакта взрывных газов с нейтральной средой происходит обмен импульсом движения. Если плотность вещества в области, занятой продуктами детонации, существенно ниже плотности окружающей среды, то часть энергии взрыва (до 50%) возвращается обратно. Возникает апериодический колебательный процесс. Сферическая ударная волна, расходящаяся от эпицентра взрыва, на границе раздела сред отражается и превращается в сходящуюся. Цикл повторяется, так что вся энергия взрыва передается окружающей среде после нескольких последовательных пульсаций в виде серии слабеющих ударных волн. Силы частоты повторения этих волн меняются, перечисленные факторы при совпадении с резонансными характеристиками цели усиливают поражающий эффект.
Известен патент США №2938682, C1-244-77, Laurence E. Fogarty, 1960 (взятый за прототип) "Методы и средства фокусирования звуковых ударов, создаваемых самолетом". Здесь предложен способ концентрации звукового удара, создаваемого пролетом летательного аппарата (ЛА) со сверхзвуковой скоростью в районе расположения заранее выбранной цели. С помощью телескопического устройства летчик может осуществлять наблюдение объекта с целью фокусирования и концентрации звуковых ударов в месте его расположения. Однако недостаточная точность и эффективность предложенной системы не дает возможность использовать ее при обезвреживании мин путем инициализации их подрыва.
Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении эффективности разминирования минных полей с помощью звуковых ударов, создаваемых при пролете самолета, и уменьшении затрат.
Для решения задачи в способе разминирования минных полей звуковыми ударами, создаваемыми при пролете самолета со сверхзвуковой скоростью в районе расположения заранее выбранного участка минного поля, планируют полет на малой высоте, вычисляют траекторию фокусирования звукового удара, располагая линию фокусирования звукового давления шириной 50-90 м в начале участка минного поля, на котором в процессе полета «фокусированное пятно» перемещается вдоль подковообразной линии с усилением звукового удара в 4-5 раз, производят точное управление сверхзвуковым полетом самолета, выдерживая расчетную траекторию движения и темп разгона, формируя ударную волну давления интенсивного воздействия, которая через колебания подстилающей поверхности вызывает срабатывание детонаторов с акустическими и механическими взрывателями.
Кроме того, в одном вылете самолет может сделать несколько пролетов над разминируемым участком, что может быть использовано для расширения обработанного поля или повышения надежности разминирования при повторном пролете над одним и тем же участком.
Способ осуществляют с помощью авиационной системы, содержащей навигационный комплекс с вычислителем, соединенный с системой автоматического управления и индикатором на лобовом стекле, в навигационный комплекс введены бортовая аппаратура потребителя спутниковой навигационной системы, инерциальная навигационная система, система воздушных сигналов, радиовысотомер, радиолокационная станция, соединенный с ними вычислитель траектории полета летательного аппарата, выход которого подключен к системе автоматического управления.
На фиг.1 показана структурная схема реализации системы разминирования минных полей (СРМП).
На фиг.2 и 3 приведены схемы воздействия звукового удара.
На фиг.1 изображены:
1 - космическая часть спутниковой навигационной системы (СНС);
2 - бортовой навигационный комплекс;
3 - бортовая аппаратура потребителя СНС;
4 - инерциальная навигационная система (ИНС);
5 - система воздушных сигналов (СВС);
6 - индикатор на лобовом стекле (ИЛС);
7 - радиовысотомер (РВ);
8 - радиолокационная станция (РЛС);
9 - самолет;
10 - вычислитель траектории полета самолета;
11 - визир ИЛС;
12 - система автоматического управления (САУ);
13 - летчик;
14 - двигатели самолета;
15 - рулевые поверхности;
16 - минное поле;
17 - ударная волна.
В СРМП, включающей летательный аппарат 9 с навигационным комплексом 2, в котором бортовая аппаратура потребителя спутниковой навигационной системы 3, инерциальная навигационная система 4, система воздушных сигналов 5, радиовысотомер 7, радиолокационная станция 8 соединены с вычислителем 10, который соединен с системой автоматического управления 12 и индикатором на лобовом стекле 6.
Предлагаемый способ осуществляют в следующей последовательности.
Для профилактического подрыва мин на местности используется ударная волна давления, создаваемая самолетом при сверхзвуковой скорости его полета (фиг.2). Область распространения возмущений давления ограничивается в этом случае поверхностью головной ударной волны, которая начинается у носовой части фюзеляжа (коноид ударного фронта) 18 и характеризуется скачкообразным повышением давления. За головной волной следуют ударные волны от других частей самолета (крыла, оперения и др.), в следе за хвостовой волной давление восстанавливается до атмосферного. Созданные ударные волны, достигая поверхности земли, оказывают неблагоприятное воздействие на окружающую среду, вызывая в том числе вибрацию почвы.
В случае полета самолета на достаточно большой высоте указанные промежуточные ударные волны успевают слиться с головной или хвостовой волнами, образуя так называемую N-волну. Такая волна воспринимается наблюдателем как двойной удар, соответствующий по интенсивности близкому выстрелу из ружья или орудия.
Для инициализации подрыва мин используется пролет сверхзвукового самолета на малой высоте Н=50…100 м, при котором зона интенсивного воздействия занимает полосу шириной около двух высот полета. Ударная волна через колебания подстилающей поверхности вызывает срабатывание детонаторов для мин с акустическими и механическими взрывателями. На магнитные мины заявленный способ не распространяется. В одном вылете самолет может сделать несколько пролетов над разминируемым участком, что может быть использовано для расширения обработанного поля или повышения надежности разминирования при повторном пролете над одним и тем же участком.
При выходе на режим сверхзвукового полета необходимо учитывать особенности околозвукового ускорения самолета, отмеченные на фиг.3, для точек земной поверхности, находящихся непосредственно под траекторией полета. В процессе разгона самолета в некоторой точке О впервые достигается значение числа М, равное единице, а в последующей точке G самолет выходит на критическое число Мкр. Начиная с этой позиции возмущения, созданные самолетом, могут доходить до поверхности земли и вызывать подрыв установленных минных боеприпасов. Критический звуковой луч GGH19 касается земной поверхности на значительном расстоянии впереди самолета и затем вследствие рефракции уходит вверх. Дальнейшее увеличение числа М полета приводит к сокращению "броска вперед", так что в некоторую точку D могут прийти волны давления, созданные самолетом как в позиции D1, так и в D2. Эти волны разделены заметным промежутком времени и воспринимаются как два раздельных звуковых удара. В плоскости полета существует одна точка F20, в которой такие волны сливаются; интенсивность воздействия усиливается при этом в несколько раз (в 4…5 раз вследствие нелинейных эффектов). Отмеченное явление называется фокусированием, фактический диаметр "фокусированного пятна" составляет 50…90 м. После прохода точки F фокусированное пятно 20 реализуется в боковых точках от трассы полета, по мере движения самолета оно перемещается вдоль подковообразной линии, называемой линией фокусирования звукового удара.
При планировании полетов по разминированию местности линию фокусирования необходимо располагать на начальном участке минного поля. С этой целью необходимо проводить специальные расчеты, а в полете выдерживать необходимый темп разгона и соответствующую траекторию движения. Расчетные методы изложены, например, в кн. "Авиационная акустика", М.: Машиностроение, 1973.
Сверхзвуковой полет самолета на малой высоте также предъявляет высокие требования к точности и быстродействию управления полетом; такой полет может быть осуществлен только с помощью специальной бортовой системы, предназначенной для маловысотных полетов самолета.
Таким образом увеличивается поражающий эффект и уменьшаются затраты при разминировании минных полей с помощью звуковых ударов, создаваемых при пролете самолета.
1. Способ разминирования минных полей звуковым ударом, создаваемым при пролете самолета со сверхзвуковой скоростью в районе расположения заранее выбранного участка минного поля, отличающийся тем, что планируют полет на малой высоте, вычисляют траекторию фокусирования звукового удара, располагая линию фокусирования звукового давления шириной 50÷90 м в начале участка минного поля, на котором в процессе полета «фокусированное пятно» перемещается вдоль подковообразной линии с усилением звукового удара в 4-5 раз, производят точное управление сверхзвуковым полетом самолета, выдерживая расчетную траекторию движения и темп разгона, формируя ударную волну давления интенсивного воздействия, которая через колебания подстилающей поверхности вызывает срабатывание детонаторов с акустическими и механическими взрывателями.
2. Способ разминирования минных полей звуковыми ударами по п.1, отличающийся тем, что в одном вылете самолет может сделать несколько пролетов над разминируемым участком, что может быть использовано для расширения обработанного минного поля или повышения надежности разминирования при повторном пролете над одним и тем же участком.
