RU2647256C1 - Method of increasing the distance of the rocket-propelled grenade - Google Patents

Method of increasing the distance of the rocket-propelled grenade Download PDF

Info

Publication number
RU2647256C1
RU2647256C1 RU2017113324A RU2017113324A RU2647256C1 RU 2647256 C1 RU2647256 C1 RU 2647256C1 RU 2017113324 A RU2017113324 A RU 2017113324A RU 2017113324 A RU2017113324 A RU 2017113324A RU 2647256 C1 RU2647256 C1 RU 2647256C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
moderator
nozzle
charges
projectile
rocket
Prior art date
Application number
RU2017113324A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Афанасьевич Архипов
Сергей Сергеевич Бондарчук
Алексей Иванович Коноваленко
Ксения Григорьевна Перфильева
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (НИ ТГУ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (НИ ТГУ) filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (НИ ТГУ)
Priority to RU2017113324A priority Critical patent/RU2647256C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2647256C1 publication Critical patent/RU2647256C1/en

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02KJET-PROPULSION PLANTS
    • F02K9/00Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof
    • F02K9/95Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof characterised by starting or ignition means or arrangements
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02KJET-PROPULSION PLANTS
    • F02K9/00Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof
    • F02K9/97Rocket nozzles
    • F02K9/978Closures for nozzles; Nozzles comprising ejectable or discardable elements

Abstract

FIELD: weapons and ammunition.
SUBSTANCE: invention relates to the field of rocket technology, in particular to the rocket engines of active-rocket shells launched from the barrel of an artillery gun, and consists in a method for increasing the range of an active-missile projectile. On the trajectory of the projectile's flight, the charge of solid fuel is ignited by the products of the igniter's combustion located in the premolar volume and initiated by the products of combustion of the rate reducer. Ignition of the rate reducer charges is carried out by the products of the combustion of pyrocartridges that are triggered when the projectile is launched from the gun barrel and placed in a closed cavity formed by a perforated diaphragm separating the pre-nozzle volume and nozzle diffuser, and cut by the nozzle cover located in its outlet section. Charges of the rate reducer are made in the form of truncated cones, the bases of which are directed towards the exit section of the nozzle, and hermetically placed through thermoinsulating gaskets in the perforations of the diaphragm. Height of the rate reducer's charges is determined by an algebraic formula including the optimal value of the ignition delay time of the solid fuel charge, which is predetermined from a series of outwardly ballistic calculations of the range of flight of a specific active-missile projectile.
EFFECT: invention makes it possible to provide an increase in the range of the active-rocket projectile and reliable ignition of its charge of solid fuel.
1 cl, 5 dwg, 3 tbl

Description

Изобретение относится к области ракетной техники, в частности, к ракетным двигателям активно-реактивных снарядов (АРС), запускаемых из ствола артиллерийского орудия, и может быть использовано при разработке ракетных двигателей, включаемых на траектории полета АРС.The invention relates to the field of rocket technology, in particular, to rocket engines of active rockets (ARS), launched from the barrel of an artillery gun, and can be used in the development of rocket engines included in the flight path of the APC.

Особенностью внешней баллистики АРС является то, что в момент вылета из ствола орудия снаряд имеет максимальную (дульную) скорость [1]. При этом снаряд испытывает максимальное сопротивление со стороны окружающей среды, пропорциональное квадрату его скорости. Включение твердотопливного ракетного двигателя (РДТТ) активно-реактивного снаряда непосредственно в момент вылета снаряда из ствола не позволяет эффективно использовать тягу РДТТ для повышения дальности полета АРС. Для повышения эффективности АРС целесообразно осуществлять запуск РДТТ на траектории полета активно-реактивного снаряда с использованием различных способов и устройств задержки зажигания (замедлителей) [2-6].A feature of the external ballistics of the ARS is that at the time of departure from the gun’s barrel the projectile has a maximum (muzzle) speed [1]. In this case, the projectile experiences maximum resistance from the environment, proportional to the square of its speed. The inclusion of a solid propellant rocket engine (RDTT) of an active rocket directly at the time of the projectile's departure from the barrel does not allow efficient use of the solid propellant rocket propulsion to increase the flight range of the APC. To increase the efficiency of the ARS, it is advisable to launch the solid propellant rocket engine on the flight path of an active-rocket projectile using various methods and devices for ignition delay (moderators) [2-6].

Известен ракетный двигатель артиллерийского снаряда [2], содержащий корпус с зарядом твердого топлива и соплом, установленную в нем заглушку с кольцевым выступом, контактирующим с наружной поверхностью сопла, фиксирующий ее элемент, воспламенитель и блок стабилизаторов ножевого типа. Воспламенитель размещен на заглушке в коническом корпусе и снабжен установленным со стороны среза сопла замедлителем. Стабилизаторы перекрывают торец замедлителя, а фиксирующий элемент выполнен в виде трубки, один конец которой скреплен с соплом в его критическом сечении, а другой конец снабжен выступами, охватывающими корпус воспламенителя.Known rocket engine artillery shell [2], containing a housing with a charge of solid fuel and a nozzle, a plug installed in it with an annular protrusion in contact with the outer surface of the nozzle, fixing its element, an ignitor and a knife-type stabilizer block. The igniter is located on the plug in the conical body and is equipped with a moderator mounted on the nozzle exit side. The stabilizers overlap the end of the moderator, and the locking element is made in the form of a tube, one end of which is fastened to the nozzle in its critical section, and the other end is provided with protrusions covering the igniter body.

Известен ракетный двигатель твердого топлива активно-реактивного снаряда [3], содержащий корпус с сопловым блоком и зарядом твердого топлива, установленную в сопловом блоке заглушку с центральным каналом, в котором размещен пирозамедлитель, и каналами в ее дне, обращенном к срезу сопла, размещенный в корпусе со стороны пирозамедлителя воспламенитель. При этом каналы в дне заглушки выполнены радиальными, на входе которых образованы криволинейные выемки.Known rocket engine of solid fuel of an active-reactive projectile [3], comprising a housing with a nozzle block and a charge of solid fuel, a plug installed in the nozzle block with a central channel in which the pyro-retarder is placed, and channels in its bottom facing the nozzle exit, located in housing from the side of the pyro-moderator igniter. Moreover, the channels in the bottom of the plug are made radial, at the entrance of which curvilinear recesses are formed.

Известен ракетный двигатель артиллерийского снаряда [4], содержащий камеру сгорания с зарядом твердого топлива, сопло, пиротехнический инициатор замедленного действия, установленный в канале сопловой заглушки. Двигатель дополнительно содержит перфорированный диск и шарик, а в заглушке со стороны среза сопла канал выполнен с расширением в сторону инициатора. Шарик помещен в полости канала, а перфорированный диск установлен между каналом и инициатором, причем отверстия в диске выполнены с диаметром, меньшим диаметра шарика.Known rocket engine artillery shell [4], containing a combustion chamber with a charge of solid fuel, a nozzle, a pyrotechnic initiator delayed action installed in the nozzle plug channel. The engine additionally contains a perforated disk and a ball, and in the plug from the nozzle exit side the channel is made with expansion towards the initiator. The ball is placed in the cavity of the channel, and a perforated disk is installed between the channel and the initiator, and the holes in the disk are made with a diameter smaller than the diameter of the ball.

Известен активно-реактивный снаряд [5], который содержит ракетный двигатель твердого топлива, сопловую заглушку с пирозамедлителем, заряд твердого топлива и воспламенитель. На заднем торце снаряда выполнена полузамкнутая полость, при этом замедлитель заглублен в эту полость. На торце замедлителя со стороны заднего торца снаряда установлена дроссельная шайба, выполненная по крайней мере с одним поперечным диаметральным пазом. Ширина паза выполнена меньшей диаметра дроссельной шайбы.Known active-rocket projectile [5], which contains a rocket engine of solid fuel, a nozzle plug with a pyro-moderator, a charge of solid fuel and an ignitor. A semi-closed cavity is made at the rear end of the projectile, while the moderator is buried in this cavity. At the end of the moderator from the rear end of the projectile mounted throttle washer, made with at least one transverse diametrical groove. The width of the groove is made smaller than the diameter of the throttle washer.

Наиболее близким по техническому решению к заявляемому изобретению является способ реализации задержки зажигания заряда твердого топлива в АРС с помощью устройства, содержащего коническую заглушку с воспламенителем и замедлителем, перекрывающую выходную часть сопла [6]. На торце стенки заглушки, обращенном к заряду, выполнен кольцевой выступ, на который с зазором относительно торца, заполненным герметизирующим составом, установлена мембрана в виде чашки с отбортовкой.Closest to the technical solution of the claimed invention is a method for implementing the ignition delay of a charge of solid fuel in the APC using a device containing a conical plug with an igniter and moderator, overlapping the outlet of the nozzle [6]. At the end of the wall of the plug facing the charge, an annular protrusion is made, on which a membrane in the form of a cup with a flanging is installed with a gap relative to the end filled with a sealing compound.

Основным недостатком известных технических решений является то, что дополнительный твердотопливный заряд (замедлитель) инициируется пороховыми газами метательного заряда в стволе орудия, давление которых составляет несколько тысяч атмосфер. Это снижает надежность инициирования и работы маршевого РДТТ активно-реактивного снаряда. Во-первых, воздействие газов высокого давления может привести к нарушению внутренней баллистики РДТТ, деформации заряда и разрушению двигателя. Во-вторых, при вылете снаряда из ствола орудия возможно самопроизвольное гашение заряда замедлителя за счет резкого сброса давления [7]. Известные технические решения, кроме сложности конструкции большинства из них, не обеспечивают контролируемого и оптимального значения времени задержки зажигания РДТТ.The main disadvantage of the known technical solutions is that an additional solid fuel charge (moderator) is initiated by powder propellant gases in the gun’s barrel, the pressure of which is several thousand atmospheres. This reduces the reliability of the initiation and operation of the marching solid propellant rocket-propelled rocket. Firstly, exposure to high pressure gases can lead to disruption of the internal ballistic of solid propellant rocket engines, deformation of the charge, and destruction of the engine. Secondly, when a projectile leaves the gun barrel, spontaneous damping of the moderator charge is possible due to a sharp pressure drop [7]. Known technical solutions, in addition to the complexity of the design of most of them, do not provide a controlled and optimal value of the ignition delay time of the solid propellant rocket engine.

Техническим результатом настоящего изобретения является увеличение дальности полета АРС и повышение надежности инициирования РДТТ активно-реактивного снаряда.The technical result of the present invention is to increase the flight range of the APC and increase the reliability of initiation of solid propellant rocket-propelled rocket.

Технический результат изобретения достигается тем, что разработан способ повышения дальности полета активно-реактивного снаряда, включающий зажигание на траектории полета заряда твердого топлива продуктами сгорания воспламенителя, расположенного в предсопловом объеме и инициируемого продуктами сгорания замедлителя. Зажигание зарядов замедлителя осуществляют продуктами сгорания пиропатронов, срабатывающих при вылете снаряда из ствола орудия и размещенных в замкнутой полости, образуемой перфорированной диафрагмой, разделяющей предсопловой объем и диффузор сопла, и срезаемой крышкой сопла, расположенной в его выходном сечении. Заряды замедлителя в форме усеченных конусов, основания которых направлены в сторону выходного сечения сопла, герметично размещают через термоизолирующие прокладки в перфорациях диафрагмы. Высоту зарядов замедлителя определяют из соотношенияThe technical result of the invention is achieved by the fact that a method has been developed to increase the flight range of an active-rocket projectile, which includes igniting, on the flight path, the charge of solid fuel by the products of combustion of an igniter located in a pre-nozzle volume and initiated by the products of combustion of a moderator. Ignition of the charge of the moderator is carried out by the combustion products of the pyro cartridge, which are fired when the projectile leaves the gun barrel and is placed in a closed cavity formed by a perforated diaphragm separating the nozzle volume and the nozzle diffuser and the nozzle cover cut off located in its exit section. The moderator charges in the form of truncated cones, the bases of which are directed towards the exit section of the nozzle, are hermetically placed through thermally insulating gaskets in the perforations of the diaphragm. The height of the charges of the moderator is determined from the ratio

Figure 00000001
,
Figure 00000001
,

где h - высота зарядов замедлителя;where h is the height of the charges of the moderator;

ρ - плотность зарядов замедлителя;ρ is the charge density of the moderator;

S - суммарная поверхность горения зарядов замедлителя;S is the total combustion surface of the charges of the moderator;

R - газовая постоянная продуктов сгорания замедлителя;R is the gas constant of the combustion products of the moderator;

T - температура продуктов сгорания замедлителя;T is the temperature of the combustion products of the moderator;

p0 - атмосферное давление;p 0 - atmospheric pressure;

V - объем замкнутой полости;V is the volume of the closed cavity;

u0 - скорость горения замедлителя при атмосферном давлении;u 0 is the burning rate of the moderator at atmospheric pressure;

v - показатель степени в зависимости скорости горения замедлителя от давления u=u0(р/p0)v;v is an exponent in the dependence of the burning speed of the moderator on pressure u = u 0 (p / p 0 ) v ;

u - скорость горения замедлителя при давлении р;u is the burning rate of the moderator at a pressure p;

р - давление в замкнутой полости;p is the pressure in the closed cavity;

tign - время задержки зажигания заряда твердого топлива.t ign is the ignition delay time of the solid fuel charge.

Время задержки зажигания заряда твердого топлива предварительно определяют из серии внешнебаллистических расчетов зависимости дальности полета конкретного активно-реактивного снаряда от времени задержки зажигания заряда твердого топлива, как значение времени задержки зажигания, обеспечивающее максимальную дальность полета.The ignition delay time of a solid fuel charge is previously determined from a series of external ballistic calculations of the dependence of the flight range of a specific active-rocket projectile on the ignition delay time of a solid fuel charge, as the value of the ignition delay time, which ensures the maximum flight range.

Сущность изобретения поясняется схемой активно-реактивного снаряда, реализующего заявляемый способ (Фиг.1). Ракетный двигатель АРС содержит корпус 1 с зарядом твердого топлива 2 и сопловым блоком. В предсопловом объеме 3 размещают навеску воспламенителя 23. В закритическом сечении сопла устанавливают перфорированную диафрагму 4, в перфорациях которой через термоизолирующие прокладки 22 герметично размещают заряды замедлителя 21. Заряды замедлителя 21 выполнены в виде усеченных конусов, основания которых направлены в сторону выходного сечения сопла. В диффузоре сопла 6 устанавливают основание 8, которое срезаемой крышкой сопла 13 с отверстием 12 при помощи завальцовки 7 крепится к выходной части диффузора 6. На основании 8 со стороны заряда 2 закрепляют стакан 19, по оси которого размещен подвижный шток 14 с закрепленной на нем консолью 18. Со стороны основания 8 на консоли 18 устанавливают ударники 16, а со стороны заряда 2 консоль 18 через пружину 20 опирается на перфорированную диафрагму 4. На основании 8 напротив ударников 16 размещают пиропатроны 15. В консоли 18 выполнены перфорации 17 для прохода продуктов сгорания пиропатронов 15 в замкнутую полость 5. На штоке 14 выполнен конический участок 11 со стороны основания 8, сопряженный с конической полостью 9 в основании 8, и срезаемый фланец 10, который зажат между основанием 8 и срезаемой крышкой сопла 13.The invention is illustrated by a diagram of an active-rocket projectile that implements the inventive method (Figure 1). The APC rocket engine comprises a housing 1 with a solid fuel charge 2 and a nozzle block. An igniter hitch 23 is placed in the pre-nozzle volume 3. A perforated diaphragm 4 is installed in the supercritical section of the nozzle, in which the charges of the moderator 21 are hermetically placed through the heat-insulating gaskets 22. The charges of the moderator 21 are made in the form of truncated cones, the bases of which are directed towards the exit section of the nozzle. A base 8 is installed in the nozzle diffuser 6, which is fastened to the outlet part of the diffuser 6 by means of a rolling nozzle 13 with a nozzle cover 13 and rolled onto the outlet part of the diffuser 6. On the base 8, a cup 19 is fixed along the axis of which a movable rod 14 with a console mounted on it 18. From the base 8, on the console 18, the impactors 16 are installed, and on the charge side 2, the console 18 relies through the spring 20 to the perforated diaphragm 4. On the base 8, pyrocartridges 15 are placed opposite the impactors 16. The console 18 has perforations 17 for passage oduktov combustion squib 15 in the closed cavity 5. On the rod 14 is formed with a tapered portion 11 of the base 8, coupled with the conical cavity 9 at the base 8, and the notched flange 10 which is sandwiched between the base 8 and cut by the nozzle cap 13.

Ракетный двигатель активно-реактивного снаряда работает следующим образом. При движении снаряда в стволе орудия под действием высокого давления пороховых газов метательного заряда срезается выступающий край фланца 10, а шток 14 с закрепленной на нем консолью 18 перемещается в сторону перфорированной диафрагмы 4 и сжимает пружину 20. При этом конический участок 11 штока 14 сопрягается с конической полостью 9 в основании 8, препятствуя прорыву пороховых газов в замкнутую полость 5. После вылета снаряда из ствола орудия давление пороховых газов на срезаемую крышку сопла 13 резко уменьшается, при этом шток 14 с закрепленной на нем консолью 18 под действием пружины 20 перемещается назад и воздействует ударниками 16 на пиропатроны 15. Продукты сгорания пиропатронов, через перфорации 17 в консоли 18 поступают в замкнутую полость 5 и поджигают торцевые поверхности зарядов замедлителя 21. Термоизолирующие прокладки 22 препятствуют проникновению пороховых газов в предсопловой объем из замкнутой полости 5 до полного выгорания зарядов замедлителя 21. После выгорания зарядов замедлителя 21 в течение заданного времени tign продукты сгорания через перфорации диафрагмы 4 поступают из замкнутой полости 5 в предсопловой объем и поджигают навеску воспламенителя 23. Продукты сгорания воспламенителя 23 поджигают заряд твердого топлива 2. При достижении в камере сгорания заданного давления срезается завальцовка 7 срезаемой крышки сопла 13, обеспечивая вылет из диффузора сопла 6 всех элементов системы зажигания (диафрагмы 4, стакана 19, основания 8 и др.). Таким образом, обеспечивается запуск РДТТ на траектории полета через строго контролируемое время tign, определяемое скоростью горения и высотой зарядов замедлителя 21.The rocket engine of an active-missile shell works as follows. When the projectile moves in the gun’s barrel under the action of a high pressure of propellant propellant gas, the protruding edge of the flange 10 is cut off, and the rod 14 with the console 18 fixed to it moves towards the perforated diaphragm 4 and compresses the spring 20. In this case, the conical section 11 of the rod 14 mates with the conical cavity 9 in the base 8, preventing the breakthrough of powder gases into the closed cavity 5. After the projectile leaves the gun barrel, the pressure of the powder gases on the sheared nozzle cover 13 decreases sharply, while the rod 14 with the fixed and with it, under the action of the spring 20, the cantilever 18 moves back and acts by the impactors 16 on the squibs 15. The combustion products of the squibs through the perforations 17 in the cantilever 18 enter a closed cavity 5 and ignite the end surfaces of the charges of the moderator 21. Thermal insulating pads 22 prevent the penetration of powder gases into the pre-nozzle volume from the closed cavity 5 until the charges of the moderator 21 are completely burned out. After the charges of the moderator 21 are burned out for a predetermined time t ign the combustion products through perforations of the diaphragm 4 They are injected from the closed cavity 5 into the pre-nozzle volume and ignite the igniter hitch 23. The products of the igniter 23 ignite the charge of solid fuel 2. When the set pressure in the combustion chamber reaches the specified pressure, the rolling 7 of the nozzle cover 13 is cut off, allowing all elements of the ignition system to escape from the nozzle diffuser 6 ( diaphragm 4, cup 19, base 8, etc.). Thus, the launch of the solid propellant rocket engine on the flight path through a strictly controlled time t ign , determined by the burning rate and the height of the charges of the moderator 21 is ensured.

Достижение положительного эффекта изобретения обеспечивается следующими факторами.The achievement of the positive effect of the invention is provided by the following factors.

1. Зажигание зарядов замедлителя продуктами сгорания пиропатронов, размещенных в замкнутой полости между перфорированной диафрагмой и срезаемой крышкой сопла, расположенной в его выходном сечении, обеспечивает автономность зажигания торцевых поверхностей зарядов замедлителя (без контакта с газами высокого давления метательного заряда).1. Ignition of the moderator charges by the combustion products of the pyro cartridge, located in a closed cavity between the perforated diaphragm and the nozzle cover being cut off, located in its outlet section, ensures the autonomy of the end surfaces of the moderator charges (without contact with high-pressure propellant gases).

2. Срабатывание пиропатронов при вылете активно-реактивного снаряда из ствола орудия обеспечивает четкую фиксацию момента зажигания зарядов замедлителя и, соответственно, обеспечивает контролируемую величину времени задержки зажигания заряда твердого топлива.2. The operation of the squib when the active-rocket projectile leaves the gun barrel provides a clear fixation of the ignition charge of the moderator and, accordingly, provides a controlled amount of delay time for ignition of the charge of solid fuel.

3. Выполнение зарядов замедлителя в форме усеченных конусов, основания которых направлены в сторону выходного сечения сопла, предотвращает вылет зарядов замедлителя в предсопловой объем под действием давления в замкнутой полости вплоть до их полного сгорания.3. The implementation of the moderator charges in the form of truncated cones, the bases of which are directed towards the outlet section of the nozzle, prevents the moderator charges from escaping into the pre-nozzle volume under pressure in a closed cavity until they are completely burned.

4. Герметичное размещение зарядов замедлителя в перфорациях диафрагмы обеспечивает надежную изоляцию предсоплового объема от продуктов сгорания замедлителя в замкнутой полости в течение заданного времени сгорания зарядов замедлителя.4. The tight placement of the retarder charges in the perforations of the diaphragm provides reliable isolation of the pre-nozzle volume from the combustion products of the retarder in a closed cavity for a given time of combustion of the retarder charges.

5. Размещение зарядов замедлителя в перфорациях диафрагмы через термоизолирующие прокладки снижает тепловые потери из волны горения зарядов замедлителя в материал диафрагмы. Это обеспечивает устойчивость горения зарядов замедлителя.5. The placement of moderator charges in the perforations of the diaphragm through thermally insulating gaskets reduces heat loss from the combustion wave of the moderator charges into the material of the diaphragm. This ensures the stability of combustion of the charges of the moderator.

6. Соотношение для определения высоты зарядов замедлителя6. The ratio for determining the height of the charges of the moderator

Figure 00000002
Figure 00000002

обеспечивает оптимальную величину времени задержки зажигания заряда твердого топлива, при которой дальность полета АРС максимальна.provides the optimal value for the ignition delay time of a solid fuel charge, at which the APC flight range is maximum.

Для вывода соотношения (1) рассмотрим уравнения сохранения массы в замкнутой полости между перфорированной диафрагмой и срезаемой крышкой соплаTo derive relation (1), we consider the equations of conservation of mass in a closed cavity between the perforated diaphragm and the nozzle cover being cut off

Figure 00000003
Figure 00000003

где t - время;where t is time;

ρg - плотность газообразных продуктов сгорания замедлителя;ρ g is the density of the gaseous products of combustion of the moderator;

ρ - плотность зарядов замедлителя;ρ is the charge density of the moderator;

V - объем замкнутой полости;V is the volume of the closed cavity;

S - суммарная поверхность горения зарядов замедлителя;S is the total combustion surface of the charges of the moderator;

u - скорость горения замедлителя.u is the burning rate of the moderator.

В соответствии с уравнением состояния Менделеева - КлапейронаIn accordance with the equation of state of Mendeleev - Clapeyron

Figure 00000004
Figure 00000004

где р - давление в замкнутой полости;where p is the pressure in the closed cavity;

R - газовая постоянная продуктов сгорания замедлителя;R is the gas constant of the combustion products of the moderator;

T - температура продуктов сгорания замедлителя.T is the temperature of the combustion products of the moderator.

Подставляя (3) в (2), получимSubstituting (3) in (2), we obtain

Figure 00000005
Figure 00000005

Закон скорости горения замедлителя примем в виде [8]:We take the law of the rate of combustion of the moderator in the form [8]:

Figure 00000006
Figure 00000006

где u0 - скорость горения замедлителя при атмосферном давлении;where u 0 is the burning speed of the moderator at atmospheric pressure;

p0 - атмосферное давление;p 0 - atmospheric pressure;

v - показатель степени в зависимости скорости горения замедлителя от давления.v is an exponent in the dependence of the burning speed of the moderator on pressure.

Подставляя (5) в уравнение (4) и проводя интегрирование, получим:Substituting (5) into equation (4) and performing integration, we obtain:

Figure 00000007
Figure 00000007

Высота зарядов замедлителя определяется уравнениемThe height of the charges of the moderator is determined by the equation

Figure 00000008
Figure 00000008

С учетом (5), (6), получим искомое соотношениеTaking into account (5), (6), we obtain the desired relation

Figure 00000009
Figure 00000009

которое сводится к (1).which reduces to (1).

Пример реализацииImplementation example

В качестве примера реализации заявляемого способа рассмотрим движение активно-реактивного снаряда калибром 76 мм (ЗИС-3) [9], в котором размещен РДТТ с трубчато-канальным зарядом, забронированным по торцевым поверхностям, с размерами 40/8-150 мм. Суммарная начальная масса АРС составляет 6.6 кг, масса твердотопливного заряда (порох Н) составляет 0.29 кг (4.3% от массы снаряда).As an example of the implementation of the proposed method, we consider the movement of an active-reactive projectile with a caliber of 76 mm (ZIS-3) [9], which houses a solid-propellant rocket engine with a tube-channel charge, booked along end surfaces, with dimensions 40 / 8-150 mm. The total initial mass of the APC is 6.6 kg, the mass of the solid fuel charge (gunpowder N) is 0.29 kg (4.3% of the mass of the projectile).

По результатам внутрибаллистического расчета РДТТ, проведенного по методике [10], получены основные характеристики твердотопливного двигателя АРС:According to the results of the internal ballistic calculation of solid propellant solid propellant rocket engine carried out according to the methodology [10], the main characteristics of the APC solid propellant engine are obtained:

- диаметр критического сечения сопла dкр - 9.2 мм;- the diameter of the critical section of the nozzle d cr - 9.2 mm;

- диаметр выходного сечения сопла da=27.8 мм;- diameter of the nozzle exit section d a = 27.8 mm;

- рабочее давление в камере сгорания на маршевом режиме pk=8.0 МПа;- operating pressure in the combustion chamber in marching mode p k = 8.0 MPa;

- тяга двигателя Р=778Н;- engine thrust P = 778N;

- массовый секундный расход продуктов сгорания G=0.35 кг/с;- mass second consumption of combustion products G = 0.35 kg / s;

- удельный импульс тяги J=2214 м/с;- specific impulse of thrust J = 2214 m / s;

- время работы РДТТ t*=0.82 с.- while the SRM t * = 0.82 s.

Для определения оптимального значения времени задержки зажигания заряда твердого топлива tign проведена серия внешнебаллистических расчетов дальности полета АРС при выстреле из орудия с начальной (дульной) скоростью U0=680 м/с, углом θ0=45°.To determine the optimal value of the ignition delay time of the solid fuel charge t ign, a series of external ballistic calculations of the APC flight range was carried out when firing a gun with an initial (muzzle) velocity of U 0 = 680 m / s, angle θ 0 = 45 °.

Расчеты проведены для инертного снаряда (без РДТТ) и для снаряда с РДТТ с варьированием времени задержки зажигания tign.The calculations were performed for an inert projectile (without solid propellant rocket) and for a rocket with solid propellant rocket with varying ignition delay time t ign .

Движение инертного тела в воздушной среде определяется системой уравнений внешней баллистики [10]The motion of an inert body in the air is determined by the system of equations of external ballistics [10]

Figure 00000010
Figure 00000010

Figure 00000011
Figure 00000011

Figure 00000012
Figure 00000012

Figure 00000013
Figure 00000013

где U - скорость снаряда;where U is the velocity of the projectile;

F - сила лобового сопротивления;F is the drag force;

m - масса снаряда;m is the mass of the projectile;

g - ускорение свободного падения;g is the acceleration of gravity;

θ - угол между вектором скорости и линией местного горизонта;θ is the angle between the velocity vector and the local horizon line;

y - вертикальная координата;y is the vertical coordinate;

x - горизонтальная координата.x is the horizontal coordinate.

Система уравнений движения АРС на активном участке включает измененное уравнение для скорости движения с учетом тяги ракетного двигателя и дополнительное уравнение изменения массы АРС при горении ТРТThe system of equations of motion of the APC in the active section includes a modified equation for the speed of motion taking into account the thrust of the rocket engine and an additional equation of change in the mass of the APC during TRT combustion

Figure 00000014
Figure 00000014

Figure 00000015
Figure 00000015

где Р - сила тяги РДТТ;where P is the traction force of the solid propellant rocket engine;

ρT - плотность твердого топлива;ρ T is the density of solid fuel;

uT - скорость горения твердого топлива;u T is the burning rate of solid fuel;

ST - площадь поверхности горения твердого топлива.S T is the combustion surface area of solid fuels.

Сила лобового сопротивления рассчитывалась по формулеThe drag force was calculated by the formula

Figure 00000016
,
Figure 00000016
,

где Сx - коэффициент лобового сопротивления;where C x is the drag coefficient;

ρв - плотность воздуха;ρ in - air density;

Sм - площадь миделева сечения снаряда.S m - the area of the mid-section of the projectile.

Коэффициент лобового сопротивления Сx рассчитывался по аппроксимационным формулам в зависимости от числа Маха [10].The drag coefficient C x was calculated using approximation formulas depending on the Mach number [10].

По результатам проведенных расчетов дальность полета инертного снаряда ЗИС-3 (без РДТТ) составляет хк=13.7 км, что хорошо совпадает с результатами полигонных испытаний (хк=13.3 км) [9].According to the results of the calculations, the flight range of the ZIS-3 inert shell (without solid propellant rocket) is x k = 13.7 km, which agrees well with the results of field tests (x k = 13.3 km) [9].

Результаты параметрических расчетов движения активно-реактивного снаряда с РДТТ для разных времен задержки зажигания ting, приведены в таблице 1 (хк - дальность полета, tк - время полета).The results of parametric calculations of the movement of an active rocket with solid propellant rocket engine for different ignition delay times t ing are shown in Table 1 (x k is the flight range, t k is the flight time).

Figure 00000017
Figure 00000017

Обобщенные результаты расчетов движения активно-реактивного снаряда ЗИС-3 приведены в таблице 2 (Uк - конечная скорость снаряда).The generalized results of the calculations of the movement of an active missile ZIS-3 are shown in table 2 (U to - the final velocity of the projectile).

Figure 00000018
Figure 00000018

Расчетные зависимости скорости движения АРС от времени приведены на Фиг. 2, а траектории движения АРС приведены на Фиг. 3, где а - инертный снаряд (без заряда ТРТ); б - снаряд с РДТТ при tign=0 с; в - снаряд с РДТТ при ting=19 с.The calculated time dependences of the APC speed are shown in FIG. 2, and the APC motion paths are shown in FIG. 3, where a is an inert projectile (without TRT charge); b - shell with solid propellant rocket engine at t ign = 0 s; c - shell with solid propellant rocket engine at t ing = 19 s.

Результаты расчетов, показывают, что при использовании трубчато-канального заряда баллиститного (порох Н) топлива обеспечивается увеличение дальности полета снаряда на 10% (при tign=0 с) и на 20% (при tign=19 с) по сравнению с инертным снарядом.The calculation results show that when using a tubular-channel charge of ballistic (gunpowder N) fuel, the projectile flight range is increased by 10% (at t ign = 0 s) and by 20% (at t ign = 19 s) compared to inert projectile.

Рассчитаем высоту h заряда замедлителя (средний диаметр 5 мм), обеспечивающего необходимое время задержки зажигания заряда РДТТ. Основные характеристики состава замедлителя ТЗС-20 приведены в таблице 3 [8].We calculate the height h of the charge of the moderator (average diameter 5 mm), which provides the necessary delay time for ignition of the solid propellant charge. The main characteristics of the composition of the moderator TZS-20 are shown in table 3 [8].

Figure 00000019
Figure 00000019

На Фиг. 4 приведен график зависимости высоты замедлителя h в зависимости от требуемой величины времени задержки зажигания tign для различных значений свободного объема замкнутой полости, рассчитанный по соотношению (1). Для времени tign=19 с высота заряда замедлителя равна h=14 мм при свободном объеме V=10 см3. На Фиг. 5 приведены значения максимального давления р в замкнутой полости при горении зарядов замедлителя для разных значений свободного объема, рассчитанные по формуле (6). Величина давления существенно зависит от свободного объема и для V=10 см3 составляет р=12.7 МПа.In FIG. Figure 4 shows a graph of the dependence of the height of the moderator h depending on the required value of the ignition delay time t ign for various values of the free volume of the closed cavity, calculated by the relation (1). For a time t ign = 19 s, the height of the moderator charge is h = 14 mm with a free volume V = 10 cm 3 . In FIG. Figure 5 shows the values of the maximum pressure p in a closed cavity during combustion of the charges of the moderator for different values of the free volume calculated by the formula (6). The pressure value substantially depends on the free volume and for V = 10 cm 3 it is p = 12.7 MPa.

Таким образом, из приведенного примера следует, что заявляемый способ увеличения дальности полета активно-реактивного снаряда обеспечивает достижение технического результата изобретения - увеличение дальности полета за счет обеспечения контролируемого и оптимального времени задержки зажигания твердотопливного заряда РДТТ и повышение надежности инициирования РДТТ за счет автономной системы воспламенения, исключающей воздействие газов высокого давления метательного заряда в стволе орудия.Thus, from the above example it follows that the claimed method of increasing the flight range of an active-rocket projectile ensures the achievement of the technical result of the invention — increasing the flight range by providing a controlled and optimal ignition delay time of the solid propellant solid propellant charge and increasing the reliability of the initiation of solid propellant rocket ignition excluding the effect of high pressure gases propelling charge in the gun barrel.

ЛИТЕРАТУРАLITERATURE

1. Серебряков М.Е. Внутренняя баллистика. - М.: Оборонгиз, 1949. - 670 с.1. Serebryakov M.E. Internal ballistics. - M .: Oborongiz, 1949 .-- 670 p.

2. Патент РФ №2021544, МПК F02K 9/08. Ракетный двигатель артилирийского снаряда / Соколов Г.Ф., Миронов Ю.И., Беркович B.C. - Опубл. 15.10.1994 г.2. RF patent №2021544, IPC F02K 9/08. Rocket engine of an artillery shell / Sokolov G.F., Mironov Yu.I., Berkovich B.C. - Publ. 10/15/1994 g.

3. Патент РФ №2037065, МПК F02K 9/08. Ракетный двигатель твердого топлива активно-реактивного снаряда / Соколов Г.Ф., Васина Е.А., Морозов В.Д., Кошелев Е.В. - Опубл. 09.06.1995 г.3. RF patent No. 2037065, IPC F02K 9/08. Rocket engine of solid propellant rocket / Sokolov G.F., Vasina E.A., Morozov V.D., Koshelev E.V. - Publ. 06/09/1995 g.

4. Патент РФ №2059859, МПК F02K 9/08. Ракетный двигатель артиллерийского снаряда / Бабичев В.И., Алешичев И.А., Соколов Г.Ф., Родин Л.А. - Опубл. 10.05.1996 г.4. RF patent No. 2059859, IPC F02K 9/08. Rocket engine of an artillery shell / Babichev V.I., Aleshichev I.A., Sokolov G.F., Rodin L.A. - Publ. 05/10/1996

5. Патент РФ №2075033, МПК F42B 10/38. Активно-реактивный снаряд / Бабичев В.И., Колотилин С.В. - Опубл. 10.03.1997 г.5. RF patent No. 2075033, IPC F42B 10/38. Active rocket / Babichev V.I., Kolotilin S.V. - Publ. 03/10/1997

6. Патент РФ №2080468, МПК F02K 9/08, F42B 10/38. Ракетный двигатель артиллерийского снаряда / Бабичев В.И., Соколов Г.Ф., Миронов Ю.И., Беркович B.C. - Опубл. 15.05.1997 г.6. RF patent No. 2080468, IPC F02K 9/08, F42B 10/38. Rocket engine of an artillery shell / Babichev V.I., Sokolov G.F., Mironov Yu.I., Berkovich B.C. - Publ. 05/15/1997

7. Райзберг Б.А., Ерохин Б.Т., Самсонов К.П. Основы теории рабочих процессов в ракетных системах на твердом топливе. – М.: Машиностроение, 1972. - 383 с.7. Raizberg B.A., Erokhin B.T., Samsonov K.P. Fundamentals of the theory of working processes in solid fuel rocket systems. - M.: Mechanical Engineering, 1972. - 383 p.

8. Демьяненко Д.Б., Дудырев А.С., Страхов И.Г., Цынбал М.Н. Комплекс новых пиротехнических замедлительных составов для временных устройств пироавтоматики и средств инициирования. // Изв. Санкт-Петербургского государственного технологического университета (технического университета). 2012, №16 (42). - С. 3-7.8. Demyanenko D.B., Dudyrev A.S., Strakhov I.G., Tsynbal M.N. A complex of new pyrotechnic retardants for temporary pyroautomatics devices and initiation tools. // Izv. St. Petersburg State Technological University (Technical University). 2012, No. 16 (42). - S. 3-7.

9. Широкорад А.Б. Снаряд с ракетным сердцем // Популярная механика. 2012, №5 (115).9. Shirokorad A.B. A missile with a rocket heart // Popular mechanics. 2012, No 5 (115).

10. Степанов В.П. Динамика полета реактивных снарядов. Учебное пособие. - Томск: Изд-во Томского университета, 1977. - 560 с.10. Stepanov V.P. The dynamics of the flight of rockets. Tutorial. - Tomsk: Publishing house of Tomsk University, 1977. - 560 p.

Claims (15)

1. Способ повышения дальности полета активно-реактивного снаряда, включающий зажигание на траектории полета заряда твердого топлива продуктами сгорания воспламенителя, расположенного в предсопловом объеме и инициируемого продуктами сгорания замедлителя, отличающийся тем, что зажигание зарядов замедлителя осуществляют продуктами сгорания пиропатронов, срабатывающих при вылете снаряда из ствола орудия и размещенных в замкнутой полости, образуемой перфорированной диафрагмой, разделяющей предсопловой объем и диффузор сопла, и срезаемой крышкой сопла, расположенной в его выходном сечении, а заряды замедлителя в форме усеченных конусов, основания которых направлены в сторону выходного сечения сопла, герметично размещают через термоизолирующие прокладки в перфорациях диафрагмы, причем высоту зарядов замедлителя определяют из соотношения1. A method of increasing the flight range of an active-reactive projectile, including ignition on the flight path of a solid fuel charge by an igniter combustion product located in a pre-nozzle volume and initiated by a moderator combustion product, characterized in that the moderator charges are ignited by the combustion products of the igniter firing when the projectile leaves gun barrel and placed in a closed cavity formed by a perforated diaphragm that separates the pre-nozzle volume and nozzle diffuser, and cut the nozzle cap located in its outlet section, and the moderator charges in the form of truncated cones, the bases of which are directed towards the nozzle exit section, are hermetically placed through heat-insulating gaskets in the perforations of the diaphragm, and the height of the moderator charges is determined from the ratio
Figure 00000020
,
Figure 00000020
,
где h - высота зарядов замедлителя;where h is the height of the charges of the moderator; ρ - плотность зарядов замедлителя;ρ is the charge density of the moderator; S - суммарная поверхность горения зарядов замедлителя;S is the total combustion surface of the charges of the moderator; R - газовая постоянная продуктов сгорания замедлителя;R is the gas constant of the combustion products of the moderator; Т - температура продуктов сгорания замедлителя;T is the temperature of the combustion products of the moderator; р0 - атмосферное давление;p 0 - atmospheric pressure; V - объем замкнутой полости;V is the volume of the closed cavity; u0 - скорость горения замедлителя при атмосферном давлении;u 0 is the burning rate of the moderator at atmospheric pressure; ν - показатель степени в зависимости скорости горения замедлителя от давления u=u0(р/p0)ν;ν is the exponent in the dependence of the burning speed of the moderator on the pressure u = u 0 (p / p 0 ) ν ; u - скорость горения замедлителя при давлении р;u is the burning rate of the moderator at a pressure p; р - давление в замкнутой полости;p is the pressure in the closed cavity; tign - время задержки зажигания заряда твердого топлива.t ign is the ignition delay time of the solid fuel charge. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что время задержки зажигания заряда твердого топлива предварительно определяют из серии внешнебаллистических расчетов зависимости дальности полета конкретного активно-реактивного снаряда от времени задержки зажигания заряда твердого топлива как значение времени задержки зажигания, обеспечивающее максимальную дальность полета.2. The method according to p. 1, characterized in that the ignition delay time of a solid fuel charge is preliminarily determined from a series of external ballistic calculations of the dependence of the flight range of a specific active-reactive projectile on the ignition time of a solid fuel charge as the ignition delay time providing the maximum flight range.
RU2017113324A 2017-04-17 2017-04-17 Method of increasing the distance of the rocket-propelled grenade RU2647256C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017113324A RU2647256C1 (en) 2017-04-17 2017-04-17 Method of increasing the distance of the rocket-propelled grenade

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017113324A RU2647256C1 (en) 2017-04-17 2017-04-17 Method of increasing the distance of the rocket-propelled grenade

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2647256C1 true RU2647256C1 (en) 2018-03-15

Family

ID=61629359

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017113324A RU2647256C1 (en) 2017-04-17 2017-04-17 Method of increasing the distance of the rocket-propelled grenade

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2647256C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2433169A1 (en) * 1978-08-08 1980-03-07 Europ Propulsion Ejector-igniter for tactical missiles - incorporates several pyrotechnic compsns. stacked in tiers in receptacle each having appropriate function
RU2080468C1 (en) * 1994-03-18 1997-05-27 Конструкторское бюро приборостроения Artillery shell rocket engine
RU2127821C1 (en) * 1997-04-30 1999-03-20 Открытое акционерное общество Научно-производственное объединение "Искра" Jet engine ignition device
US6481198B1 (en) * 1999-07-09 2002-11-19 Alliant Techsystems Inc. Multi-stage rocket motor assembly including jettisonable launch motor integrated with flight igniter
RU2279564C1 (en) * 2005-06-23 2006-07-10 Федеральное Государственное унитарное предприятие "Государственное научно-производственное предприятие "Сплав" Solid-propellant rocket engine

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2433169A1 (en) * 1978-08-08 1980-03-07 Europ Propulsion Ejector-igniter for tactical missiles - incorporates several pyrotechnic compsns. stacked in tiers in receptacle each having appropriate function
RU2080468C1 (en) * 1994-03-18 1997-05-27 Конструкторское бюро приборостроения Artillery shell rocket engine
RU2127821C1 (en) * 1997-04-30 1999-03-20 Открытое акционерное общество Научно-производственное объединение "Искра" Jet engine ignition device
US6481198B1 (en) * 1999-07-09 2002-11-19 Alliant Techsystems Inc. Multi-stage rocket motor assembly including jettisonable launch motor integrated with flight igniter
RU2279564C1 (en) * 2005-06-23 2006-07-10 Федеральное Государственное унитарное предприятие "Государственное научно-производственное предприятие "Сплав" Solid-propellant rocket engine

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3620162A (en) Rifle launched rocket
US3999482A (en) High explosive launcher system
US3951037A (en) Projectile launching device
RU2525352C1 (en) Round for grenade launcher
US2681619A (en) Rocket projectile
US3903802A (en) Shell construction sealing washer
US4949639A (en) Temperature-compensated, acceleration-activated igniter
RU2647256C1 (en) Method of increasing the distance of the rocket-propelled grenade
US2487053A (en) Obturator trap for rocket propellants
RU2631958C1 (en) Reactive engine, method for shooting with rocket ammunition and rocket ammunition
RU2513052C2 (en) Solid-propellant rocket engine to withdraw rocket jettisonable parts
RU2462686C2 (en) Method of increase of range capability of projectile (versions) and device for its implementation
US9909848B2 (en) Munition having penetrator casing with fuel-oxidizer mixture therein
US8122828B2 (en) Cartridge for a firearm
RU2590803C1 (en) Explosive charge of regular weapons and ammunition of primary purpose
RU2150075C1 (en) Cartridge with active-reactive bullet
RU2492411C1 (en) Cartridge for imitation of false target
RU2675983C1 (en) Cumulative-high-explosive charge engine
RU2644804C1 (en) Small-pulse impulse rpre working in the low-speed detonation mode
RU2705677C2 (en) Pyrotechnic cartridge for precipitation stimulation
RU2378524C1 (en) Engine of reactive weapon
RU2117235C1 (en) Pulse rocket projectile
RU2133864C1 (en) Solid-propellant rocket engine
RU2595070C2 (en) Unguided jet projectile
RU219887U1 (en) AMMUNITION WITH VOLUMETRIC-DETONATING MIXTURE

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20200418