Система разделения и стабилизации головной части
Владельцы патента RU 2540036:
Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "СПЛАВ" (RU)
Изобретение относится к области ракетной техники, в частности к системе разделения и стабилизации головной части. Система разделения и стабилизации головной части представляет собой боевой отсек и оболочку с дном. В оболочке размещены парашютная система стабилизации и узел разделения. Парашютная система стабилизации выполнена в виде контейнера с дном. Система разделения дополнительно снабжена механизмом фиксации газодинамического типа. Корпус механизма фиксации выполнен в виде двух тороидальных крышек, скрепленных между собой направляющими винтами. Между крышками механизма фиксации размещено поршневое кольцо, подвижно закрепленное на центральном газоводе. Газовод связывает исполнительный механизм боевого отсека, аккумулирующую и рабочую зоны узла разделения. Над кольцом в окнах одной из крышек механизма размещены элементы фиксации сегментного вида. Элементы взаимодействуют с ответной угловой поверхностью проточки, выполненной в оболочке головной части. В рабочей зоне механизма, отделенной от сбросовой камеры посредством поршневого кольца, размещены элементы форсирования, скрепляющие кольцо и крышку механизма фиксации. Достигается повышение надежности системы разделения. 1 ил.
Изобретение относится к области ракетной техники и может быть использовано при разработке реактивных снарядов (PC) с разделяющимися головными частями (ГЧ).
Одним из важных направлений повышения эффективности боевого применения снарядов реактивной и ствольной артиллерии является разработка снарядов, обеспечивающих разделение или 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 систем разделения и стабилизации ГЧ, обеспечивающих первоначально надежную фиксацию, а затем расфиксацию разделяемых элементов конструкции при невысоких параметрах заряжания системы разделения, что позволяет снизить силовые нагрузки и, следовательно, пассивную массу разрабатываемого образца. Это особенно важно при разработке боеприпасов, работающих на высоких скоростных режимах и испытывающих, тем самым, серьезные аэродинамические нагрузки на составные элементы конструкции.
Таким образом, решение поставленной задачи связано с необходимостью разработки рациональных вариантов конструкции узлов фиксации, отделения и вскрытия, обеспечивающих жесткость снаряда при движении по траектории и надежность отделения и стабилизации фрагментов разделяющегося реактивного снаряда (РРС).
По заявке ФРГ (DE) №4002355 от 13.09.90 г. (РФ ИСМ вып.81, МКИ F42B, №7-9, 1991 г.) известна головная часть с парашютом. ГЧ предназначена для сбрасывания со снаряда-носителя над районом цели. Она имеет парашют для снижения скорости движения относительно земли. Головная часть отличается тем, что парашют снабжен средствами для вращения ее с желательной скоростью. Имеется чувствительный элемент для поиска района цели. Головная часть отличается тем, что парашют имеет средства для создания вращения. Они приводят парашют во вращение в направлении, противоположном направлению вращения ГЧ.
Из указанного выше следует, что в известной головной части с парашютом не описываются конструктивные узлы и элементы, обеспечивающие первоначально фиксацию, а затем отделение или вскрытие разделяемых фрагментов. Таким образом, задачей известного технического решения являлось создание средств вращения парашюта, компенсирующих вращение ГЧ и обеспечивающих, тем самым, стабильную форму парашюта (без скручивания строп) и малоизменяющееся усилие торможения при спуске головной части в районе цели.
Общим признаком с предлагаемой авторами конструкцией разделяющейся ГЧ (РГЧ) является наличие у снаряда-носителя головной части с парашютом, обеспечивающим снижение скорости подхода к поражаемой цели.
Известна также 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.
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 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 РГЧ является наличие головной части с парашютным отсеком, имеющим узел разделения с элементами форсирования.
Наиболее близким по технической сути и достигаемому техническому результату является отделяемая головная часть, принятая авторами за прототип и известная по патенту России RU (11) №2231016 (13) С1 от 17.03.2003 г. (опубл. в Бюл. №17 20.06.2004 г.) Отделяемая ГЧ содержит парашютный отсек в виде кожуха с дном, механизм вскрытия с толкателем, предохранительно-исполнительный механизм, исполнительные органы и узлы форсирования. Механизм вскрытия жестко закреплен в дне парашютного отсека и выполнен в виде цилиндра с поршнем и кольцевыми упорами. На поршне механизма вскрытия смонтирован полый толкатель, скрепленный с кожухом парашютного отсека. В полости толкателя размещен узел разделения, газодинамически связанный с полостью отделения. Узел разделения газодинамически связан с размещенным в поршне двухканальным предохранительно-исполнительным механизмом.
Использование такой конструкции позволяет обеспечить стабильность работы парашютной системы стабилизации в условиях нестабилизированного и высокоскоростного скоростного движения крупногабаритной головной части на траектории. Однако в ряде практически важных случаев использования малогабаритного боеприпаса, связанных, например, с существенным увеличением дальности стрельбы, и требующих повышенной жесткости конструкции для парирования более мощных аэродинамических нагрузок (при больших скоростных напорах и больших углах атаки), возникает необходимость серьезного упрочнения конструкции за счет совершенствования механизмов фиксации ее составных элементов.
Таким образом, задачей данного технического решения (прототипа) являлась разработка отделяемой головной части, обеспечивающей повышение надежности функционирования исполнительных органов боеприпаса и стабильности ввода парашютной системы в действие в условиях нестабилизированного и высокоскоростного движения крупногабаритной ГЧ, а также использования традиционных узлов фиксации и форсирования разделяющихся элементов конструкции в виде разрывных болтов.
Общими признаками с предлагаемой авторами конструкцией отделяющейся ГЧ является наличие парашютного отсека в виде контейнера с дном и узла разделения с элементами форсирования.
В отличие от прототипа в предлагаемой конструкции РГЧ узел разделения дополнительно снабжен механизмом фиксации газодинамического типа, корпус которого выполнен в виде двух тороидальных крышек, скрепленных между собой направляющими винтами.
Между крышками механизма размещено поршневое кольцо, подвижно закрепленное на центральном газоводе, связывающем исполнительный механизм боевого отсека, аккумулирующую и рабочую зоны механизма разделения, а над кольцом в проточке оболочки головной части размещены элементы фиксации сегментного вида.
При этом между крышками механизма размещено поршневое кольцо, подвижно закрепленное на центральном газоводе, связывающем исполнительный механизм боевого отсека, аккумулирующую и рабочую зоны механизма разделения, а над кольцом в окнах одной из крышек механизма размещены элементы фиксации сегментного вида, взаимодействующие с ответной угловой поверхностью проточки, выполненной в оболочке головной части.
Одновременно в рабочей зоне механизма, отделенной от сбросовой камеры посредством поршневого кольца, размещены элементы форсирования, скрепляющие кольцо и крышку механизма фиксации.
Указанные признаки, отличительные от прототипа и на которые распространяется испрашиваемый объем правовой защиты, являются существенными и достаточными для достижения нового технического результата.
Задачей предлагаемого изобретения является дальнейшее повышение надежности функционирования исполнительных органов малогабаритной разделяющейся головной части в условиях нестабилизированного и высокоскоростного движения по траектории за счет повышения жесткости и прочности составных элементов РГЧ, а также за счет снижения параметров заряжания узла разделения, обеспечивающих снижение пассивной массы конструкции.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известных вариантах разделяющихся головных частей, имеющих в своем составе боевой отсек и оболочку с дном, в которой размещены парашютная система стабилизации, выполненная в виде контейнера с дном, и узел разделения с элементами форсирования, особенность конструкции заключается в том, что:
- система разделения дополнительно снабжена механизмом фиксации газодинамического типа, корпус которого выполнен в виде двух тороидальных крышек, скрепленных между собой направляющими винтами;
- между крышками механизма фиксации размещено поршневое кольцо, подвижно закрепленное на центральном газоводе, связывающем исполнительный механизм боевого отсека, аккумулирующую и рабочую зоны механизма фиксации;
- над кольцом в окнах одной из крышек механизма размещены элементы фиксации сегментного вида, взаимодействующие с ответной угловой поверхностью проточки, выполненной в оболочке головной части;
- в рабочей зоне механизма, отделенной от сбросовой камеры посредством поршневого кольца, размещены элементы форсирования, скрепляющие кольцо и крышку механизма фиксации.
Новая совокупность конструктивных узлов и элементов, а также наличие причинно-следственных связей между ними позволяет решить поставленную задачу. В частности, снабжение узла разделения дополнительным механизмом фиксации газодинамического типа, корпус которого выполнен в виде двух тороидальных крышек, скрепленных между собой направляющими винтами, на которых подвижно закреплено поршневое кольцо, а также размещение над кольцом в окнах одной из крышек механизма элементов фиксации сегментного вида, взаимодействующих с ответной угловой поверхностью проточки, выполненной в оболочке головной части, обеспечивает решение важных практических задач, а именно:
- резко повышает жесткость и прочность корпуса головной части, парирующего мощные силовые нагрузки в момент произвольного (нестабилизированного) движения на траектории за счет наличия периферийного механизма фиксации, использующего элементы фиксации сегментного вида, размещенные в оболочке ГЧ;
- существенно снижает параметры заряжания и максимальные силовые нагрузки на элементы конструкции за счет снижения уровня рабочего давления, потребного для страгивания поршневого кольца в начале процесса разделения и зависящего от усилия затяжки сегментных элементов в проточке оболочки при сборке изделия;
При этом подвижное размещение поршневого кольца на направляющих винтах и центральном газоводе, связывающем исполнительный механизм боевого отсека, аккумулирующую и рабочую зоны механизма фиксации, обусловлено требованиями надежного функционирования узла фиксации головной части, причем наличие аккумулирующей зоны связано, как и в предыдущем случае, с необходимостью сброса избыточного давления из рабочей зоны механизма и, тем самым, снижения силовых нагрузок на составные элементы ГЧ в процессе разделения.
Одновременно размещение элементов форсирования, скрепляющих кольцо и крышку механизма фиксации, в рабочей зоне механизма, отделенной от сбросовой камеры посредством поршневого кольца, обеспечивает регламентацию максимального нагружения механизма фиксации за счет выбора величины разрушающего усилия элементов форсирования, выполненных в виде разрывных болтов.
Таким образом, перечисленные конструктивные особенности разделяющейся головной части, базирующиеся на возможности одновременного использования узла разделения с осевыми элементами форсирования и периферийного механизма фиксации составных элементов, позволяют решить поставленную задачу и разработать конструкцию РГЧ, надежно функционирующую в жестких полетных условиях, связанных, как правило, с необходимостью повышения дальности полета боеприпаса. При этом возможность снижения уровня силового нагружения на разделяемые элементы конструкции, обусловленная наличием кольцевого поршня с развитой площадью силового воздействия и, следовательно, малым усилием страгивания в процессе разделения, обеспечивает уменьшение пассивной массы разрабатываемого образца.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид системы разделения и стабилизации для головной части, содержащей боевой отсек 1 и оболочку 11 с дном 15, в которой размещены парашютная система стабилизации 10, выполненная в виде контейнера 12 с дном 13, и узел разделения с осевыми элементами форсирования 9.
Система разделения дополнительно снабжена механизмом фиксации газодинамического типа, корпус которого выполнен в виде двух тороидальных крышек 3, скрепленных между собой направляющими винтами 5.
Между крышками механизма фиксации размещено поршневое кольцо 6, подвижно закрепленное на центральном газоводе 4, газодинамически связывающим исполнительный механизм 2 боевого отсека, аккумулирующую А и рабочую В зоны механизма, и узел разделения 14.
Над кольцом в окнах одной из крышек механизма размещены элементы фиксации 7 сегментного вида, взаимодействующие с ответной угловой поверхностью проточки 8, выполненной в оболочке 11 головной части.
В рабочей зоне механизма, отделенной от сбросовой камеры Б посредством поршневого кольца 6, размещены осевые элементы форсирования 9, скрепляющие кольцо и крышку механизма фиксации.
Система разделения и стабилизации в составе головной части функционирует следующим образом.
В заданный момент времени полета разделяющегося снаряда от исполнительного механизма 2 боевого отсека 1 подается команда через центральный газовод 4 на узел разделения 14 и обеспечивается его срабатывание. Продукты работы узла разделения заполняют зону разделения ГЧ между доньями оболочки и контейнера Г, а затем через газовод 4 поступают в рабочую В и аккумулирующую А зоны механизма фиксации.
При величине давления в рабочей зоне В, соответствующего давлению страгивания поршневого кольца 6 (~10 кгс/см2), зажатого между центральным газоводом 3 и сегментными элементами 7, начинается осевое перемещение его в сторону сбросовой камеры Б. При перемещении кольца, превышающем ширину сегментного элемента, под действием осевого усилия, создаваемого в процессе сборки РГЧ, а также угловой поверхности проточки 8 сегментные элементы проваливаются в радиальном направлении и освобождаются от зацепления с оболочкой 11.
Под действием давления в зоне разделения Г начинается разрушение элементов форсирования 9 узла разделения и отделение ГЧ от пассивных элементов двигателя, при этом накопленный запас энергии в аккумулирующей зоне А обеспечивает повышение надежности и скорости процесса разделения ГЧ. Одновременно, в процессе завершения осевого перемещения поршневого кольца 6 происходит улавливание его в сбросовой камере Б.
При величине перемещения дна контейнера 13, превышающего длину направляющей оболочки ГЧ, обеспечивается выход парашютного отсека 10 из оболочки 11, ввод парашюта в действие, стабилизация ГЧ и ее ориентированное движение к поражаемой цели.
Таким образом, использование предлагаемого изобретения позволяет существенно повысить прочность конструкции, снизить параметры заряжания системы разделения и тем самым обеспечить надежность функционирования исполнительных органов головной части в процессе высокоскоростного движения и разделения составных элементов конструкции на траектории.
Изобретение может быть использовано при разработке снарядов с разделяющимися головными частями, в том числе для реактивных систем залпового огня.
Указанный положительный эффект подтвержден испытаниями опытных образцов разделяющихся головных частей, снабженных системами разделения и стабилизации и выполненных в соответствии с предлагаемым изобретением.
Система разделения и стабилизации головной части, имеющей в своем составе боевой отсек и оболочку с дном, в которой размещены парашютная система стабилизации, выполненная в виде контейнера с дном, и узел разделения, отличающаяся тем, что система разделения дополнительно снабжена механизмом фиксации газодинамического типа, корпус которого выполнен в виде двух тороидальных крышек, скрепленных между собой направляющими винтами, при этом между крышками механизма фиксации размещено поршневое кольцо, подвижно закрепленное на центральном газоводе, связывающем исполнительный механизм боевого отсека, аккумулирующую и рабочую зоны узла разделения, а над кольцом в окнах одной из крышек механизма размещены элементы фиксации сегментного вида, взаимодействующие с ответной угловой поверхностью проточки, выполненной в оболочке головной части, одновременно в рабочей зоне механизма, отделенной от сбросовой камеры посредством поршневого кольца, размещены элементы форсирования, скрепляющие кольцо и крышку механизма фиксации.
