EA018694B1 - Зенитная управляемая ракета - Google Patents

Abstract

Управляемая зенитная ракета (ЗУР) содержит корпус 1, внутри которого установлен маршевый реактивный двигатель 2, источник 3 топлива для реактивного двигателя, боевая часть 4 для поражения средств воздушного нападения, автопилот 5, бортовой источник 6 электропитания и бортовая ЭВМ 7 для управления бортовой аппаратурой и полетом ракеты. При этом маршевый реактивный двигатель 2 снабжен реактивным соплом 8 и соединен по питающему входу с источником 3 ракетного топлива, а по выходу продуктов сгорания ракетного топлива - с соплом 8 ракеты. Маршевый реактивный двигатель 2 выполнен в виде плазменно-реактивного двигателя импульсного действия. Плазменно-реактивный двигатель содержит электродетонационную камеру 11 сжигания топлива, выполненную из прозрачного или непрозрачного для электромагнитных волн материала. Камера 11 снабжена предионизатором 12 и ионизатором 13 ракетного топлива. В качестве бортового источника 6 электропитания использован магнитогидродинамический (МГД) генератор, установленный на реактивном сопле 8 ракеты, а источник 3 топлива выполнен в виде бака 9 со сжатым газом и импульсным дозатором 10 подачи газа или в виде бака 9 со сжиженным топливом. ЗУР обладает уменьшенными весогабаритными характеристиками и увеличенной дальностью действия за счет уменьшения требуемого объема потребляемого топлива.

Description

Изобретение относится к области ракетной техники и может быть использовано в зенитных комплексах с радиокомандной и/или автономной системой наведения ракет для перехвата средств воздушного нападения (СВН).

Известны зенитные управляемые ракеты - ЗУР (ВИ 2189003, Р42В 15/00, 2002; Журнал 8о1ба1 ииб Теейшк, 1970, 10, 5. 562-563, Вбб 5; Современная военная техника. Под ред. К Бишопа, Пер. с англ., М.: Изд-тво Астель-АСТ, с. 179-190), содержащие стартовую и/или маршевую ступень с неотделяемым стартовым ракетным двигателем со стабилизаторами и антенными устройствами на них, при этом маршевая ступень содержит неконтактный взрыватель, преобразователь, блок управления по тангажу и рысканью, механизм взведения взрывателя, автопилот, боеголовку, передатчик, приемник радиокоманд и/или ИК-головку самонаведения, механизм управления, а также источник электропитания бортовой аппаратуры ракеты.

Общими недостатками указанных ЗУР являются относительно большой вес и недостаточная дальность их управляемого полета.

Наиболее близкой по назначению и технической сущности из указанных ЗУР к заявляемому техническому решению является зенитная управляемая ракета (ЗУР) Великобритании Бландхаунд (Современная военная техника. Под ред. К Бишопа, Пер. с англ., М.: Изд-во Астель-АСТ, с. 181-182). Указанная ЗУР содержит корпус, внутри которого установлен маршевый реактивный двигатель, источник топлива для реактивного двигателя, боевая часть для поражения средств воздушного нападения, автопилот, бортовой источник электропитания и бортовая ЭВМ для управления бортовой аппаратурой и полетом ракеты, причем маршевый реактивный двигатель снабжен реактивным соплом и соединен по питающему входу с источником ракетного топлива, а по выходу продуктов сгорания ракетного топлива - с соплом ракеты. При этом на корпусе ракеты дополнительно установлены четыре твердотопливных ускорителя, маршевый реактивный двигатель, установленный в корпусе ракеты, выполнен в виде двух прямоточных воздушно-реактивных двигателей. Стартовая масса ЗУР 2,3 т, дальность полета 80 км, масса ракетного топлива с окислителем и баками для них составляет 80% от массы ракеты.

Недостатком известной ЗУР являются увеличенные массогабаритные характеристики ЗУР, связанные с необходимостью хранения на борту ракеты большого запаса ракетного топлива для обеспечения требуемой дальности перехвата СВН. Это (масса ракетного топлива составляет 80% от массы ЗУР Бландхаунд) связано с относительно низкой удельной энергией горения ракетного топлива, не превышающей 3 кДж/см³ (Енохович А.С. Физика. Техника. Производство. Краткий справочник. М.: Госиздат, 1962, с. 159), применяемого для создания реактивной тяги ЗУР. В свою очередь, увеличенные массогабаритные характеристики ЗУР увеличивают ее инерционность и, как следствие, снижают ее управляемость и точность ее наведения на маневрирующий объект СВН.

Задачей изобретения является устранение недостатков известной ЗУР, а именно снижение ее массогабаритных характеристик.

Техническим результатом, обеспечивающим решение этой технической задачи, является применение ракетного топлива с повышенной ионизационной способностью и увеличение глубины его переработки путем электроразрядной предварительной ионизации и резонансной детонационной ионизации с использованием электромагнитных волн (ЭМВ).

Достижение заявленного технического результата и, как следствие, решение поставленной задачи достигается тем, что в управляемой зенитной ракете, содержащей корпус, внутри которого установлен маршевый реактивный двигатель, источник топлива для реактивного двигателя, боевая часть для поражения средств воздушного нападения, автопилот, бортовой источник электропитания и бортовая ЭВМ для управления бортовой аппаратурой и полетом ракеты, причем маршевый реактивный двигатель снабжен реактивным соплом и соединен по питающему входу с источником ракетного топлива, а по выходу продуктов сгорания ракетного топлива - с соплом ракеты, согласно изобретению маршевый реактивный двигатель выполнен в виде плазменно-реактивного двигателя импульсного действия, в качестве бортового источника электропитания использован МГД-генератор, установленный на реактивном сопле ракеты, а источник топлива выполнен в виде бака со сжатым газом и импульсным дозатором подачи газа в двигатель или в виде бака со сжиженным топливом и распылителем жидкости.

При этом плазменно-реактивный двигатель импульсного действия содержит электродетонационную камеру сжигания топлива, выполненную из прозрачного или непрозрачного для электромагнитных волн материала и снабженную предионизатором и ионизатором ракетного топлива. Электродетонационная камера сжигания топлива, выполненная из непрозрачного для электромагнитных волн материала, установлена вне ионизатора и соосно с ним, а выполненная из прозрачного для электромагнитных волн материала - внутри ионизатора. Предионизатор ракетного топлива выполнен в виде электромеханического или электрического генератора высоковольтного напряжения, а ионизатор ракетного топлива в виде высоковольтного электрического разрядника или генератора электромагнитных волн с длиной волны, соответствующей Фраунгоферовым линиям резонансного поглощения электромагнитных волн ракетным топливом. Электромеханический генератор высоковольтного напряжения выполнен в виде электростатической машины со встречно вращающимися диэлектрическими дисками или в виде электростатического генератора Ван де Граафа. Электрический генератор высоковольтного напряжения выполнен в ви

- 1 018694 де емкостного умножителя постоянного напряжения. Г енератор электромагнитных волн с длиной волны, соответствующей Фраунгоферовым линиям резонансного поглощения электромагнитных волн ракетным топливом, выполнен в миллиметровом-сантиметровом или в ультрафиолетовом-рентгеновском диапазонах электромагнитных волн. В качестве ракетного топлива она использует газообразное, жидкое или гелеобразное топливо с повышенной ионизационной способностью. В качестве газообразного топлива с повышенной ионизационной способностью она использует негорючие в нормальном состоянии газы, такие как дымовые газы (СО₂ - 80%), атмосферный воздух (влажность не ниже 60%), в качестве жидкого топлива с повышенной ионизационной способностью - воду, а в качестве гелеобразного диэлектрика с повышенной ионизационной способностью - синтетическую жидкость или вакуумное масло с низким значением давления насыщенных паров. МГД-генератор выполнен индукционным или кондукционным.

Выполнение маршевого реактивного двигателя в виде плазменно-реактивного двигателя импульсного действия, применяющего ракетное топливо с повышенной ионизационной способностью, а также применяющего его предионизацию и резонансную детонационную ионизацию с использованием электромагнитных волн (ЭМВ), позволяет увеличить глубину переработки реагента, обладающего (^етте.сйикаиоу.сот) потенциальной энергией выхода 10⁵-10⁷ Дж/см³ при затратах энергии на возбуждение детонационного горения реагента 1-10 Дж/см³. Это (Звонов А.А., Басаргин О.С. Явление самовозгорания воздушной среды под действием электрического разряда и СВЧ-излучения в ограниченном объеме. Свидетельство о депонировании № 08-08. Тверь, ВАО, 2008) допустимо в условиях ограничения объема (доли - единицы см³) электродетонационой камеры сгорания и ограничения в ней релаксации плазмы. В свою очередь, повышение удельной выходной энергии (10²-10⁴ кДж/см³) реагента по сравнению с удельной энергией ракетного топлива 3 кДж/см³ (Енохович А.С. Физика. Техника. Производство. Краткий справочник. М.: Госиздат, 1962, с. 159), применяемого для создания реактивной тяги ЗУР, существенно (не менее чем на порядок) снижает затраты ракетного топлива для создания реактивной тяги ЗУР при одинаковой дальности полета известных ЗУР. Следствием этого является снижение на 70-80% веса ЗУР, повышение ее аэродинамических качеств и управляемости в полете. Использование в качестве бортового источника электропитания МГД-генератора, установленного на реактивном сопле ракеты, дополнительно позволяет преобразовывать энергию истекающей из сопла плазмы в электрическую энергию и обеспечить возбуждение (1-10 Дж/см³) детонационного горения реагента и электропитание бортовой аппаратуры ЗУР в течение всего времени ее управляемого полета без использования истощаемых и тяжелых химических аккумуляторов электрической энергии. Последнее позволяет дополнительно снизить вес ЗУР при одновременном увеличении дальности ее полета. Выполнение источника топлива в виде бака со сжатым газом и импульсным дозатором подачи газа в двигатель или в виде бака со сжиженным топливом и распылителем жидкости позволяет управлять частотой подачи топлива в электроразрядную камеру плазменно-реактивного двигателя и, как следствие, регулировать его среднюю мощность и силу тяги в процессе полета ЗУР.

На фиг. 1 приведена функциональная схема управляемой зенитной ракеты (ЗУР), на фиг. 2 - конструкция плазменно-реактивного двигателя импульсного действия для миллиметрового - сантиметрового диапазона электромагнитных волн, на фиг. 3 и 4 - конструкция плазменно-реактивного двигателя импульсного действия и поперечный разрез его электродетонационной камеры соответственно для ультрафиолетового-рентгеновского диапазона электромагнитных волн.

Управляемая зенитная ракета содержит корпус 1, внутри которого установлен маршевый реактивный двигатель 2, источник 3 топлива для реактивного двигателя, боевая часть 4 для поражения средств воздушного нападения, автопилот 5, бортовой источник 6 электропитания и бортовая ЭВМ 7 для управления бортовой аппаратурой и полетом ракеты. При этом маршевый реактивный двигатель 2 снабжен реактивным соплом 8 и соединен по питающему входу с источником 3 ракетного топлива, а по выходу продуктов сгорания ракетного топлива - с соплом 8 ракеты. Маршевый реактивный двигатель 2 выполнен в виде плазменно-реактивного двигателя импульсного действия (фиг. 2 и 3). В качестве бортового источника 6 электропитания использован магнитогидродинамический (МГД) генератор, установленный на реактивном сопле 8 ракеты, а источник 3 топлива выполнен в виде бака 9 со сжатым газом и импульсным дозатором 10 подачи газа в двигатель или в виде бака 9 со сжиженным топливом. В последнем случае дозатор 10 выполнен в виде распылителя жидкости. Плазменно-реактивный двигатель импульсного действия (фиг. 2 и 3) содержит электродетонационную камеру 11 сжигания топлива, выполненную из прозрачного (фиг. 2) или непрозрачного (фиг. 3) для электромагнитных волн материала. Камера 11 снабжена предионизатором 12 и ионизатором 13 ракетного топлива. Электродетонационная камера 11 сжигания топлива, выполненная из непрозрачного (фиг. 3) для электромагнитных волн материала, установлена вне ионизатора 13 и соосно с ним, а выполненная из прозрачного (фиг. 2) для электромагнитных волн материала - внутри ионизатора 13, например в виде проходной диэлектрической трубы 14 из керамики или кварцевого стекла. Предионизатор 12 ракетного топлива выполнен в виде электромеханического или электрического генератора высоковольтного напряжения, а ионизатор 13 ракетного топлива в виде высоковольтного электрического разрядника или генератора электромагнитных волн с длиной волны, соответствующей Фраунгоферовым линиям резонансного поглощения электромагнитных волн ракетным топливом. Электромеханический генератор высоковольтного напряжения предионизатора 12 выполнен в

- 2 018694 виде электростатической машины со встречно вращающимися диэлектрическими дисками (КИ 2358153, МПК Г03Н 1/00, 2006) или в виде электростатического генератора Ван де Граафа (РСТ/и82009/000939, МПК А63Н 33/00, 2009). Электрический генератор высоковольтного напряжения предионизатора 12 выполнен в виде емкостного умножителя постоянного напряжения или в виде электрошокера с напряженностью электрического поля не менее 30 кВ/см³. Генератор электромагнитных волн ионизатора 13 с длиной волны, соответствующей Фраунгоферовым линиям резонансного поглощения электромагнитных волн ракетным топливом, выполнен в миллиметровом-сантиметровом или в ультрафиолетовомрентгеновском диапазонах электромагнитных волн (ΙΟυΡΝΑΕ ΘΓ КЕ8ЕАКСН οί Йе Νηΐίοηηί Вигеаи οί 81аибагб5 РНшйех аиб СНетМгу. νοί. 67А, 3, Мау-Йие, 1963; Яманов Д.Н. Основы электродинамики и распространение радиоволн. Часть 2. Основы электродинамики. Тексты лекций. - М.: МГТУ ГА, 2005. 100 с.). В первом случае ионизатор 13 в качестве генератора 15 ЭМВ содержит магнетрон или пролетный клистрон, нагруженные на резонатор 16, внутри которого установлена проходная труба 14 реактора 11. Во втором случае ионизатор 13 в качестве генератора ЭМВ содержит ультрафиолетовый или рентгеновский лазер (на чертежах не показано). В качестве ракетного топлива маршевый реактивный двигатель 2 использует газообразное, жидкое или гелеобразное топливо с повышенной ионизационной способностью. В качестве газообразного топлива с повышенной ионизационной способностью используют негорючие в нормальном состоянии газы, такие как дымовые газы (СО₂ - 80%), атмосферный воздух (влажность не ниже 60%), в качестве жидкого топлива с повышенной ионизационной способностью - воду, а в качестве гелеобразного диэлектрика с повышенной ионизационной способностью - синтетическую жидкость или вакуумное масло с низким значением давления насыщенных паров (Ки 2358153, МПК Г03Н 1/00, 2006). МГД-генератор бортового источника 6 электропитания выполнен индукционным или кондукционным. Для исключения электрического и электромагнитного пробоя вне электроразрядной камеры 11 ионизатор 13, его резонатор и волноводы подлежат вакуумированию или заполнению инертным газом, например азотом или аргоном.

Управляемая зенитная ракета работает следующим образом. С заданным темпом импульсной работы реактивного двигателя 2 в его камеру 11 от источника 9 вводятся дозы топлива-реагента, например СО₂. При поступлении реагента в камеру 11 предионизатор 12 выдает высоковольтный импульс на электроды 17 и 18 камеры 11 напряженностью выше 30 кВ/см. Происходит электрический пробой реагента и образование плазмы с плотностью 10⁷-10⁸ см^-3. Одновременно ионизатор 13 - импульсный источник электромагнитных волн, работающий на резонансной частоте реагента, инициирует в разрядной плазме ударную резонансную ионизацию и доводит плотность плазмы до 10¹⁴ см^-3, вызывающей (при ограниченном доступе нейтральных атомов газа в зону реакции) детонацию плазмы и выброс ее через сопло 2. При этом в камере 11 образуется разрежение, вызывающее прием очередной дозы газового реагента при открытом дозаторе 10 подачи газа и процесс генерации, и выброс плазмы через сопло 2 повторяется. Мощность тяги двигателя регулируется ЭВМ 7 частотой подачи синхронных поджигающих импульсов на ионизатор 13 и предионизатор 12, а также частотой следования сигналов управления на дозатор 10 подачи топлива.

Изобретение разработано на уровне технического предложения.

Claims (10)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Управляемая зенитная ракета, содержащая корпус, внутри которого установлен маршевый реактивный двигатель, источник топлива для реактивного двигателя, боевая часть для поражения средств воздушного нападения, автопилот, бортовой источник электропитания и бортовая ЭВМ для управления бортовой аппаратурой и полетом ракеты, причем маршевый реактивный двигатель снабжен реактивным соплом и соединен по питающему входу с источником ракетного топлива, а по выходу продуктов сгорания ракетного топлива - с соплом ракеты, отличающаяся тем, что маршевый реактивный двигатель выполнен в виде плазменно-реактивного двигателя импульсного действия, бортовой источник электропитания выполнен в виде МГД-генератора, установленного на реактивном сопле ракеты, а источник топлива выполнен в виде бака со сжатым газом и импульсным дозатором подачи газа в двигатель или в виде бака со сжиженным топливом и распылителем жидкости.
2. 2. Управляемая зенитная ракета по п.1, отличающаяся тем, что плазменно-реактивный двигатель импульсного действия содержит электродетонационную камеру сжигания топлива, выполненную из прозрачного или непрозрачного для электромагнитных волн материала и снабженную предионизатором и ионизатором ракетного топлива.
3. 3. Управляемая зенитная ракета по п.2, отличающаяся тем, что электродетонационная камера сжигания топлива, выполненная из непрозрачного для электромагнитных волн материала, установлена вне ионизатора и соосно с ним, а выполненная из прозрачного для электромагнитных волн материала - внутри ионизатора.
4. 4. Управляемая зенитная ракета по п.2, отличающаяся тем, что предионизатор ракетного топлива выполнен в виде электромеханического или электрического генератора высоковольтного напряжения, а ионизатор ракетного топлива - в виде высоковольтного электрического разрядника или генератора элек

   - 3 018694 тромагнитных волн с длиной волны, соответствующей Фраунгоферовым линиям резонансного поглощения электромагнитных волн ракетным топливом.
5. 5. Управляемая зенитная ракета по п.4, отличающаяся тем, что электромеханический генератор высоковольтного напряжения выполнен в виде электростатической машины со встречно вращающимися диэлектрическими дисками или в виде электростатического генератора Ван де Граафа.
6. 6. Управляемая зенитная ракета по п.4, отличающаяся тем, что электрический генератор высоковольтного напряжения выполнен в виде емкостного умножителя постоянного напряжения.
7. 7. Управляемая зенитная ракета по п.4, отличающаяся тем, что генератор электромагнитных волн с длиной волны, соответствующей Фраунгоферовым линиям резонансного поглощения электромагнитных волн ракетным топливом, выполнен в миллиметровом-сантиметровом или в ультрафиолетовомрентгеновском диапазонах электромагнитных волн.
8. 8. Управляемая зенитная ракета по п.1, отличающаяся тем, что в качестве ракетного топлива она использует газообразное, жидкое или гелеобразное топливо с повышенной ионизационной способностью.
9. 9. Управляемая зенитная ракета по п.8, отличающаяся тем, что в качестве газообразного топлива с повышенной ионизационной способностью она использует негорючие в нормальном состоянии газы, такие как дымовые газы (СО2 - 80%), атмосферный воздух (влажность не ниже 60%), в качестве жидкого топлива с повышенной ионизационной способностью используется вода, а в качестве гелеобразного диэлектрика с повышенной ионизационной способностью - синтетическая жидкость или вакуумное масло с низким значением давления насыщенных паров.
10. 10. Управляемая зенитная ракета по п.1, отличающаяся тем, что МГД-генератор выполнен индукционным или кондукционным.