RU2493533C1

RU2493533C1 - Active jet projectile

Info

Publication number: RU2493533C1
Application number: RU2012108728/11A
Authority: RU
Inventors: Лариса Ивановна Алёшичева; Валерий Александрович Дунаев; Виктор Александрович Никитин; Валерий Юрьевич Сладков; Виктор Евгеньевич Смирнов; Олег Игоревич Темляков; Юрий Владимирович Положай
Priority date: 2012-05-29
Filing date: 2012-05-29
Publication date: 2013-09-20

Abstract

FIELD: weapons and ammunition.

SUBSTANCE: active jet projectile comprises a head detonating fuse, a near-screw head, a warhead body, an explosive, a master belt, a dusted rocket engine, an afterburning chamber and a circular air intake. The dusted rocket engine is installed in the stern section of the projectile. The dusted rocket engine comprises a gas generator with a solid propellant charge and a support grid. The afterburning chamber has a type of a ring and is arranged around the gas generator. The solid propellant charge consists of two half-charges of end burning, front and rear. Half-charges face each other with burning surfaces, with formation of a circular cavity between them, which is connected to the afterburning chamber by holes. The front half-charge is placed in the warhead body and is fixed by the support grid made in the form of a metal disc with holes with the diameter d = (2…6) mm. The rear half-charge is placed in the body of the gas generator and is made with smaller diameter compared to the front one.

EFFECT: increased distance of flight of an active jet projectile.

2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к военной технике, а именно к активно-реактивным артиллерийским снарядам, предназначенным для стрельбы из артиллерийских орудий.The invention relates to military equipment, namely to active-reactive artillery shells intended for firing from artillery pieces.

Известна конструкция 152-мм неуправляемого активно-реактивного снаряда (АРС) с прямоточным воздушно-реактивным двигателем (ПВРД) на твердом топливе (ТТ) «тянущей» схемы [Зеленцов В.В., Никитина И.Е., Смирнов В.Е. «Перспективы развития боеприпасов дальнобойной морской артиллерии». «Оборонная техника», 2002, №11, с.9-14].A known design of a 152-mm uncontrolled active-reactive projectile (ARS) with a ramjet engine (ramjet) on solid fuel (TT) "pulling" scheme [Zelentsov V.V., Nikitina I.E., Smirnov V.E. "Prospects for the development of ammunition of long-range naval artillery." “Defense equipment”, 2002, No. 11, pp. 9-14].

В рассматриваемой конструкции активно-реактивный снаряд, содержащий боевую часть и ракетно-прямоточный двигатель (РПД), РПД установлен в головной части артиллерийского снаряда. Кольцевая камера дожигания расположена вокруг газовода, по которому в нее из газогенератора (ГГ) поступают продукты первичного разложения твердого топлива (ТТ) для последующего дожигания в кислороде воздуха, играющего роль окислителя и поступающего в камеру через воздухозаборник. Для увеличения газоприхода, а, следовательно, и тяги ПВРД в камере ГГ размещен заряд ТТ топлива торцевого горения.In the design under consideration, an active-rocket projectile containing a warhead and a direct-flow rocket engine (RPD), an RPD is installed in the head of an artillery shell. An annular afterburner is located around the gas duct, through which the products of primary decomposition of solid fuel (TT) are supplied from the gas generator (GG) for subsequent afterburning in oxygen of the air, which plays the role of an oxidizer and enters the chamber through the air intake. To increase the gas intake, and, consequently, the ramjet thrust, a fuel charge of the end-face fuel is placed in the GG chamber.

Недостатками рассматриваемой конструкции являются: головное расположение РПД, снижающее эффективность действия снаряда у цели; невозможность применения головных взрывателей, выпускаемых отечественной промышленностью; необходимость применения специального инициирующего устройства для воспламенения заряда ГГ; большая длина тракта подачи продуктов горения ГГ в камеру дожигания, увеличивающая потери энергии газового потока, приводящие к снижению температуры газов и, следовательно, тяги двигателя.The disadvantages of this design are: the head location of the RPD, which reduces the effectiveness of the projectile at the target; the impossibility of using head fuses produced by domestic industry; the need to use a special initiating device for igniting the charge of the GG; a large length of the supply path of the GG combustion products to the afterburner, which increases the energy loss of the gas stream, leading to a decrease in the temperature of the gases and, consequently, the engine thrust.

Известна конструкция АРС «толкающей» схемы с использованием ракетно-прямоточного двигателя (РПД) [Никитина И.Е. «Перспективы развития атмосферных беспилотных летательных аппаратов и артиллерийских снарядов с комбинированными двигательными установками». Оборонная техника, 1998, №8-9, с.48-52], являющегося наиболее близким аналогом для предлагаемого изобретения. АРС состоит из боевой части и РПД, расположенного в кормовой части снаряда. РПД включает в себя твердотопливный газогенератор, расположенный в его передней части, кольцевой воздухозаборник, находящийся над газогенератором, и камеру дожигания с дополнительным зарядом ТТ. Данная конструкция лишена перечисленных выше недостатков.The known design of the ARS "pushing" scheme using a rocket-ram engine (RPD) [Nikitina I.E. "Prospects for the development of atmospheric unmanned aerial vehicles and artillery shells with combined propulsion systems." Defense technology, 1998, No. 8-9, p. 48-52], which is the closest analogue to the invention. ARS consists of a warhead and RPD located in the aft part of the projectile. RPD includes a solid fuel gas generator located in its front part, an annular air intake located above the gas generator, and an afterburner with an additional TT charge. This design is devoid of the above disadvantages.

Однако при такой конструкции снаряда, предусматривающей размещение газогенератора в центральном теле воздухозаборного устройства, существенно уменьшается масса заряда ГГ. Эффективность сгорания дополнительного заряда, размещенного к камере дожигания мала, так как его горение происходит при пониженном давлении и высоких скоростях газового потока, протекающего через камеру дожигания. За счет последовательного размещения воздухозаборного устройства с ГГ и камеры дожигания увеличиваются продольные размеры РПД, что приводит к уменьшению массы БЧ, а, следовательно, и эффективности действия снаряда по цели, или увеличению общей длины снаряда, что может нарушить устойчивость его движения на траектории, а так же увеличить общую длину выстрела, что не позволит использовать штатную боеукладку артиллерийской системы.However, with such a design of the projectile, which provides for the placement of a gas generator in the central body of the air intake device, the mass of the GG charge is significantly reduced. The combustion efficiency of the additional charge placed to the afterburner is small, since its combustion occurs at reduced pressure and high speeds of the gas stream flowing through the afterburner. Due to the sequential placement of an air intake device with a hot gas cylinder and an afterburner, the longitudinal dimensions of the RPD increase, which leads to a decrease in warhead mass, and, consequently, in the efficiency of the projectile’s action on the target, or in an increase in the total length of the projectile, which can disrupt the stability of its movement on the trajectory, and also increase the total length of the shot, which will not allow the use of full-time ordnance of the artillery system.

Технической задачей изобретения является увеличение дальности полета активно-реактивного снаряда при сохранении его штатных габаритных размеров за счет применения РПД повышенной эффективности за счет увеличения массы заряда и времени работы ГГ, а следовательно, и полного импульса тяги РПД.An object of the invention is to increase the flight range of an active-rocket projectile while maintaining its nominal overall dimensions due to the use of RPD of increased efficiency due to an increase in the mass of the charge and the operating time of the GG, and therefore the total impulse of the RPD thrust.

Данная техническая задача в рамках предлагаемого изобретения решается тем, что АРС содержит головной взрыватель, привинтную головку, корпус боевой части (БЧ), взрывчатое вещество, ведущий поясок, ракетно-прямоточный двигатель, размещенный в кормовой части снаряда и содержащий газогенератор с зарядом твердого топлива и опорной решеткой, камеру дожигания, кольцевой воздухозаборник. При этом камера дожигания имеет вид кольца и расположена вокруг газогенератора, заряд твердого топлива состоит из двух полузарядов, переднего и заднего, торцевого горения, обращенных друг к другу горящими поверхностями, с образованием между ними кольцевой полости, связанной отверстиями с камерой дожигания, передний полузаряд размещен в корпусе БЧ и закреплен опорной решеткой, выполненной в виде металлического диска с отверстиями диаметром d=(2…6) мм, а задний полузаряд размещен в корпусе газогенератора и выполнен меньшим диаметром, чем передний. Передний полузаряд может быть выполнен составным: основной части из смесевого топлива и таблетки, примыкающей к опорной решетке из баллиститного топлива.This technical problem in the framework of the present invention is solved in that the ARS contains a head fuse, a screw head, a warhead housing (warhead), an explosive, a lead belt, a ramjet engine located in the aft part of the projectile and containing a gas generator with a charge of solid fuel and support grill, afterburner, annular air intake. In this case, the afterburner has the form of a ring and is located around the gas generator, the solid fuel charge consists of two half charges, front and rear, end combustion facing each other with burning surfaces, with the formation of an annular cavity between them connected by openings with the afterburner, the front half charge is placed in the warhead housing and is fixed by a support grid made in the form of a metal disk with holes with a diameter of d = (2 ... 6) mm, and the rear half charge is placed in the gas generator housing and is made smaller in diameter than Independent user. The front half charge can be made integral: the main part of mixed fuel and tablets adjacent to the support grid of ballistic fuel.

Суть изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен общий вид активно-реактивного снаряда, на фиг.2 - ракетно-прямоточный двигатель, установленный в кормовой части активно-реактивного снаряда, на фиг.3 - ракетно-прямоточный двигатель с составным передним полузарядом.The essence of the invention is illustrated by drawings, in which Fig. 1 shows a general view of an active-rocket projectile, in Fig. 2 - a ramjet engine installed in the aft of an active-jet projectile, in Fig. 3 - a ramjet engine with a composite front half charge .

Активно-реактивный снаряд (фиг.1) состоит из головного взрывателя 1, привинтной головки 2, корпуса БЧ 3, взрывчатого вещества 4, ведущего пояска 5 ракетно-прямоточного двигателя 6.Active-rocket projectile (figure 1) consists of a head fuse 1, a screw head 2, the body of the warhead 3, an explosive 4, a leading belt 5 rocket-ram engine 6.

При этом РПД (фиг.2) состоит из следующих основных элементов: переднего полузаряда 7 торцевого горения, размещенного в корпусе 3; опорной решетки 8, предназначенной для фиксации переднего полузаряда; камеры ракетно-прямоточного двигателя 9, с выполненным в ней кольцевым воздухозаборником 10 и соединенной с корпусом резьбовым соединением; корпуса газогенератора 11 с отверстиями 12, связывающими ГГ с камерой дожигания 13, образованной наружной поверхностью корпуса газогенератора и внутренней поверхностью камеры дожигания и выполненной кольцевой; заднего полузаряда 14 торцевого горения, расположенного в корпусе ГГ, составляющим с передним полузарядом 7 заряд твердого топлива, а также многосоплового блока 15, навернутого на корпус РПД.In this case, the RPD (figure 2) consists of the following main elements: the front half charge 7 of the end combustion, located in the housing 3; supporting lattice 8, designed to fix the front half charge; chambers of the ramjet engine 9, with an annular air intake 10 made therein and threadedly connected to the housing; the body of the gas generator 11 with holes 12 connecting the GG with the afterburner 13 formed by the outer surface of the body of the gas generator and the inner surface of the afterburner and made annular; rear half-charge 14 of end-face combustion, located in the GG case, comprising, with the front half-charge 7, a solid fuel charge, as well as a multi-nozzle block 15 screwed onto the RPD case.

Опорная решетка 8 выполнена в виде металлического диска с отверстиями диаметром d=(2…6) мм. Размер отверстий в опорной решетке выбран на основе обработки экспериментальных данных. Отверстия диаметром менее 2 мм могут забиваться твердыми частицами, содержащимися в продуктах сгорания заряда твердого топлива, а при их диаметре более 6 мм возрастает риск выдавливания через них топлива переднего полузаряда под действием продольных перегрузок при выстреле. Для предотвращения выдавливания топлива под действием продольных перегрузок, возникающих при выстреле, передний полузаряд может быть изготовлен состоящим из двух зарядов: основного из низкопрочного смесевого ТТ и непосредственно примыкающей к опорной решетке таблетки баллиститного топлива, имеющего существенно более высокие прочностные характеристики. Такая конструкция переднего составного заряда, выполненного из шашки смесевого ТТ 7, и таблетки баллиститного топлива 16, используется в ракетно-прямоточном двигателе, изображенном на фиг.3.The supporting grid 8 is made in the form of a metal disk with holes with a diameter of d = (2 ... 6) mm. The size of the holes in the support grid is selected based on the processing of experimental data. Holes with a diameter of less than 2 mm can be clogged by solid particles contained in the combustion products of a solid fuel charge, and with a diameter of more than 6 mm, the risk of squeezing the front half-charge fuel through them under the influence of longitudinal overloads during firing increases. To prevent fuel squeezing under the influence of longitudinal overloads that occur during firing, the front half charge can be made up of two charges: the main one from a low-strength composite TT and directly adjacent to the support grid of a ballistic fuel tablet having significantly higher strength characteristics. This design of the front composite charge made of a batch of mixed TT 7 and ballistic fuel pellets 16 is used in the ramjet engine shown in FIG. 3.

Описываемый активно-реактивный снаряд с учетом вышеприведенного описания функционирует следующим образом. При выстреле продукты сгорания метательного заряда воздействуют на дно АРС, состоящего из головного взрывателя 1, привинтной головки 2, корпуса БЧ 3, взрывчатого вещества 4, ведущего пояска 5 ракетно-прямоточного двигателя 6. АРС под действием давления газов ускоренно движется по каналу ствола, набирая скорость. Проходя через отверстия многосоплового блока 15 и отверстия 12, газы метательного заряда воспламеняют заряд твердого топлива, состоящий из переднего 7 и заднего 14 полузарядов торцевого горения. Использование двух переднего и заднего полузарядов торцевого горения позволяет увеличить время работы, массу заряда твердого топлива и массовый приход газа в камеру дожигания.The described active-reactive projectile, taking into account the above description, operates as follows. When fired, the products of combustion of the propellant charge act on the bottom of the APC, consisting of a head fuse 1, a screw head 2, a warhead 3, an explosive 4, a driving belt 5 of a ramjet engine 6. The APC moves rapidly through the barrel bore under the action of gas pressure, gaining speed. Passing through the openings of the multi-nozzle block 15 and the openings 12, propellant gases ignite a solid fuel charge consisting of the front 7 and rear 14 half-faces of end-face combustion. The use of two front and rear half-charges of face combustion allows to increase the operating time, the mass of the charge of solid fuel and the mass flow of gas into the afterburner.

После вылета АРС из ствола продукты разложения переднего и заднего полузарядов через отверстия 12 поступают в камеру дожигания 13, выполненную кольцевой. Расположение камеры дожигания вокруг ГГ позволяет сократить продольные размеры РПД, что не приводит к увеличению общей длины АРС по сравнению со штатным снарядом. При расположении отверстий 12 в непосредственной близости от камеры дожигания 13 существенно снижаются тепловые и газодинамические потери энергии потока, поступающего в камеру дожигания, что повышает эффективность работы РПД.After the departure of the APC from the barrel, the decomposition products of the front and rear half charges through the holes 12 enter the afterburning chamber 13, made annular. The location of the afterburning chamber around the GG makes it possible to reduce the longitudinal dimensions of the RPD, which does not lead to an increase in the total length of the APC compared to a standard projectile. When the holes 12 are located in the immediate vicinity of the afterburner 13, the thermal and gas-dynamic losses of the energy of the flow entering the afterburner are significantly reduced, which increases the efficiency of the RPD.

Опорная решетка 8, выполненная в виде металлического диска, с отверстиями диаметром 2…6 мм, обеспечивает фиксацию переднего полузаряда при выстреле, предотвращает засорение указанных отверстий твердыми частицами, содержащимися в продуктах сгорания топлива, и выдавливание через них топлива переднего полузаряда под действием продольных перегрузок, не препятствуя в то же время поступлению продуктов горения этого полузаряда в отверстия опорной решетки.The support lattice 8, made in the form of a metal disk, with holes with a diameter of 2 ... 6 mm, provides for fixing the front half charge during firing, prevents clogging of these holes with solid particles contained in the fuel combustion products, and extruding through them the fuel of the front half charge under the influence of longitudinal overloads, without interfering at the same time with the entry of combustion products of this semi-charge into the holes of the support grid.

После вылета из ствола через кольцевой воздухозаборник 10 в камеру дожигания 13 поступает воздух из окружающего пространства. В камере дожигания происходит смешение поступающего через воздухозаборник воздуха с продуктами разложения заряда твердого топлива, состоящего из переднего и заднего полузарядов, в результате чего последние догорают в кислороде воздуха, выделяя тепловую энергию, и сообщают дополнительную скорость газам, истекающим из многосоплового блока 15. Истекающие из многосоплового блока газы создают тяговое усилие, которое сообщает АРС дополнительную скорость, увеличивая тем самым дальность его полета.After departure from the barrel through the annular air intake 10 into the afterburner 13, air enters from the surrounding space. In the afterburner, the air entering through the air intake mixes with the decomposition products of the solid fuel charge, consisting of front and rear half charges, as a result of which the latter burn out in the oxygen of the air, releasing thermal energy, and give an additional speed to the gases flowing from the multi-nozzle unit 15. Flowing from of a multi-nozzle block, gases create a traction force that gives the APC additional speed, thereby increasing its flight range.

Необходимо отметить, что опорная решетка не полностью исключает пластические деформации переднего полузаряда под действием продольных перегрузок. Величина этих деформаций определяется значением действующей перегрузки, размерами отверстий и прочностными свойствами заряда твердого топлива. Исходя из энергетических характеристик, для использования в РПД предпочтение отдают смесевому ТТ. Однако при использовании смесевого топлива со сравнительно невысоким значением модуля упругости, при выстреле под действием продольных перегрузок может наблюдаться выдавливание топлива переднего полузаряда через отверстия опорной решетки, образование трещин на поверхности его горения. Для предотвращения этого целесообразно установить между опорной решеткой и передним полузарядом из смесевого топлива таблетку, выполненную из баллиститного топлива, имеющего значительно более высокие прочностные характеристики, чем смесевое ТТ. В этом случае величина пластических деформаций существенно снизится, или они вообще не будут наблюдаться, будет исключено образование трещин, либо, если они будут возникать, то на поверхности таблетки баллиститного топлива, а основной состав смесевого топлива переднего полузаряда будет защищен от трещинообразования.It should be noted that the support lattice does not completely exclude plastic deformations of the front half-charge under the action of longitudinal overloads. The magnitude of these deformations is determined by the value of the current overload, the size of the holes and the strength properties of the charge of solid fuel. Based on the energy characteristics, for use in the RPD, preference is given to mixed TT. However, when using mixed fuel with a relatively low value of the elastic modulus, when firing under the influence of longitudinal overloads, extrusion of the fuel of the front half charge through the holes of the support lattice and the formation of cracks on its burning surface can be observed. To prevent this, it is advisable to install between the support grid and the front half charge of mixed fuel a tablet made of ballistic fuel, which has significantly higher strength characteristics than mixed TT. In this case, the value of plastic deformations will significantly decrease, or they will not be observed at all, crack formation will be excluded, or, if they occur, then on the surface of the ballistic fuel tablet, and the main composition of the mixed fuel of the front half-charge will be protected from cracking.

Предлагаемая конструкция активно-реактивного снаряда позволяет увеличить дальность его полета при сохранении штатных габаритных размеров за счет сообщения ему дополнительного импульса тягой ракетно-прямоточного двигателя. Она прошла апробацию в ходе летных испытаний на базе заявителя с положительным результатом.The proposed design of an active-rocket allows to increase its flight range while maintaining the standard overall dimensions due to the message to him of an additional impulse by the thrust of a rocket-ram engine. She was tested during flight tests on the basis of the applicant with a positive result.

Claims

1. An active rocket containing a head fuse, a screw head, a warhead housing, an explosive, a lead belt, a ramjet engine located in the aft of the shell and containing a gas generator with a solid fuel charge and a support grill, an afterburner, an annular air intake characterized in that the afterburner has the form of a ring and is located around the gas generator, the solid fuel charge consists of two half charges, front and rear, end combustion, facing each other burning surfaces, with the formation of an annular cavity between them, connected by openings with the afterburner, the front half charge is placed in the warhead body, and is fixed by a support grid made in the form of a metal disk with holes with a diameter of d = (2 ... 6) mm, and the rear half charge is placed in the body of the gas generator and made smaller diameter than the front.

2. Active rocket projectile according to claim 1, characterized in that the front half charge is made integral - the main part is of mixed fuel and the tablet adjacent to the support grid is made of ballistic fuel.