Артиллерийский снаряд с запоясковым конусом

Изобретение относится к боеприпасам, а именно к осколочно-фугасным снарядам, и может быть использовано в военном деле. Осколочно-фугасный снаряд содержит корпус с переходной втулкой и ведущим пояском, запоясковый конус, снаряжение в виде разрывного заряда, картонных прокладок и шашки дополнительного заряда. Снаряд в окончательное снаряжение приведен взрывателем. Для исключения донного подсоса в запоясковом конусе выполнены сквозные отверстия наклонно к продольной оси корпуса. Изобретение направлено на повышение дальности полета снаряда за счет существенного снижения донного сопротивления без значительных материальных затрат. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к боеприпасам, а именно к осколочно-фугасным снарядам, и может быть использовано в военном деле.

Известен артиллерийский осколочно-фугасный снаряд 3ОФ45М-1 (фиг. 1), содержащий корпус 1 с переходной втулкой 2 и ведущим пояском 3, запоясковый конус 4, снаряжение в виде разрывного заряда 5, картонных прокладок 6 и шашки дополнительного заряда 7. Картонные прокладки 6, размещенные между разрывным 5 и дополнительным 7 зарядами, предназначены для поджатая разрывного заряда. Артиллерийский снаряд укомплектован взрывателем 8 (см. с. 228-229 [1]; с. 22-24, 26-28 [2]).

С развитием артиллерии увеличивались требования к тактико-техническим характеристикам выстрелов и снарядов. Одним из требований, предъявляемых к артиллерии и боеприпасам к ней, было и остается - это увеличение дальности стрельбы, которая расширяет круг задач, решаемых артиллерией, и уменьшает вероятность ее поражения при контрбатарейной стрельбе. Наличие у снаряда 3ОФ45М-1 удлиненного запояскового конуса 4 (см. фиг. 1) уменьшает его донное сопротивление в полете и увеличивает дальность стрельбы. Другим известным артиллерийским осколочно-фугасным снарядом является снаряд 3ОФ61 (см. с. 229-230 [1]; с. 25 [2]). У снаряда 3ОФ61, в отличие от снаряда 3ОФ45М-1, в объеме запояскового конуса расположен пороховой генератор [2]. Наличие порохового газогенератора обеспечивает значительное уменьшение донного сопротивления (исключает донный подсос), что приводит к увеличению дальности полета снаряда. Известно, что при движении снаряда в воздухе вследствие торможения частиц пограничного слоя трением нарушается плавное обтекание поверхности снаряда, возникает отрыв пограничного слоя от поверхности снаряда, сопровождающийся вихреобразованием. Отрыв пограничного слоя происходит обычно в запоясковой части снаряда или за его донным срезом. При этом за донным срезом снаряда образуется область пониженного давления, в которую с поверхности снаряда срываются крупные воздушные вихри, образующие вихревой, так называемый, аэродинамический след за дном снаряда.

Указанные снаряды являются прототипами предлагаемого и имеют следующие основные недостатки:

- у снаряда 3ОФ45М-1 хотя и уменьшается донное сопротивление, но не в достаточной степени;

- у снаряда 3ОФ61 пороховой газогенератор обеспечивает значительное уменьшение донного сопротивления, но он работает определенное время, т.е. не на всей траектории полета и является узлом, усложняющим конструкцию снаряда.

Наиболее близким к заявляемому снаряду является осколочно-фугасный снаряд 3ОФ45М-1.

Предлагается конструктивными изменениями запояскового конуса снаряда решить задачу повышения дальности полета снаряда за счет существенного снижения донного сопротивления без значительных материальных затрат.

Указанная цель достигается тем, что в известном осколочно-фугасном снаряде, содержащем корпус 1 с переходной втулкой 2 и ведущим пояском 3, запоясковый конус 4, снаряжение в виде разрывного заряда 5, картонных прокладок 6 и шашки дополнительного заряда 7, и приведенным в окончательное снаряжение взрывателем 8, в запоясковом конусе выполнены сквозные отверстия наклонно к продольной оси корпуса под углом γ=34°-α (фиг. 2). Угол в 34° получен из условия исключения перекрытия площадей входа и выхода наклонного отверстия (определен при α=0, как для предельного случая, где α - угол при переходе цилиндрической запоясковой части в коническую).

Эффективно, если суммарная площадь наклонных отверстий по поперечному сечению превышает площадь поперечного сечения внутренней поверхности запояскового конуса по нижнему срезу, т.е. количество отверстий (см. фиг. 2). Диаметр наклонного отверстия d0 определяется из условия не перекрытия площадей его входа и выхода в плоскости, проходящей через образующую запояскового конуса. При этих условиях диаметр отверстия зависит от толщины стенки запояскового конуса и угла его наклона к продольной оси корпуса снаряда, т.е. d0=h cos γ, где h - толщина стенки запояскового конуса.

На фиг. 1 изображен осколочно-фугасный снаряд 3ОФ45М-1; на фиг. 2 - предлагаемый артиллерийский снаряд с запоясковым конусом.

Принцип работы заявленного артиллерийского снаряда с запоясковым конусом повышенной дальности стрельбы за счет существенного снижения донного сопротивления воздуха заключается в следующем.

В полете артиллерийский снаряд совершает поступательное и вращательное движение. Центр масс снаряда описывает в пространстве траекторию, снаряд вращается вокруг своей оси, а ось снаряда совершает сложное колебательное движение вокруг касательной к траектории.

На снаряд со стороны воздуха будет действовать сила сопротивления воздуха Rв, направленная в сторону, обратную движению. Кроме силы сопротивления воздуха на снаряд будет действовать сила тяжести mg, где m - масса снаряда, a g - ускорение свободного падения.

Уравнение поступательного движения снаряда имеет вид

где V - скорость движения снаряда;

t - время;

Θ - угол наклона касательной к траектории.

Силу сопротивления воздуха Rв можно определить по зависимости

где Сх - аэродинамический коэффициент продольной силы сопротивления;

Sм - площадь миделя снаряда;

ρ - плотность воздуха.

Поскольку плотность воздуха меняется с высотой, а скорость движения снаряда также является переменной величиной, то решить задачу по определению параметров полета снаряда в аналитическом виде не представляется возможным. Поэтому в первом приближении выражение для силы сопротивления воздуха можно получить в общем виде, рассмотрев сущность физических процессов, протекающих при движении снаряда в воздухе.

Известно, что большую часть траектории полета снаряд движется со сверхзвуковой скоростью , т.е. впереди снаряда находится узкая зона с резким, но непрерывным изменением параметров потока воздуха, которую называют скачком уплотнения или ударной волной [3], где а - скорость звука в воздухе; М - число Маха.

На образование ударных волн и их перемещение вместе со снарядом затрачивается кинетическая энергия движения снаряда. Это является причиной возникновения при М>1 волнового сопротивления. Сила волнового сопротивления Rволн по своей природе относится к силам давления. Другие источники сопротивления движению при сверхзвуковой скорости полета снаряда по своей физической сущности остаются такими же, как и при дозвуковой скорости.

Таким образом, при М>1 полное сопротивление движению снаряда в воздухе складывается из трех источников [3]:

- сопротивления трения Rтp;

- сопротивления донного подсоса Rдн;

- волнового сопротивления Rволн.

Местные скачки уплотнения могут появляться и при дозвуковой скорости. Это будет при скорости обтекания снаряда, близкой к скорости звука, когда на отдельных участках обтекаемого снаряда значения местных скоростей потока становятся равными или большими местной скорости звука.

Число М набегающего потока, при котором в некоторой точке обтекаемого снаряда значение местной скорости потока становится равным местной скорости звука, называется критическим (Мкр).

Явление резкого изменения характера обтекания снаряда при околозвуковых скоростях (когда Мкр<М<1), связанное с появлением на поверхности снаряда скачков уплотнения, называется волновым кризисом.

Для артиллерийских снарядов и мин Мкр=0,75-0,90. Источники сопротивления движению снаряда в воздухе при околозвуковых скоростях те же, что и при М>1.

Волновое сопротивление является основным источником сопротивления движению снарядов при околозвуковых и сверхзвуковых скоростях полета и составляет 50% и более от аэродинамической силы сопротивления воздуха. Основными направлениями уменьшения волнового сопротивления является увеличение относительной длины головной части, т.е. длины головной части, выраженной в калибрах - , и уменьшение притупления головной части.

Расчет аэродинамического коэффициента сопротивления трения снаряда при М>1 производится по формуле [3]:

где

Sтр - площади трения снаряда о воздух;

- число Рейнольдса;

L - длина снаряда с взрывателем;

μ - динамический коэффициент вязкости (в частности для воздуха при Т=288 K );

ЛПС - ламинарный пограничный слой;

СПС - смешанный пограничный слой;

ТПС - турбулентный пограничный слой.

Расчет аэродинамического коэффициента донного сопротивления производится по формуле:

где

- показатель адиабаты.

Волновое сопротивление для головных частей, выполненных по радиусу (оживальных), по параболе, или по степенному закону определяется по зависимости

Прежде чем определить величину аэродинамического коэффициента продольной силы сопротивления Сх по рассмотренной методике с небольшой погрешностью можно допустить, что площади трения по внешней поверхности запояскового конуса 4 для штатного (см. фиг. 1) и предлагаемого (см. фиг. 2) снарядов одинаковы по величине.

При движении газового потока (воздуха) вдоль образующей запояскового конуса 4 (см. фиг. 2) через отверстия воздух затекает во внутренний объем конуса и выходит из него через донную часть с давлением примерно равным на его поверхности, исключая тем самым донный подсос, что и дает положительный эффект.

Пример расчета аэродинамического сопротивления при М>1

I. Для снаряда 3ОФ45М-1: V=500 м/с; а=340 м/с; М=1,47; d=0,152 м; dдн=0,112 м; L=0,870 м (с взрывателем); =0,428 м (с взрывателем) - головная часть оживальная; =0,296 м (длина цилиндрической части снаряда); =0,146 м (длина запояскового конуса); Sтp=0,253 м2; Sм=0,018 м2; Sдн=0,00985 м2; ρ=0,82 кг/м3; .

Определяем аэродинамический коэффициент продольной силы сопротивления Сх.

1. Определяем .

1.1. Рассчитываем число Рейнольдса.

- смешанный пограничный слой.

1.2. Рассчитываем величину Cƒ.

1.3. Рассчитываем аэродинамический коэффициент .

.

2. Определяем при М=1,47 по зависимости (5).

2.1. Ср=-0,3.

2.2. Рассчитываем аэродинамический коэффициент донного сопротивления.

3. Определяем Сх волн.

Так как головная часть оживальная, то , и, используя уравнение (6), получим

4. Определяем Сx.

.

Из анализа полученного результата следует, что главным источником сопротивления движению снаряда при М>1 является донное сопротивление, на долю Схдн приходится 48%, тогда как волновое сопротивление Сх волн составляет 41%, а сопротивление Схтр равно 11% от суммарного значения Сх.

II. Для предлагаемого снаряда с запоясковым конусом, имеющим наклонные к продольной оси корпуса отверстия, конструктивные характеристики те же, что и для снаряда 3ОФ45М-1. Учитывая затекание воздуха во внутреннюю полость конуса и выход его через донную часть, чем исключается донный подсос, площадь , т.к. dдн=0 (только полный конус исключает донный подсос).

Тогда

Сххтрх волн=0,037+0,138=0,175.

Таким образом, окончательно можно заключить, что предлагаемая конструкция артиллерийского снаряда позволяет в 1,94 раза уменьшить аэродинамический коэффициент продольной силы сопротивления воздуха, что дает положительный эффект, заключающийся в увеличении дальности стрельбы.

Источники информации

1. Физические основы устройства ракетно-артиллерийского вооружения. Боеприпасы: учеб. для вузов. В 3 ч. Ч. 1. Общие принципы построения и конструкция артиллерийских боеприпасов / И.И. Грачев, А.А. Котосов, А.А. Плющ; под общ. ред. А.А. Плюща. - Пенза: ПАИИ, 2015. - 507 с.

2. Каталог продукции Государственного предприятия «Научно-исследовательский машиностроительный институт «Выстрелы танковых, противотанковых пушек, полевой и морской артиллерии». - 57 с.

3. Быстрицкий Ю.К., Искоркин Д.В., Шавра С.Б. Внешняя баллистика и теория стрельбы комплексов РАВ. Ч. 1. Основы внешней баллистики и аэродинамики снарядов (ракет). Учебное пособие. - Пенза: ПАИИ, 2004. - 195 с.

1. Осколочно-фугасный снаряд, содержащий корпус с переходной втулкой и ведущим пояском, запоясковый конус, снаряжение в виде разрывного заряда, картонных прокладок и шашки дополнительного заряда, и приведенный в окончательное снаряжение взрывателем, отличающийся тем, что в запоясковом конусе выполнены сквозные отверстия наклонно к продольной оси корпуса под углом γ=34°-α,

где α - угол при переходе цилиндрической запоясковой части в коническую.

2. Снаряд по п. 1, отличающийся тем, что диаметр сквозных отверстий в запоясковом конусе определяется толщиной стенки запояскового конуса и углом при переходе цилиндрической запоясковой части снаряда в коническую, т.е. d0 = hcos(34-α).

3. Снаряд по п. 1 или 2, отличающийся тем, что суммарная площадь наклонных отверстий по поперечному сечению превышает площадь поперечного сечения внутренней поверхности запояскового конуса по нижнему срезу, т.е. количество отверстий



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к боеприпасам, а именно к противопехотным пучковым гранатам ручных гранатометов. Технический результат – повышение эффективности действия гранаты.

Изобретение относится к боеприпасам осколочно-фугасного типа. Технический результат - снижение материалоемкости снаряда, повышение антифрикционных свойств пояска снаряда и повышения убойной силы снаряда.

Изобретение относится к боеголовкам стратегических и тактических ракет, выходящим при полете за пределы атмосферы. Баллистическая платформа с анти-противоракетами содержит боеголовку, систему наведения, источник электропитания и ракетные двигатели.

Изобретение относится к оборонной технике и может быть использовано в различных видах боеприпасов многофакторного и запреградного действий. Технический результат – повышение надежности работы устройства за счет многофакторного и запреградного действий по открыто расположенным и укрытым объектам, удаленным на значительные расстояния от места взрыва.

Осколочный боеприпас с объемным полем поражения относится к боеприпасам осколочного действия, применяемым для оснащения боевых частей ракетных комплексов, и может быть использован в конструкциях боевых частей, предназначенных для поражения целей готовыми поражающим элементами (ГПЭ) с запреградным фугасным и зажигательным действием.

Изобретение относится к ракетной технике, а именно к корпусу боевого элемента с раскрывающимся стабилизатором. Корпус содержит цилиндрическую наружную оболочку.

Изобретение относится к артиллерийским выстрелам со снарядом осколочно-фугасного поражающего действия. Выстрел содержит гильзу с метательным зарядом и капсюльной втулкой и снаряд с боевым снаряжением и с неконтактным взрывателем.

Изобретение относится к боеприпасам, в частности к осколочно-пучковым снарядам. Осколочно-пучковый снаряд содержит корпус с зарядом взрывчатого вещества и детонатором, расположенный вне корпуса на одной оси с ним осколочный блок, генерирующий поражающие элементы, устройство рассеивания поражающих элементов и контактно-траекторный взрыватель.

Изобретение относится к боеприпасам, в частности к осколочным блокам осколочно-пучковых снарядов. Осколочный блок осколочно-пучкового снаряда, генерирующий поражающие элементы, содержит корпус, устройство рассеивания поражающих элементов и контактно-траекторный взрыватель.

Изобретение относится к боеприпасам, в частности к кумулятивным боеприпасам многоцелевого действия. Кумулятивный боеприпас многоцелевого действия содержит корпус, одно или несколько средств инициирования, основной и дополнительный разрывные заряды ВВ, один или более кумулятивных узлов в основном заряде взрывчатого вещества.

Изобретение относится к артиллерии, боеприпасам, в частности к способу уменьшения донного сопротивления снаряда или пули. Тело имеет один канал, связывающий боковую поверхность и донную часть тела.

Изобретение относится к области оборудования летательных аппаратов. .

Изобретение относится к военной техники, а именно боевым частям, и может быть использовано при разработке различных боеприпасов, в том числе боевых частей с парашютной системой стабилизации для реактивных снарядов систем залпового огня.

Изобретение относится к боеприпасам, а именно к осколочно-фугасным снарядам, и может быть использовано в военном деле. Осколочно-фугасный снаряд содержит корпус с переходной втулкой и ведущим пояском, запоясковый конус, снаряжение в виде разрывного заряда, картонных прокладок и шашки дополнительного заряда. Снаряд в окончательное снаряжение приведен взрывателем. Для исключения донного подсоса в запоясковом конусе выполнены сквозные отверстия наклонно к продольной оси корпуса. Изобретение направлено на повышение дальности полета снаряда за счет существенного снижения донного сопротивления без значительных материальных затрат. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Наверх