RU2751311C1 - Method for increasing the flight range of active-reactive projectile and active-reactive projectile with monoblock combined engine unit (versions) - Google Patents
Method for increasing the flight range of active-reactive projectile and active-reactive projectile with monoblock combined engine unit (versions) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2751311C1 RU2751311C1 RU2020118026A RU2020118026A RU2751311C1 RU 2751311 C1 RU2751311 C1 RU 2751311C1 RU 2020118026 A RU2020118026 A RU 2020118026A RU 2020118026 A RU2020118026 A RU 2020118026A RU 2751311 C1 RU2751311 C1 RU 2751311C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- projectile
- active
- solid fuel
- products
- afterburner
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F42—AMMUNITION; BLASTING
- F42B—EXPLOSIVE CHARGES, e.g. FOR BLASTING, FIREWORKS, AMMUNITION
- F42B10/00—Means for influencing, e.g. improving, the aerodynamic properties of projectiles or missiles; Arrangements on projectiles or missiles for stabilising, steering, range-reducing, range-increasing or fall-retarding
- F42B10/32—Range-reducing or range-increasing arrangements; Fall-retarding means
- F42B10/38—Range-increasing arrangements
- F42B10/40—Range-increasing arrangements with combustion of a slow-burning charge, e.g. fumers, base-bleed projectiles
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Testing Of Engines (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к боеприпасам, в частности к дальнобойным артиллерийским снарядам, оснащенным двигательной установкой (активно-реактивным снарядам).The invention relates to ammunition, in particular to long-range artillery projectiles equipped with a propulsion system (active-rocket projectiles).
Известна конструкция активно-реактивного снаряда с ракетно-прямоточным двигателем для орудий с нарезным стволом (патент RU 2711208, 15.01.2020). В известной конструкции сделан акцент на обеспечение тягового усилия за счет дожигания в атмосферном воздухе продуктов первичного сгорания заряда твердого топлива, поступающих из газогенератора в камеру дожигания, которая оснащена системой, изменяющей ее геометрию и увеличивающей полезный объем камеры дожигания после вылета активно-реактивного снаряда из ствола орудия. При этом она обладает рядом характерных особенностей, направленных на максимизацию полноты дожигания продуктов первичного сгорания твердого топлива с целью обеспечить наиболее полное использование заложенной в топливе энергии и максимизировать тягу двигательной установки. К таким особенностям конструкции относятся: удлиненная камера дожигания, формируемая после вылета активно-реактивного снаряда из орудия; кольцевое воздухозаборное устройство, осуществляющее подачу атмосферного воздуха в камеру дожигания; перфорация на стенке обечайки камеры дожигания, обеспечивающая дополнительный приток воздуха за счет эжекционного эффекта струй продуктов первичного сгорания твердого топлива, истекающих из газогенератора.The known design of an active-rocket projectile with a ramjet engine for guns with a rifled barrel (patent RU 2711208, 01/15/2020). In the known design, an emphasis is placed on providing tractive effort due to the afterburning in the atmospheric air of the primary combustion products of a solid fuel charge coming from the gas generator to the afterburner, which is equipped with a system that changes its geometry and increases the useful volume of the afterburner after the active-reactive projectile is ejected from the barrel. tools. At the same time, it has a number of characteristic features aimed at maximizing the completeness of the afterburning of the products of the primary combustion of solid fuel in order to ensure the most complete use of the energy stored in the fuel and to maximize the thrust of the propulsion system. These design features include: an elongated afterburner, formed after the launch of an active-rocket projectile from the gun; an annular air intake device that supplies atmospheric air to the afterburner; perforation on the wall of the shell of the afterburner chamber, which provides additional air flow due to the ejection effect of jets of primary combustion products of solid fuel flowing out of the gas generator.
Недостатками данной конструкции являются, во-первых, высокая сложность и большое количество элементов в составе двигателя. Наличие подвижных частей в снаряде, подвергающемся высоким значениям перегрузок при выстреле, делает его менее надежным, т.к. в процессе выстрела возможны деформация и заклинивание подвижных элементов. Во-вторых, поскольку активно-реактивный снаряд является летательным аппаратом с доминирующим пассивным участком траектории, особое внимание должно уделяться его аэродинамическому облику. Наличие выступающих частей, таких как воздухозаборное устройство, неизбежно приводит к увеличению силы аэродинамического сопротивления, действующей на снаряд. Кроме того, утяжеление хвостовой части гироскопически стабилизированного снаряда может привести к его разбалансировке и потере гироскопической устойчивости, особенно при смещении подвижных элементов камеры дожигания назад относительно центра масс снаряда.The disadvantages of this design are, firstly, high complexity and a large number of elements in the engine. The presence of moving parts in a projectile subject to high G-forces when fired makes it less reliable, because in the process of firing, deformation and jamming of moving elements are possible. Secondly, since an active-rocket projectile is an aircraft with a dominant passive trajectory segment, special attention should be paid to its aerodynamic appearance. The presence of protruding parts, such as an air intake, inevitably leads to an increase in the aerodynamic drag force acting on the projectile. In addition, the weighting of the tail section of the gyroscopically stabilized projectile can lead to its imbalance and loss of gyroscopic stability, especially when the moving elements of the afterburner chamber are displaced backward relative to the center of mass of the projectile.
Известен артиллерийский снаряд, оснащенный комбинированной двигательной установкой, состоящей из газогенератора донного вдува и ракетного двигателя на твердом топливе, работающих последовательно на восходящей ветви траектории снаряда, за счет чего достигается повышение дальности полета (CN000102155879A. 17.08.2011). При этом газогенератор донного вдува обеспечивает снижение аэродинамического сопротивления снаряда за счет повышения давления на его донный срез, а ракетный двигатель создает тяговое усилие. Преимуществом этой конструкции относительно предыдущей является отсутствие выступающих частей и, следовательно, меньшее аэродинамическое сопротивление. Недостатком этой конструкции является использование двух энергосиловых установок последовательно: сначала для снижения аэродинамического сопротивления, затем для создания тяги. Это приводит к повышенным требованиям по внутреннему объему снаряда для размещения комбинации из двух энергосиловых установок, и, следовательно, снижению объема под полезную нагрузку при фиксированных габаритах снаряда.Known artillery projectile equipped with a combined propulsion system, consisting of a bottom injection gas generator and a solid-propellant rocket engine, operating sequentially on the ascending branch of the projectile trajectory, thereby achieving an increase in the flight range (CN000102155879A. 17.08.2011). In this case, the bottom injection gas generator provides a decrease in the aerodynamic resistance of the projectile by increasing the pressure on its bottom cut, and the rocket engine creates a thrust. The advantage of this design over the previous one is the absence of protruding parts and, therefore, less aerodynamic drag. The disadvantage of this design is the use of two power plants in series: first to reduce aerodynamic drag, then to create thrust. This leads to increased requirements for the internal volume of the projectile to accommodate a combination of two power plants, and, consequently, a decrease in the volume for the payload with fixed projectile dimensions.
Наиболее близким техническим решением к заявленному изобретению является артиллерийский снаряд, использующий газогенератор донного вдува для снижения аэродинамического сопротивления и повышения дальности полета (JP000H06147798A, 27.05.2004). При этом одно из исполнений этой конструкции подразумевает использование газогенератора в сочетании с относительно короткой камерой дожигания с отверстиями достаточно большой площади в боковой стенке, через которые осуществляется подвод воздуха к продуктам первичного сгорания газогенераторного заряда и повышается их полнота дожигания, а, следовательно, и давление на донный срез снаряда. В указанные отверстия воздух попадает под действием вихревого течения, образующегося при обтекании сверхзвуковым потоком воздуха боковой стенки снаряда с отверстием. Преимуществом этой конструкции является конструктивно простое исполнение системы подвода воздуха к продуктам первичного сгорания твердого топлива за счет известного физического явления.The closest technical solution to the claimed invention is an artillery projectile using a bottom injection gas generator to reduce aerodynamic drag and increase the flight range (JP000H06147798A, 05/27/2004). In this case, one of the versions of this design implies the use of a gas generator in combination with a relatively short afterburner with holes of a sufficiently large area in the side wall, through which air is supplied to the products of the primary combustion of the gas generator charge and their completeness of afterburning increases, and, consequently, the pressure on bottom cut of the projectile. Air enters these holes under the action of a vortex flow formed when a supersonic air stream flows around the side wall of a projectile with a hole. The advantage of this design is the structurally simple design of the air supply system to the products of the primary combustion of solid fuel due to a known physical phenomenon.
Недостатками этой конструкции являются отсутствие тягового усилия, создаваемого энергосиловой установкой, и высокая вероятность обратного тока продуктов горения через воздухозаборные отверстия в атмосферу по мере повышения давления в камере, т.е. высокий риск помпажа. Использование газогенератора донного вдува (донного газогенератора) обеспечивает подачу продуктов первичного сгорания заряда твердого топлива в область за снарядом. В этой области при сверхзвуковом обтекании снаряда воздухом образуется вихревая зона разрежения, в которой давление существенно ниже атмосферного. Газогенератор донного вдува предназначен для заполнения этой зоны разрежения горячим газом, чтобы повысить давление на дно снаряда и в итоге снизив его аэродинамическое сопротивление, при этом газогенератор донного вдува как таковой не создает тяги. В JP000H06147798A обычный газогенератор донного вдува дополнен камерой с боковыми окнами, через которые должен происходить приток воздуха к продуктам сгорания топлива, при этом должно обеспечиваться их дожигание и дополнительное выделение тепла, в результате чего должно возрастать давление на донный срез снаряда.The disadvantages of this design are the absence of a traction force created by the power plant, and the high probability of a reverse flow of combustion products through the air intake openings into the atmosphere as the pressure in the chamber increases, i.e. high risk of surge. The use of the bottom blowing gas generator (bottom gas generator) provides the supply of the products of the primary combustion of the solid fuel charge to the area behind the projectile. In this region, with a supersonic air flow around the projectile, a vortex rarefaction zone is formed, in which the pressure is significantly lower than atmospheric. The bottom injection gas generator is designed to fill this rarefaction zone with hot gas in order to increase the pressure on the bottom of the projectile and, as a result, reduce its aerodynamic resistance, while the bottom injection gas generator does not create thrust as such. In JP000H06147798A, a conventional bottom injection gas generator is supplemented with a chamber with side windows, through which air must flow to the fuel combustion products, while their afterburning and additional heat release must be ensured, as a result of which the pressure on the bottom cut of the projectile must increase.
Технической проблемой, решаемой группой изобретений, является повышение дальности полета артиллерийского снаряда при помощи двигательной установки, одновременно снижающей аэродинамическое сопротивление снаряда и создающей тягу.The technical problem solved by the group of inventions is to increase the flight range of an artillery projectile using a propulsion system, which simultaneously reduces the aerodynamic resistance of the projectile and creates thrust.
Заявленный способ увеличения дальности полета активно-реактивного снаряда, содержащего двигательную установку с зарядом твердого топлива, размещенную в кормовой части снаряда, днище с сопловыми вкладышами и обечайку камеры дожигания, заключается в том, что движение активно-реактивного снаряда в стволе орудия осуществляют под воздействием давления продуктов сгорания метательного заряда, при этом часть продуктов сгорания метательного заряда пропускают через сопловые вкладыши днища в полость двигательной установки для воспламенения заряда твердого топлива, далее после вылета активно-реактивного снаряда из канала ствола орудия продукты первичного сгорания твердого топлива истекают по опорной трубке-газоводу в пространство, образованное диафрагмой и днищем, и затем через сопловые вкладыши в объем, ограниченный днищем и обечайкой камеры дожигания и открытый со стороны донного среза снаряда, причем сопла сопловых вкладышей спрофилированы сужающимися к центру от их обоих концов с возможностью создания тяги при истечении продуктов первичного сгорания твердого топлива и пропускания части продуктов сгорания метательного заряда для воспламенения заряда твердого топлива, а дожигание продуктов первичного сгорания топлива, истекающих через сопла сопловых вкладышей, осуществляют в потоке воздуха, поступающем в камеру дожигания из вихревого течения, образующегося при сверхзвуковом обтекании активно-реактивного снаряда в полете.The claimed method of increasing the flight range of an active-rocket projectile containing a propulsion system with a solid fuel charge, located in the aft part of the projectile, a bottom with nozzle inserts and a shell of the afterburner chamber, consists in the fact that the movement of an active-rocket projectile in the gun barrel is carried out under the influence of pressure combustion products of the propellant charge, while part of the combustion products of the propellant charge is passed through the nozzle liners of the bottom into the cavity of the propulsion system to ignite the solid fuel charge, then after the release of the active-jet projectile from the bore of the gun, the products of the primary combustion of the solid fuel flow through the support tube-gas duct into the space formed by the diaphragm and the bottom, and then through the nozzle liners into the volume bounded by the bottom and the shell of the afterburner chamber and open from the side of the bottom cut of the projectile, and the nozzle liner nozzles are profiled tapering towards the center from both ends with the possibility creating thrust during the outflow of the primary combustion products of solid fuel and passing part of the combustion products of the propellant to ignite the solid fuel charge, and the afterburning of the primary combustion products flowing through the nozzle insert nozzles is carried out in the air flow entering the afterburner from the vortex flow formed during supersonic flow around an active-rocket projectile in flight.
Технический результат, обеспечиваемый способом увеличения дальности полета активно-реактивного снаряда, заключается в обеспечении условий для создания тяги двигательной установкой при одновременном уменьшении силы аэродинамического сопротивления снаряда и, как следствие, увеличении за счет этого дальности полета снаряда.The technical result, provided by the method of increasing the flight range of the active-rocket projectile, is to provide conditions for creating thrust by the propulsion system while reducing the force of the aerodynamic resistance of the projectile and, as a consequence, increasing the flight range of the projectile due to this.
Заявленный активно-реактивный снаряд, устраняющий недостатки наиболее близкого аналога, содержит головную часть с полезной нагрузкой, двигательную установку, размещенную в кормовой части снаряда и содержащую заряд топлива, ведущий поясок, опорную трубку-газовод, диафрагму, днище с сопловыми вкладышами и обечайку камеры дожигания. Указанная выше техническая проблема в рамках заявленного изобретения - снаряда решается за счет того, что двигательная установка, обеспечивающая при работе одновременное снижение аэродинамического сопротивления и создание тяги, состоит из заряда твердого топлива, опорной трубки-газовода, диафрагмы, днища, сопловых вкладышей и обечайки камеры дожигания, при этом двигательная установка сочетает в себе свойства как газогенератора донного вдува (снижение аэродинамического сопротивления путем повышения давления на дно снаряда), так и ракетного двигателя на твердом топливе (создание тяги за счет истечения высокоскоростных струй из камеры сгорания), при этом оба этих свойства проявляются во время работы двигательной установки одновременно, а сама двигательная установка имеет один единственный источник рабочего тела (заряд твердого топлива). Таким образом, заявленное изобретение может быть отнесено к активно-реактивным снарядам с моноблочной комбинированной двигательной установкой.The declared active-rocket projectile, eliminating the disadvantages of the closest analogue, contains a warhead with a payload, a propulsion system located in the aft part of the projectile and containing a fuel charge, a leading belt, a support gas pipe, a diaphragm, a bottom with nozzle inserts and a shell of the afterburner ... The above technical problem within the framework of the claimed invention - the projectile is solved due to the fact that the propulsion system, which, during operation, provides a simultaneous decrease in aerodynamic resistance and the creation of thrust, consists of a solid fuel charge, a support gas pipe, a diaphragm, a bottom, nozzle inserts and a chamber shell afterburning, while the propulsion system combines the properties of both a bottom injection gas generator (reducing aerodynamic drag by increasing pressure on the bottom of the projectile) and a solid fuel rocket engine (creating thrust due to the outflow of high-speed jets from the combustion chamber), while both of these properties manifest themselves during the operation of the propulsion system at the same time, and the propulsion system itself has one single source of the working fluid (charge of solid fuel). Thus, the claimed invention can be attributed to active-rocket projectiles with a monoblock combined propulsion system.
Технический результат, достигаемый при использовании заявленной конструкции активно-реактивного снаряда, заключается в повышении дальности полета артиллерийского снаряда при одновременном снижении аэродинамического сопротивления снаряда и создании тяги за счет истечения высокоскоростных струй из камеры сгорания.The technical result achieved when using the claimed design of an active-rocket projectile is to increase the flight range of the artillery projectile while reducing the aerodynamic resistance of the projectile and creating thrust due to the outflow of high-speed jets from the combustion chamber.
Указанный технический результат достигается за счет того, что при выстреле из орудия с нарезным стволом в процессе движения по стволу на донную часть снаряда действует избыточное давление высокотемпературных продуктов сгорания метательного заряда, которые через сопловые вкладыши попадают в камеру сгорания двигательной установки и воспламеняют заряд твердого топлива. Избыточное давление продуктов сгорания метательного заряда обеспечивает сверхзвуковую начальную скорость снаряда. Воспламенение заряда твердого топлива приводит к истечению продуктов его первичного сгорания через сопловые вкладыши в пространство за донным срезом снаряда. Вследствие сверхзвуковой скорости снаряда на начальном этапе после вылета из канала ствола возникающее за донным срезом снаряда вихревое течение воздуха стремится заполнить объем между обечайкой камеры дожигания и днищем, выполняющий функцию камеры дожигания, через которую проходят струи продуктов первичного сгорания твердого топлива. Оказавшись в разреженном пространстве камеры дожигания, струи продуктов первичного сгорания твердого топлива размываются, при этом часть струи, ближайшая к ее оси, продолжает движение в направлении, обратном направлению полета, а периферийная часть струи смешивается с воздухом, поступающим в камеру дожигания из вихревого течения за донным срезом снаряда, дожигается и заполняет пространство камеры дожигания, обеспечивая повышение донного давления и снижение полного аэродинамического сопротивления активно-реактивного снаряда. Часть продуктов первичного сгорания твердого топлива задерживается в камере дожигания, образуя вместе с поступающим с периферии камеры дожигания атмосферным воздухом вихревое течение, в котором происходит дожигание. Этому способствует расположение сопловых вкладышей по окружности на определенном расстоянии от оси активно-реактивного снаряда, что обеспечивает заполнение площади донного среза снаряда струями продуктов первичного сгорания твердого топлива и образование вихревых зон, в которых продукты первичного сгорания твердого топлива дожигаются, смешиваясь с воздухом, в отличие от конструкции с одним центральным соплом, которое позволяет продуктам первичного сгорания заряда твердого топлива занять относительно небольшую долю площади донного среза активно-реактивного снаряда. Сочетание этих эффектов (создание тяги с одновременным снижением аэродинамического сопротивления) обеспечивает повышение дальности полета.The specified technical result is achieved due to the fact that when fired from a gun with a rifled barrel in the process of movement along the barrel, an excess pressure of high-temperature combustion products of the propellant charge acts on the bottom of the projectile, which through the nozzle liners enter the combustion chamber of the propulsion system and ignite the solid fuel charge. Excessive pressure of the propellant charge combustion products provides a supersonic initial velocity of the projectile. Ignition of the solid fuel charge leads to the outflow of the products of its primary combustion through the nozzle inserts into the space behind the bottom cut of the projectile. Due to the supersonic speed of the projectile at the initial stage after departure from the bore, the vortex air flow arising behind the bottom cut of the projectile tends to fill the volume between the shell of the afterburner chamber and the bottom, which serves as an afterburner through which jets of primary combustion products of solid fuel pass. Once in the rarefied space of the afterburner, the jets of the primary combustion of solid fuel are blurred, while the part of the jet closest to its axis continues to move in the direction opposite to the direction of flight, and the peripheral part of the jet mixes with air entering the afterburner from the vortex flow after by the bottom cut of the projectile, it is burned out and fills the space of the afterburner chamber, providing an increase in the bottom pressure and a decrease in the total aerodynamic resistance of the active-rocket projectile. Part of the products of the primary combustion of solid fuel is retained in the afterburner, forming, together with the atmospheric air entering from the periphery of the afterburner, a vortex flow in which the afterburning takes place. This is facilitated by the location of the nozzle inserts around the circumference at a certain distance from the axis of the active-rocket projectile, which ensures that the area of the bottom cut of the projectile is filled with jets of solid fuel primary combustion products and the formation of vortex zones in which the products of the primary combustion of solid fuel are burned out, mixing with air, in contrast from a design with one central nozzle, which allows the products of the primary combustion of a solid fuel charge to occupy a relatively small fraction of the area of the bottom cut of an active-rocket projectile. The combination of these effects (creation of thrust with a simultaneous decrease in aerodynamic drag) provides an increase in flight range.
Существенными признаками, обеспечивающими достижение указанных технических результатов для способа и снаряда, является выполнение на днище сопловых вкладышей, расположенных по окружности вокруг продольной оси снаряда, при этом сопла упомянутых сопловых вкладышей спрофилированы сужающимися к центру от их обоих концов с возможностью создания тяги при истечении продуктов первичного сгорания твердого топлива и пропускания части продуктов сгорания метательного заряда для воспламенения заряда твердого топлива, а дожигание продуктов первичного сгорания топлива, истекающих через сопла соповых вкладышей, осуществляют в потоке воздуха, поступающем в камеру дожигания из вихревого течения, образующегося при сверхзвуковом обтекании активно-реактивного снаряда в полете.Essential features that ensure the achievement of the specified technical results for the method and the projectile is the implementation on the bottom of the nozzle inserts located circumferentially around the longitudinal axis of the projectile, while the nozzles of the said nozzle inserts are profiled tapering towards the center from both ends with the possibility of creating thrust when the products of the primary solid fuel combustion and passing part of the propellant charge combustion products to ignite the solid fuel charge, and the afterburning of the primary fuel combustion products flowing through the nozzles of the nozzle liners is carried out in the air flow entering the afterburner from the vortex flow formed during supersonic flow around an active jet projectile in flight.
Суть изобретения поясняется чертежами, где:The essence of the invention is illustrated by drawings, where:
на фиг. 1 представлен общий вид активно-реактивного снаряда с моноблочной комбинированной двигательной установкой;in fig. 1 shows a general view of an active-rocket projectile with a monoblock combined propulsion system;
на фиг. 2 представлена сама двигательная установка;in fig. 2 shows the propulsion system itself;
на фиг. 3 представлен вид сзади активно-реактивного снаряда с моноблочной комбинированной двигательной установкой, показывающий расположение сопловых вкладышей вокруг продольной оси снаряда;in fig. 3 is a rear view of a monobloc combined propulsion system showing the location of the nozzle inserts around the longitudinal axis of the projectile;
на фиг. 4 представлена принципиальная схема дожигания продуктов первичного сгорания твердого топлива в двигательной установке.in fig. 4 shows a schematic diagram of the afterburning of the products of the primary combustion of solid fuel in a propulsion system.
на фиг. 5 представлен вариант выполнения (модификация) моноблочной комбинированной двигательной установки, у которой диаметр камеры дожигания в районе днища меньше, чем в районе торца снаряда, причем изменение диаметра выполнено в виде ряда ступенчатых переходов.in fig. 5 shows an embodiment (modification) of a monoblock combined propulsion system, in which the diameter of the afterburner in the area of the bottom is smaller than in the area of the end of the projectile, and the change in diameter is made in the form of a series of step transitions.
На фиг. 6 представлен вариант выполнения (модификация) активно-реактивного снаряда с моноблочной комбинированной двигательной установкой, использующая стабилизацию оперением.FIG. 6 shows an embodiment (modification) of an active-rocket projectile with a monoblock combined propulsion system using stabilization by the tail.
На фиг. 7 представлен фрагмент варианта активно-реактивного снаряда, у которого оперение раскрыто после вылета снаряда из канала ствола.FIG. 7 shows a fragment of a variant of an active-rocket projectile, in which the plumage is opened after the projectile has left the bore.
На чертежах позициями обозначено:In the drawings, the numbers indicate:
1 - головная часть;1 - head part;
2 - ведущий поясок;2 - leading belt;
3 - моноблочная комбинированная двигательная установка;3 - monoblock combined propulsion system;
4 - корпус моноблочной комбинированной двигательной установки;4 - the body of the monoblock combined propulsion system;
5 - заряд твердого топлива;5 - charge of solid fuel;
6 - опорная трубка-газовод;6 - support tube-gas conduit;
7 - диафрагма;7 - diaphragm;
8 - днище;8 - bottom;
9 - сопловые вкладыши моноблочной комбинированной двигательной установки;9 - nozzle inserts of the monoblock combined propulsion system;
10 - обечайка камеры дожигания;10 - shell of the afterburner chamber;
11 - ступенчатые переходы камеры дожигания;11 - step transitions of the afterburner chamber;
12 - обтюрирующий поясок;12 - obturating belt;
13 - раскрываемое оперение;13 - deployed plumage;
14 - установочные места для раскрываемого оперения.14 - mounting places for the deployed tail.
Активно-реактивный снаряд (фиг. 1) состоит из головной части 1, в которой размещается полезная нагрузка (например, заряд взрывчатого вещества, взрыватель, узел коррекции траектории и т.д.), ведущего пояска 2 и моноблочной комбинированной двигательной установки 3.The reactive projectile (Fig. 1) consists of a
Моноблочная комбинированная двигательная установка (фиг. 2) состоит из корпуса 4 двигательной установки, заряда твердого топлива 5, опорной трубки-газовода 6, диафрагмы 7, днища 8, сопловых вкладышей 9 и обечайки 10 камеры дожигания. Заряд твердого топлива 5 установлен на опорную трубку-газовод 6 и внутрь корпуса 4 с минимально возможным зазором.Monoblock combined propulsion system (Fig. 2) consists of a
Диафрагма 7, днище 8 и обечайка 10 камеры дожигания соединены с корпусом 4 при помощи резьбовых соединений. Сопловые вкладыши 9 выполнены из жаростойкого материала и установлены в днище 8 при помощи резьбы или клея-герметика. Сопловые вкладыши расположены по окружности на определенном расстоянии от продольной оси снаряда (фиг. 3). Такое расположение, согласно проведенному по известной методике численному моделированию смешения продуктов первичного сгорания твердого топлива с воздухом и их дожигания в камере дожигания, обеспечивает необходимый режим работы моноблочной комбинированной двигательной установки. Исследования проводились в пакете вычислительной гидродинамики ANSYS CFX с симуляцией истечения струй продуктов первичного сгорания топлива в пространство позади снаряда и учетом их дожигания согласно одностадийной однопараметрической модели горения Eddy Dissipation Model.
Заявленный активно-реактивный снаряд функционирует следующим образом.The declared active-rocket projectile functions as follows.
При выстреле из орудия с нарезным стволом продукты сгорания метательного заряда воздействуют на донную часть активно-реактивного снаряда, состоящего из головной части 1, ведущего пояска 2 и моноблочной комбинированной двигательной установки 3 (фиг. 1). Под действием давления продуктов сгорания метательного заряда активно-реактивный снаряд получает ускоренное движение вперед по каналу ствола. При этом ведущий поясок 2, жестко соединенный со снарядом, при взаимодействии с нарезами в канале ствола орудия сообщает снаряду определенное угловое ускорение, необходимое для гироскопической стабилизации снаряда на полете.When fired from a gun with a rifled barrel, the combustion products of the propellant charge affect the bottom of the active-rocket projectile, consisting of the
В процессе движения по стволу на днище снаряда действует избыточное давление высокотемпературных продуктов сгорания метательного заряда. При этом сопловые вкладыши 9, входящие в состав моноблочной комбинированной двигательной установки 3, играют роль газовых редукторов, пропуская часть продуктов сгорания метательного заряда в полость двигательной установки, обеспечивая уровень температуры и избыточного давления внутри двигательной установки, достаточный для воспламенения заряда твердого топлива 5, но недостаточный для его разрушения или нерасчетного выгорания. После вылета активно-реактивного снаряда из канала ствола орудия, происходит дальнейшее горение заряда твердого топлива 5 с истечением продуктов первичного сгорания по опорной трубке-газоводу 6 в пространство, образованное диафрагмой 7 и днищем 8, и далее через сопловые вкладыши 9 в объем, ограниченный днищем 8 и обечайкой 10 камеры дожигания и открытый со стороны донного среза снаряда. Сопловые вкладыши 9 спрофилированы так, что струи продуктов первичного сгорания твердого топлива, истекая через них, разгоняются и создают определенное усилие тяги. Поскольку снаряд начинает движение с высокой сверхзвуковой скоростью, за его донным срезом образуется вихревое течение воздуха, стремящегося занять объем, ограниченный обечайкой 10 камеры дожигания и днищем 8, который образует, собственно, камеру дожигания, через которую проходят струи продуктов первичного сгорания твердого топлива. Оказавшись в разреженном пространстве камеры дожигания, струи продуктов первичного сгорания твердого топлива размываются, при этом часть струи, ближайшая к ее оси, продолжает движение в направлении, обратном направлению полета, а периферийная часть струи смешивается с воздухом, поступающим в камеру дожигания из вихревого течения за донным срезом снаряда, дожигается и заполняет пространство камеры дожигания, обеспечивая повышение донного давления и снижение полного аэродинамического сопротивления активно-реактивного снаряда.In the process of movement along the barrel, an excess pressure of the high-temperature combustion products of the propellant charge acts on the bottom of the projectile. In this case, the
Иллюстрация этого эффекта на основании данных численного моделирования приведена на фиг. 4. Показано, что часть продуктов первичного сгорания твердого топлива задерживается в камере дожигания, образуя вместе с поступающим с периферии камеры дожигания атмосферным воздухом вихревое течение, в котором происходит дожигание. Этому способствует расположение сопловых вкладышей 9 на определенном расстоянии от оси активно-реактивного снаряда, т.е. со смещением относительно продольной оси снаряда, преимущественно, по окружности, что обеспечивает заполнение площади донного среза снаряда струями продуктов первичного сгорания твердого топлива и образование вихревых зон, в которых продукты первичного сгорания твердого топлива дожигаются, смешиваясь с воздухом, в отличие от конструкции с одним центральным соплом, которое позволяет продуктам первичного сгорания заряда твердого топлива занять относительно небольшую долю площади донного среза активно-реактивного снаряда.An illustration of this effect based on numerical simulation data is shown in FIG. 4. It is shown that a part of the products of the primary combustion of solid fuel is retained in the afterburner, forming, together with the atmospheric air entering from the periphery of the afterburner, a vortex flow in which the afterburning takes place. This is facilitated by the location of the nozzle inserts 9 at a certain distance from the axis of the active-jet projectile, i.e. with a displacement relative to the longitudinal axis of the projectile, mainly along the circumference, which ensures filling the area of the bottom cut of the projectile with jets of the primary combustion of solid fuel and the formation of vortex zones in which the products of the primary combustion of solid fuel are burned out, mixing with air, in contrast to the design with one central a nozzle that allows the products of the primary combustion of a solid fuel charge to occupy a relatively small fraction of the area of the bottom cut of an active-rocket projectile.
Сочетание этих эффектов (создание тяги с одновременным снижением аэродинамического сопротивления) обеспечивает повышение дальности полета активно-реактивного снаряда.The combination of these effects (creation of thrust with a simultaneous decrease in aerodynamic drag) provides an increase in the flight range of an active-rocket projectile.
Одной из важных особенностей работы описываемого активно-реактивного снаряда является наличие вихревых зон вблизи днища 8 (см. фиг. 4), в которых происходит дожигание продуктов первичного сгорания твердого топлива, обеспечивающее повышение давления на днище 8 снаряда. Известно, что вихревые зоны образуются в области резкого изменения площади поперечного сечения камеры дожигания. В связи с этим предложена модификация моноблочной комбинированной двигательной установки (фиг. 5). В данной модификации диаметр камеры дожигания в районе днища меньше, чем в районе торца снаряда, причем изменение диаметра выполнено в виде ряда ступенчатых переходов 11. В местах этих ступенчатых переходов 11 образуются застойные вихревые зоны, в которых задерживается смесь продуктов первичного сгорания твердого топлива и воздуха, что обеспечивает повышенную полноту дожигания по сравнению с конструкцией, приведенной на фиг. 2. Повышение полноты дожигания означает дальнейший рост давления на днище 8 активно-реактивного снаряда и больший прирост дальности полета.One of the important features of the described active-rocket projectile is the presence of vortex zones near the bottom 8 (see Fig. 4), in which the afterburning of the products of the primary combustion of solid fuel, which increases the pressure on the
Описанные выше конструкции активно-реактивного снаряда с моноблочной комбинированной двигательной установкой относятся к снарядам, выстреливаемым из орудий с нарезным стволом и стабилизируемым вращением. Однако сама моноблочная комбинированная двигательная установка может быть использована и на снарядах, стабилизированных оперением. Вариантом заявленного изобретения может быть модификация активно-реактивного снаряда с моноблочной комбинированной двигательной установкой 3, использующая стабилизацию оперением (фиг. 6). Оперение раскрывается после вылета снаряда из канала ствола (фиг. 7).The above-described designs of an active-rocket projectile with a monoblock combined propulsion system refer to projectiles fired from guns with a rifled barrel and stabilized by rotation. However, the monoblock combined propulsion system itself can also be used on projectiles stabilized by the empennage. A variant of the claimed invention can be a modification of the active-rocket projectile with a monoblock combined
В данном варианте активно-реактивного снаряда он состоит из головной части 1, обтюрирующего пояска 12, моноблочной комбинированной двигательной установки 3 и раскрываемого оперения 13. От активно-реактивного снаряда, изображенного на фиг. 1, этот вариант отличается тем, что обтюрирующий поясок 12, в отличие от ведущего пояска 2, показанного на фиг. 1, не связан жестко с корпусом 4 двигательной установки 3, а установлен на него как свободно вращающееся кольцо, обеспечивающее обтюрацию пороховых газов при выстреле, но не придающее снаряду высокой скорости вращения. Конструкция двигательной установки 3 при этом модифицирована таким образом, чтобы обеспечить возможность установки обтюрирующего пояска и его крепления. Кроме того, в обечайке 10 камеры дожигания выполнены установочные места 14 для раскрываемого оперения 13 ножевого типа, позволяющие ему складываться внутрь полости, образованной днищем 8 и обечайкой 10 камеры дожигания. Таким образом оперение 13 предохраняется от деформаций в процессе хранения и транспортировки снаряда и не нарушает ограничений на габаритные размеры активно-реактивного снаряда.In this embodiment of the active-rocket projectile, it consists of a
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020118026A RU2751311C1 (en) | 2020-06-01 | 2020-06-01 | Method for increasing the flight range of active-reactive projectile and active-reactive projectile with monoblock combined engine unit (versions) |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020118026A RU2751311C1 (en) | 2020-06-01 | 2020-06-01 | Method for increasing the flight range of active-reactive projectile and active-reactive projectile with monoblock combined engine unit (versions) |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2751311C1 true RU2751311C1 (en) | 2021-07-13 |
Family
ID=77019765
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020118026A RU2751311C1 (en) | 2020-06-01 | 2020-06-01 | Method for increasing the flight range of active-reactive projectile and active-reactive projectile with monoblock combined engine unit (versions) |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2751311C1 (en) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06147798A (en) * | 1992-11-02 | 1994-05-27 | Tech Res & Dev Inst Of Japan Def Agency | Base bleed bullet |
FR2821420A1 (en) * | 2001-02-26 | 2002-08-30 | Francois Louis Desire Ragache | Self-propelled piercing tip for long-range shell has bolt in thermopropulsive tube of solid propellant set off by pyrotechnic system |
RU2225976C1 (en) * | 2002-12-02 | 2004-03-20 | Тульский государственный университет | Method reducing bottom resistance of artillery projectile and gear for its implementation |
US20100224719A1 (en) * | 2007-10-19 | 2010-09-09 | Bae Systems Bofors Ab | Method of varying firing range and effect in target for shell and shell configured for this purpose |
RU2462686C2 (en) * | 2010-12-24 | 2012-09-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ижевский государственный технический университет имени М.Т. Калашникова" | Method of increase of range capability of projectile (versions) and device for its implementation |
RU2486452C1 (en) * | 2012-04-02 | 2013-06-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ) | Method of increasing artillery shell range and device to this end |
-
2020
- 2020-06-01 RU RU2020118026A patent/RU2751311C1/en active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06147798A (en) * | 1992-11-02 | 1994-05-27 | Tech Res & Dev Inst Of Japan Def Agency | Base bleed bullet |
FR2821420A1 (en) * | 2001-02-26 | 2002-08-30 | Francois Louis Desire Ragache | Self-propelled piercing tip for long-range shell has bolt in thermopropulsive tube of solid propellant set off by pyrotechnic system |
RU2225976C1 (en) * | 2002-12-02 | 2004-03-20 | Тульский государственный университет | Method reducing bottom resistance of artillery projectile and gear for its implementation |
US20100224719A1 (en) * | 2007-10-19 | 2010-09-09 | Bae Systems Bofors Ab | Method of varying firing range and effect in target for shell and shell configured for this purpose |
RU2462686C2 (en) * | 2010-12-24 | 2012-09-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ижевский государственный технический университет имени М.Т. Калашникова" | Method of increase of range capability of projectile (versions) and device for its implementation |
RU2486452C1 (en) * | 2012-04-02 | 2013-06-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ) | Method of increasing artillery shell range and device to this end |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6968695B2 (en) | Compact lightweight ramjet engines incorporating swirl augmented combustion with improved performance | |
US6895756B2 (en) | Compact swirl augmented afterburners for gas turbine engines | |
EP1445465B1 (en) | Combination of core engine with ramjet engine incorporating swirl augmented combustion | |
US6820411B2 (en) | Compact, lightweight high-performance lift thruster incorporating swirl-augmented oxidizer/fuel injection, mixing and combustion | |
US5578783A (en) | RAM accelerator system and device | |
US4539911A (en) | Projectile | |
US9823053B1 (en) | Solid-fuel ramjet ammunition | |
AU699240B2 (en) | Airbreathing propulsion assisted gun-launched projectiles | |
US20210102790A1 (en) | Boost thrust rocket motor | |
US9410503B2 (en) | Packaged propellant air-induced variable thrust rocket engine | |
US5078336A (en) | Spin-stabilized missile with plug nozzle | |
US2946261A (en) | Peripheral nozzle spinner rocket | |
RU2751311C1 (en) | Method for increasing the flight range of active-reactive projectile and active-reactive projectile with monoblock combined engine unit (versions) | |
KR102269204B1 (en) | Projectile containing ramjet engine | |
CN101113882A (en) | Bomb body structure capable of reducing shock wave drag of bomb body and method thereof | |
RU2527250C2 (en) | Reduction of base drag and boundary layer suction of movable, for example, thrown bodies, said projectile or bullet of, primarily, ogival of sharpened nose part and body, said projectile or bullet of, primarily, ogival of sharpened nose part | |
JP5829278B2 (en) | Propulsion systems for flying machines, especially missiles | |
US11655055B2 (en) | System and method for aerodynamic drag reduction in airborne systems and vehicles | |
US20050279083A1 (en) | Folded detonation initiator for constant volume combustion device | |
RU2674407C1 (en) | Direct-flow rocket projectile | |
US6478250B1 (en) | Propulsive torque motor | |
RU2785835C1 (en) | Method for increasing the flight range of an artillery projectile with a rocket-ramjet engine and an artillery projectile implementing it (options) | |
RU2117235C1 (en) | Pulse rocket projectile | |
RU2685002C2 (en) | Missile with air-jet engine | |
RU2711208C1 (en) | Active-jet projectile with rocket-ramjet engine for guns with a rifled barrel |