RU2795131C1 - Method for determining the speed of a rocket during its exit from water and the range of the launch site of long-life missiles when launching from a submerged position - Google Patents

Method for determining the speed of a rocket during its exit from water and the range of the launch site of long-life missiles when launching from a submerged position Download PDF

Info

Publication number
RU2795131C1
RU2795131C1 RU2021137941A RU2021137941A RU2795131C1 RU 2795131 C1 RU2795131 C1 RU 2795131C1 RU 2021137941 A RU2021137941 A RU 2021137941A RU 2021137941 A RU2021137941 A RU 2021137941A RU 2795131 C1 RU2795131 C1 RU 2795131C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
rocket
water
speed
launch
exit
Prior art date
Application number
RU2021137941A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Витальевич Новиков
Александр Александрович Больших
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное военное образовательное учреждение высшего образования "Черноморское высшее военно-морское ордена Красной Звезды училище имени П.С. Нахимова" Министерства обороны Российской Федерации (г.Севастополь)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное военное образовательное учреждение высшего образования "Черноморское высшее военно-морское ордена Красной Звезды училище имени П.С. Нахимова" Министерства обороны Российской Федерации (г.Севастополь) filed Critical Федеральное государственное бюджетное военное образовательное учреждение высшего образования "Черноморское высшее военно-морское ордена Красной Звезды училище имени П.С. Нахимова" Министерства обороны Российской Федерации (г.Севастополь)
Application granted granted Critical
Publication of RU2795131C1 publication Critical patent/RU2795131C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: armaments.
SUBSTANCE: invention can be used in determining the accuracy of long-term missile systems. To implement the method for determining the speed of a rocket during its exit from water and the range of the launch site of long-life missiles when launching from a submerged position, the main characteristics of the missile weapon are determined for the underwater section of the trajectory. During rocket operation, the assigned service life of the cruise missile launcher is taken into account, which determines the proportion of the burnt powder charge, which is used to identify the change in the rocket speed during its exit from water and the range of the rocket launch site when firing from a torpedo tube according to the given mathematical expression.
EFFECT: increase in the accuracy of firing by underwater-launched missile systems for long periods of operation.
1 cl, 8 dwg

Description

Изобретение относится к области вооружения, военной техники, систем военного назначения и может быть использовано в области эксплуатации и восстановлении вооружения и военной техники, техническом обеспечении.The invention relates to the field of weapons, military equipment, military systems and can be used in the field of operation and restoration of weapons and military equipment, technical support.

Сведения из предшествующего уровня техники показали, что существующие аналоги (RU 2687694 С1 и RU 2590841 С2) позволяют определять баллистические характеристики в конце активного участка траектории реактивных глубинных бомб длительных сроков хранения, а также основные летные характеристики в конце стартового участка траектории для морских ракет длительных сроков службы.Information from the prior art showed that the existing analogues (RU 2687694 C1 and RU 2590841 C2) make it possible to determine the ballistic characteristics at the end of the active section of the trajectory of long-term storage reactive depth bombs, as well as the main flight characteristics at the end of the launch section of the trajectory for long-term sea missiles services.

Основным отличием настоящего изобретения является определение дальности стартового участка траектории и скорости ракеты длительного срока службы при осуществлении пуска с подводного положения, тоесть движение ракеты в воде и скорость ракеты при выходе ее из воды.The main difference of the present invention is the determination of the range of the starting section of the trajectory and the speed of a long-life missile when launched from a submerged position, that is, the movement of the missile in water and the speed of the missile when it leaves the water.

Рассмотрим два способа пуска крылатых ракет с подводного положения:Consider two ways to launch cruise missiles from a submerged position:

- из торпедного аппарата (комплекс ракетного оружия «Калибр»);- from a torpedo tube (a complex of rocket weapons "Caliber");

- из ракетных шахт под углом 45° (комплекс ракетного оружия «Гранит»).- from missile silos at an angle of 45° (Granite missile weapon system).

Разделение ракетного оружия по способам подводного пуска, во время проведения исследования, обусловлено тем, что прохождение подводного участка их различается друг от друга, а следовательно и влияние геронтологических изменений на основные летные характеристики не идентично.The division of missile weapons according to the methods of underwater launch during the study is due to the fact that the passage of their underwater section differs from each other, and therefore the effect of gerontological changes on the main flight characteristics is not identical.

К основным летным характеристикам крылатых ракет на подводном участке траектории относятся диапазоны скоростей выхода ее из под воды, а также дальность стартового участка при наклонном подводном пуске.The main flight characteristics of cruise missiles in the underwater section of the trajectory include the speed ranges of its exit from under the water, as well as the range of the launch section during an inclined underwater launch.

В настоящее время проведен ряд исследований по учету влияния геронтологических изменений пороховых зарядов стартовых агрегатов на динамику полета ракет. Исследований по определению влияния сроков службы крылатых ракет на изменение основных летных характеристик подводного участка траектории в доступных источниках не обнаружено.At present, a number of studies have been carried out to take into account the influence of gerontological changes in the powder charges of launch units on the dynamics of rocket flight. Studies to determine the effect of the service life of cruise missiles on the change in the main flight characteristics of the underwater section of the trajectory have not been found in available sources.

На основе обзора и анализа научных трудов по определению состояния порохов было определено изменение с течением времени плотности пороха - как основного показателя, а, следовательно, и массы порохового заряда.Based on the review and analysis of scientific papers on determining the state of gunpowder, the change over time in the density of gunpowder was determined as the main indicator, and, consequently, the mass of the powder charge.

Таким образом, опираясь на известные методы определения летных характеристик ракетного оружия, необходимо усовершенствовать и доработать способ таким образом, что бы он был чувствителен к параметрам моделирования геронтологических изменений пороховых зарядов стартовых агрегатов крылатых ракет подводного пуска.Thus, based on the known methods for determining the flight characteristics of missile weapons, it is necessary to improve and refine the method in such a way that it would be sensitive to the parameters of modeling gerontological changes in powder charges of launch units of underwater cruise missiles.

Ракета выстреливается из торпедного аппарата со скоростью 15-25 м/с. После выхода ракеты из ПУ подводной лодки происходит запуск ее стартового агрегата. Минимальное время на включение его составляет 0,6 с, а максимальное - 4 с.The missile is fired from a torpedo tube at a speed of 15-25 m/s. After the missile exits the submarine launcher, its launch unit is launched. The minimum time to turn it on is 0.6 s, and the maximum is 4 s.

Схема сил и моментов, действующих на ракету при движении под водой показана на фигуре 1.The diagram of the forces and moments acting on the rocket when moving under water is shown in figure 1.

На схеме показаны три системы координат: земная O0XgYg, связанная OXY и скоростная OXCYC. Из фигуры 1 видно, что на ракету действуют силы:The diagram shows three coordinate systems: terrestrial O 0 X g Y g , bound OXY and velocity OX C Y C . Figure 1 shows that the following forces act on the rocket:

G - сила тяжести, приложенная к центру масс (ЦМ) - точке О;G - gravity applied to the center of mass (CM) - point O;

А - сила плавучести, приложенная к центру величины (ЦВ);A - buoyancy force applied to the center of magnitude (CV);

Figure 00000001
- гидродинамическая сила лобового сопротивления, приложена к ЦМ;
Figure 00000001
- hydrodynamic drag force applied to the CM;

Figure 00000002
- гидродинамическая подъемная сила, приложена к ЦМ;
Figure 00000002
- hydrodynamic lifting force applied to the CM;

Р - сила тяги двигателя, приложена к ЦМ (в гидродинамике она часто обозначается: «Т»).P is the thrust force of the engine, applied to the CM (in hydrodynamics, it is often denoted: "T").

Кроме того, на ракету действует гидродинамический момент M Z г .In addition, the hydrodynamic moment M Z g acts on the rocket.

На схеме показаны углы: наклона траектории θ, тангажа (дифферента) ϑ и атаки α.The diagram shows the angles: trajectory inclination θ, pitch (trim) ϑ and attack α.

Считается, что центры величины и масс находятся на продольной оси ракеты и имеют отстояние друг от друга на величину lЦВ.It is believed that the centers of magnitude and mass are located on the longitudinal axis of the rocket and have a distance from each other by the value l CV .

Уравнение сил, действующих по касательной к траектории, в проекциях на оси скоростной СК, имеет вид:The equation of forces acting tangentially to the trajectory, in projections on the axis of the high-speed SC, has the form:

Figure 00000003
Figure 00000003

где Δ=G-А - сила отрицательной плавучести.where Δ=G-A is the force of negative buoyancy.

Уравнение сил, действующих по нормали к траектории, в проекциях на оси скоростной СК, выглядит:The equation of forces acting along the normal to the trajectory, in projections on the axis of the high-speed SC, looks like:

Figure 00000004
Figure 00000004

Уравнение моментов, действующих относительно оси OZ, в проекциях на оси скоростной СК, имеет вид:The equation of the moments acting relative to the axis O Z , in projections on the axis of the high-speed SC, has the form:

Figure 00000005
Figure 00000005

Динамические уравнения (1)-(3) дополняются кинематическими:Dynamic equations (1)-(3) are supplemented by kinematic ones:

Figure 00000006
Figure 00000006

и уравнением связи углов:and the angle relation equation:

Figure 00000007
Figure 00000007

Учитывая принятые допущения о постоянстве массы ракеты на стартовом участке траектории:Taking into account the accepted assumptions about the constancy of the mass of the rocket on the starting section of the trajectory:

Figure 00000008
Figure 00000008

где Р - тяга реактивного двигателя ракеты;where P is the thrust of the rocket jet engine;

k - коэффициент ослабления тяги от глубины;k - thrust attenuation coefficient from depth;

Н - глубина хода ракеты под водой.H is the depth of the rocket under water.

Время прохождения подводного участка траектории составляет ~5…10 секунд.The time of passage of the underwater section of the trajectory is ~5…10 seconds.

Известно, что:It is known that:

Figure 00000009
Figure 00000009

где μ - доля сгоревшего порохового заряда;where μ is the fraction of the burnt powder charge;

Q0 - калорийность пороха;Q 0 - caloric content of gunpowder;

ue - эффективная скорость истечения газов.u e - effective speed of the outflow of gases.

Интегрируя выражение (8) от начала движения ракеты до произвольного момента времени, получаем:Integrating expression (8) from the beginning of the rocket movement to an arbitrary point in time, we obtain:

Figure 00000010
Figure 00000010

где τ - время горения порохового заряда;where τ is the burning time of the powder charge;

Q0 - калорийность пороха;Q 0 - caloric content of gunpowder;

С Х0 - коэффициент лобового сопротивления. WITH X0 - drag coefficient.

Следовательно скорость ракеты во время выход ее из воды:Therefore, the speed of the rocket during its exit from the water:

Figure 00000011
Figure 00000011

В процессе длительной эксплуатации (хранения), в связи с геронтологическими изменениями порохового заряда, изменяется средняя плотность пороха ввиду процессов массопереноса и автокатализа. В модельной задаче эти изменения учитываются в виде изменения доли сгоревшего порохового заряда стартового агрегата (μ), величина которой для кондиционного порохового заряда равна 1.In the process of long-term operation (storage), due to gerontological changes in the powder charge, the average density of the powder changes due to the processes of mass transfer and autocatalysis. In the model problem, these changes are taken into account in the form of a change in the proportion of the burnt powder charge of the starting unit (μ), the value of which for a conditioned powder charge is equal to 1.

Это означает, что в модельной задаче по учету влияния геронтологических изменений пороховых зарядов стартовых агрегатов на характеристики крылатых ракет подводного пуска принято, что при стрельбе ракетой с кондиционным пороховым зарядом стартового агрегата сгорает весь заряд, что и отражает выражение (μ=1). Тогда для порохов длительных сроков эксплуатации эффект их истощения рассматривается как неполное сгорание порохового заряда двигательной установки, то есть μ

Figure 00000012
1.This means that in the model task of taking into account the effect of gerontological changes in the powder charges of launch units on the characteristics of underwater-launched cruise missiles, it is assumed that when a rocket with a conditioned powder charge of the launch unit is fired, the entire charge burns out, which is reflected by the expression (μ=1). Then for gunpowders of long service life, the effect of their depletion is considered as incomplete combustion of the powder charge of the propulsion system, that is, μ
Figure 00000012
Figure 00000012
1.

Учитывая то, что в составе нитроглицериновых порохов имеются малостойкие химические вещества, которые и способствуют их химическому разложению (содержащийся в порохе азот (не более 14,14%), реагируя с водородом воздуха образует азотную и азотистую кислоты, поэтому реакция является автокаталитической), а также как показал анализ химического состава порохов и исследования по снижению массы порохового заряда в ходе их длительного хранения, в диапазоне 30-40 лет, снижение массы заряда составляет 3-7%, а иногда и более, целесообразно рассмотреть диапазон изменения доли сгоревшего порохового заряда реактивного двигателя твердого топлива μ=0.85…1.Considering that nitroglycerine powders contain low-resistant chemicals that contribute to their chemical decomposition (nitrogen contained in gunpowder (no more than 14.14%), reacting with atmospheric hydrogen forms nitric and nitrous acids, therefore the reaction is autocatalytic), and also, as the analysis of the chemical composition of powders and studies on the reduction in the mass of the powder charge during their long-term storage, in the range of 30-40 years, showed that the reduction in the mass of the charge is 3-7%, and sometimes more, it is advisable to consider the range of change in the proportion of burnt powder charge reactive solid fuel engine μ=0.85…1.

В связи с тем, что конструкции у ракет как подводного, так и надводного пусков одинаковая значения доли сгоревшего порохового заряда стартового агрегата крылатой ракеты следующие:Due to the fact that the designs of both underwater and surface-launched missiles are the same, the values of the proportion of the burnt powder charge of the cruise missile launcher are as follows:

- для кондиционных пороховых зарядов стартовых агрегатов КР, срок эксплуатации которых является гарантийным, доля сгоревшего порохового заряда μ=1;- for conditioned powder charges of the launching units of the CR, the service life of which is guaranteed, the proportion of the burnt powder charge μ=1;

- для пороховых зарядов стартовых агрегатов, срок эксплуатации которых находится в пределах 25-30 лет, доля сгоревшего порохового заряда μ=0.95;- for powder charges of starting units, the service life of which is in the range of 25-30 years, the proportion of the burnt powder charge μ=0.95;

- для истощенных, в процессе длительного эксплуатации (30-35 лет), пороховых зарядов стартовых агрегатов доля сгоревшего порохового заряда μ=0.9;- for depleted, in the process of long-term operation (30-35 years), powder charges of starting units, the proportion of burnt powder charge μ=0.9;

- критическое истощение пороховых зарядов стартовых агрегатов (35 и более лет) будет выражено как значение доли сгоревшего порохового заряда μ=0.85.- critical depletion of powder charges of starting units (35 years or more) will be expressed as the value of the proportion of burnt powder charge μ=0.85.

Исходя из значений доли сгоревшего порохового заряда μ, при определенных назначенных сроках службы морских ракет, определим зависимость ее скорости в момент выхода из воды, в зависимости от сроков эксплуатации (фиг. 2).Based on the values of the fraction of the burnt powder charge μ, for certain assigned service lives of sea missiles, we determine the dependence of its speed at the time of exit from the water, depending on the service life (Fig. 2).

Полученная зависимость (фиг. 2) служит основанием для выявления закономерности изменения скорости ракеты в момент выхода ее из воды как функции степени истощения порохового заряда, которая выражается через долю сгоревшего порохового заряда μ (фиг. 3).The resulting dependence (Fig. 2) serves as the basis for identifying the pattern of change in the speed of the rocket at the time of its release from the water as a function of the degree of depletion of the powder charge, which is expressed through the fraction of the burnt powder charge μ (Fig. 3).

Кривые функции

Figure 00000013
аппроксимировались полиномиальной функцией, после чего было получено обобщенное выражение в виде:curve functions
Figure 00000013
were approximated by a polynomial function, after which a generalized expression was obtained in the form:

Figure 00000014
Figure 00000014

Полученные значения скоростей ракеты в момент выхода из воды (11), которые учитывают назначенные сроки службы морских ракет, позволяют определить их предельный срок эксплуатации, после которого применение по назначению может привести к аварийному сценарию.The obtained values of rocket velocities at the time of exit from the water (11), which take into account the assigned service life of sea missiles, make it possible to determine their maximum service life, after which the intended use can lead to an emergency scenario.

Анализ проведенных вычислений показал, что максимальное уменьшение скорости ракеты в момент выхода из воды, в зависимости от назначенных сроков службы, происходит у крылатых ракет со сроками службы превышающими 35 лет и составляет 56% от необходимой для выхода на маршевый участок траектории.An analysis of the calculations performed showed that the maximum decrease in the speed of a rocket at the time of exit from the water, depending on the assigned service life, occurs for cruise missiles with a service life exceeding 35 years and is 56% of the trajectory required to reach the marching section.

Полученное выражение (11) позволяет определять скорость крылатой ракеты в момент выхода из воды при стрельбе из торпедного аппарата в зависимости от доли сгоревшего порохового заряда стартового агрегата (μ).The resulting expression (11) makes it possible to determine the speed of a cruise missile at the moment of exit from the water when firing from a torpedo tube, depending on the proportion of the burnt powder charge of the starting unit (μ).

Морские ракеты, стартующие из наклонных пусковых установок (45°) подводных лодок, как правило, испытывают максимальное силовое воздействие на подводном участке траектории. Именно эти нагрузки определяют требования к прочности и безотказности стартовых агрегатов ракет.Naval missiles launched from inclined launchers (45°) of submarines, as a rule, experience the maximum force in the underwater section of the trajectory. It is these loads that determine the requirements for the strength and reliability of rocket launch units.

Проведенный анализ имеющихся способов наклонного подводного пуска ракет дает основания, с точки зрения гидродинамики, ограничиться рассмотрением из затопленной шахты при реализации режима сплошного обтекания ракеты («мокрый» способ пуска).The analysis of the available methods of inclined underwater launch of missiles gives grounds, from the point of view of hydrodynamics, to restrict ourselves to consideration from a flooded mine when implementing the continuous flow around the missile (“wet” launch method).

При определении влияния геронтологических изменений пороховых зарядов стартовых агрегатов ракет на возможность их безаварийного применения по назначению необходимо решить гидродинамические задачи, которые предполагают изучение физических явлений при старте и определения гидродинамических нагрузок на шахтном участке движения, а также определения гидродинамических характеристик ракеты на подводном участке и участке пересечения поверхности воды.When determining the effect of gerontological changes in the powder charges of rocket launch units on the possibility of their accident-free use for their intended purpose, it is necessary to solve hydrodynamic problems that involve studying physical phenomena at launch and determining hydrodynamic loads in the mine section of movement, as well as determining the hydrodynamic characteristics of the rocket in the underwater section and the intersection section water surface.

На основе анализа проводимых исследований можно предположить, что особенности гидродинамических процессов при старте из затопленной шахты связаны с формированием струйных течений жидкости, газовых полостей в шахтном объеме и окружающей жидкости, изменением во времени положения их границ, разгерметизацией шахтного объема при выходе ракеты из нее с последующим затоплением водой. Гидродинамические процессы в шахте пусковой установки начинаются с момента прорыва мембраны двигателя. Под действием избыточного давления и тяги двигателя ракета выходит из шахты с одновременным вытеснением столба воды из кольцевого зазора в окружающую жидкость. Вследствие этого образуется спутная струя жидкости. Скорость спутного потока в начале выхода ракеты выше чем у нее. Затем скорости выравниваются, но в конце выхода ракеты из шахты скорость спутного потока снова становится больше скорости ракеты. Это приводит к формированию газового пузыря у среза шахты. В дальнейшем, с ростом объема пузыря и формированием за днищем ракеты цилиндрической газовой каверны, давление газов падает и изменяется во времени по закону, близкому к закону затухающих колебаний.Based on the analysis of the ongoing research, it can be assumed that the features of hydrodynamic processes during launch from a flooded mine are associated with the formation of jet flows of liquid, gas cavities in the mine volume and the surrounding liquid, changes in the position of their boundaries over time, depressurization of the mine volume when the rocket leaves it, followed by flooding with water. Hydrodynamic processes in the launcher shaft begin from the moment the engine membrane breaks. Under the influence of excess pressure and engine thrust, the rocket exits the shaft with simultaneous displacement of the water column from the annular gap into the surrounding liquid. As a result, a cocurrent jet of liquid is formed. The cocurrent velocity at the beginning of the rocket exit is higher than hers. Then the velocities equalize, but at the end of the rocket exit from the mine, the cocurrent velocity again becomes greater than the rocket velocity. This leads to the formation of a gas bubble at the mine cut. Later, as the volume of the bubble grows and a cylindrical gas cavity forms behind the bottom of the rocket, the gas pressure drops and changes in time according to a law close to the law of damped oscillations.

При движении ракеты в воде возможно возникновение кавитации на носовой части ракеты, где достигается наибольшее динамическое разряжение, так как минимальные значения коэффициента давления для применяемых профилей носовых обтекателей ракет достигают минус 0,4. Давление же насыщенных паров при температуре 20°С составляет всего 0,002 Мпа, и при скорости 20-40 м/с кавитация может зарождаться на глубине около 20 м. Управление ракетой под водой осуществляется с помощью аэродинамических и струйных рулей. Затем кавитация будет развиваться с уменьшением гидростатического давления при приближении ракеты к свободной поверхности.When a rocket moves in water, cavitation may occur on the nose of the rocket, where the greatest dynamic vacuum is achieved, since the minimum values of the pressure coefficient for the used nose fairing profiles of rockets reach minus 0.4. The saturated vapor pressure at a temperature of 20 ° C is only 0.002 MPa, and at a speed of 20-40 m / s, cavitation can occur at a depth of about 20 m. The missile is controlled under water using aerodynamic and jet rudders. Then cavitation will develop with a decrease in hydrostatic pressure as the rocket approaches the free surface.

Расчет гидродинамических характеристик ракет при сплошном режиме обтекания сводится к определению присоединенных масс и коэффициентов гидродинамических сил и моментов.The calculation of the hydrodynamic characteristics of rockets in a continuous flow regime is reduced to the determination of the added masses and coefficients of hydrodynamic forces and moments.

Движение ракеты под водой (угол пуска 45°) описана схемой (фиг. 4).The movement of the rocket under water (launch angle 45°) is described by the diagram (Fig. 4).

Из фигуры 4 видно:Figure 4 shows:

OaXaYaZa - система координат, связанная с ракетой;O a X a Y a Z a - coordinate system associated with the rocket;

Оа - центр масс ракеты;About a - the center of mass of the rocket;

Figure 00000015
- полусвязанная система координат;
Figure 00000015
- semi-coupled coordinate system;

Figure 00000016
- местная географическая система координат, жестко связанная с неподвижным репером;
Figure 00000016
- local geographic coordinate system, rigidly associated with a fixed reference point;

Figure 00000017
- возмущающие силы и силы гидродинамического сопротивления по осям ОаХа и OaYa соответственно;
Figure 00000017
- disturbing forces and forces of hydrodynamic resistance along the axes O a X a and O a Y a respectively;

Figure 00000018
- силы, создаваемые движителями по осям ОаХа и OaYa соответственно;
Figure 00000018
- forces created by propellers along the axes O a X a and O a Y a respectively;

FA - сила Архимеда;F A - strength of Archimedes;

Figure 00000019
- возмущающий момент, момент, создаваемый движителями, и гидродинамический момент вокруг оси OaZa соответственно;
Figure 00000019
- the disturbing moment, the moment created by the propellers, and the hydrodynamic moment around the axis O a Z a respectively;

Н - глубина погружения ракеты;H - depth of immersion of the rocket;

h - метацентрическая высота ракеты;h is the metacentric height of the rocket;

ϑ - угол дифферента.ϑ - trim angle.

Гидродинамические силы выразим в следующем виде:We express the hydrodynamic forces in the following form:

Figure 00000020
Figure 00000020

где

Figure 00000021
- гидродинамические коэффициенты, вычисленные для данной ракеты и плотности воды;Where
Figure 00000021
- hydrodynamic coefficients calculated for a given rocket and water density;

Vx, Vy - линейные скорости ракеты по осям ОаХа и OaYa соответственно;V x , V y - linear velocities of the rocket along the axes O a X a and O a Y a respectively;

ωz - угловая скорость ракеты вокруг оси OaZa.ω z - angular velocity of the rocket around the axis O a Z a .

Коэффициенты Сх1, Су1 можно найти по следующим формулам:The coefficients C x1 , C y1 can be found by the following formulas:

Figure 00000022
Figure 00000022

где Сх, Су, - безразмерные гидродинамические коэффициенты для осей ОаХа и OaYa соответственно;where C x , C y , are dimensionless hydrodynamic coefficients for the axes O a X a and O a Y a respectively;

Sx, Sy, - характерные площади, соответствующие Сх, Су;S x , S y , - characteristic areas corresponding to C x , C y ;

ρ - плотность воды.ρ is the density of water.

Опираясь схему движения ракеты под водой при наклонном пуске (фиг. 4) и учитывая выражение (12) составим систему уравнений, описывающую движение ракеты в вертикальной плоскости:Based on the scheme of missile movement under water during an inclined launch (Fig. 4) and taking into account expression (12), we will compose a system of equations describing the movement of a rocket in a vertical plane:

Figure 00000023
Figure 00000023

где m, jz, g - масса ракеты, момент инерции вокруг оси OaZa и ускорение свободного падения соответственно;where m, j z , g - mass of the rocket, the moment of inertia about the axis O a Z a and the free fall acceleration, respectively;

λ11, λ12, λ66 - присоединенные массы по осям ОаХа и OaYa и присоединенный момент инерции вокруг оси OaZa соответственно;λ 11 , λ 12 , λ 66 - attached masses along the axes O a X a and O a Y a and the attached moment of inertia around the axis O a Z a respectively;

ζ, η - линейные скорости ракеты по осям

Figure 00000024
и Oaη соответственно; ζ, η - linear velocities of the rocket along the axes
Figure 00000024
and O a η, respectively;

Figure 00000025
- производные по времени величин Vx, Vy, ωz, ϑ соответственно.
Figure 00000025
- time derivatives of the values V x , V y , ω z , ϑ respectively.

Учитывая принятые допущения о постоянстве массы ракеты на стартовом участке траектории скорость движения ракеты на подводном участке траектории примет вид:Taking into account the assumptions made about the constancy of the mass of the rocket on the starting section of the trajectory, the speed of the rocket on the underwater section of the trajectory will take the form:

Figure 00000026
Figure 00000026

Опираясь на исследования, которые подтверждают влияние доли сгоревшего порохового заряда μ на изменение плотности пороха и тяги стартового агрегата, а следовательно и скорости ракеты во время выхода ее из воды, при осуществлении наклонного пуска, выражение (15) примет вид:Based on studies that confirm the influence of the proportion of the burnt powder charge μ on the change in the density of the powder and the thrust of the starting unit, and hence the speed of the rocket during its exit from the water, when performing an inclined launch, expression (15) will take the form:

Figure 00000027
Figure 00000027

Изменение скорости ракеты в момент выхода ее из воды (при наклонном пуске) рассмотрим на примере комплекса ракетного оружия «Гранит».We will consider the change in the speed of a rocket at the moment it leaves the water (during an inclined launch) using the example of the Granit missile weapon complex.

В качестве исходных данных выбраны:The following were chosen as initial data:

- интервал доли сгоревшего порохового заряда 0.85≤μ≤1, который зависит от назначенных сроков службы ракет;- the interval of the proportion of the burnt powder charge is 0.85≤μ≤1, which depends on the designated service life of the missiles;

- время горения стартового агрегата tCA≈13.5 сек;- burning time of the starting unit t CA ≈13.5 sec;

- время прохождения ракетой подводного участка t≈5 сек;- the time of passage of the rocket underwater section t≈5 sec;

- глубина возможного подводного пуска (Н) от 50 м до перископной.- depth of a possible underwater launch (H) from 50 m to periscope.

Зависимость скорости ракеты в момент выхода из воды при наклонном пуске от степени истощения порохового заряда стартового агрегата описана в вычислительной среде MathCAD (фиг. 5).The dependence of the rocket speed at the moment of leaving the water during an inclined launch on the degree of depletion of the powder charge of the starting unit is described in the MathCAD computing environment (Fig. 5).

Полученная зависимость (фиг. 5) позволяет определить закономерность изменения скорости ракеты в момент выхода ее из воды, при наклонном пуске, как функции степени истощения порохового заряда, которая выражается через долю сгоревшего порохового заряда μ (фиг. 6).The resulting dependence (Fig. 5) allows us to determine the pattern of change in the speed of the rocket at the moment it leaves the water, during an inclined launch, as a function of the degree of depletion of the powder charge, which is expressed in terms of the fraction of the burnt powder charge μ (Fig. 6).

Кривые функции

Figure 00000028
аппроксимировались полиномиальной функцией, после чего было получено обобщенное выражение в виде:curve functions
Figure 00000028
were approximated by a polynomial function, after which a generalized expression was obtained in the form:

Figure 00000029
Figure 00000029

Полученные значения скоростей ракеты в момент выхода из воды при осуществлении наклонного пуска (17), которые учитывают степень истощения пороховых зарядов в следствии длительных назначенных сроков эксплуатации, позволяют определить их предельный назначенный срок службы, после которого применение по назначению может привести к аварийному сценарию.The obtained values of the rocket velocities at the moment of leaving the water during an inclined launch (17), which take into account the degree of depletion of the powder charges as a result of the long assigned service life, make it possible to determine their maximum assigned service life, after which the intended use can lead to an emergency scenario.

Анализ проведенных вычислений показал, что максимальное уменьшение скорости ракеты в момент выхода из воды при наклонном пуске, в зависимости от назначенных сроков службы, происходит у ракет запредельных сроков эксплуатации (35 лет и более) - 55% от необходимой до точки выхода на маршевый участок траектории.The analysis of the performed calculations showed that the maximum decrease in the speed of the rocket at the moment of exit from the water during an inclined launch, depending on the assigned service life, occurs for missiles with exorbitant service life (35 years or more) - 55% of the required one to the point of reaching the marching section of the trajectory .

Для определения дальности стартового участка траектории при наклонном подводном пуске крылатых ракет воспользуемся выражением, которое определяет такую же дальность при стрельбе ракетой с надводного корабля. Однако исходными данными для данного выражения будут скорость ракеты в момент выхода из воды, полученная с помощью выражения (17). Глубина подводного пуска H=50 метров:To determine the range of the launch section of the trajectory for an inclined underwater launch of cruise missiles, we use an expression that determines the same range when firing a missile from a surface ship. However, the initial data for this expression will be the speed of the rocket at the time of exit from the water, obtained using expression (17). Underwater launch depth H=50 meters:

Figure 00000030
Figure 00000030

В результате вычислений получена зависимость изменения стартового участка траектории от доли сгоревшего порохового заряда при наклонном подводном пуске крылатой ракеты (фиг. 7).As a result of calculations, the dependence of the change in the starting section of the trajectory on the fraction of the burnt powder charge was obtained during an inclined underwater launch of a cruise missile (Fig. 7).

Полученная зависимость (фиг. 7) позволяет определить закономерность изменения дальности стартового участка траектории, включая подводный участок, при наклонном подводном пуске ракеты, как функции степени истощения порохового заряда, которая выражается через долю сгоревшего порохового заряда μ и зависит от их назначенных сроков службы (фиг. 8).The resulting dependence (Fig. 7) allows us to determine the pattern of change in the range of the starting section of the trajectory, including the underwater section, during an inclined underwater missile launch, as a function of the degree of depletion of the powder charge, which is expressed in terms of the fraction of the burnt powder charge μ and depends on their assigned service lives (Fig. . 8).

Кривые функции

Figure 00000031
аппроксимировались полиномиальной функцией, после чего было получено обобщенное выражение в виде:curve functions
Figure 00000031
were approximated by a polynomial function, after which a generalized expression was obtained in the form:

Figure 00000032
Figure 00000032

Полученные значения дальностей стартового участка траектории (включая подводный участок) при осуществлении наклонного пуска (19), которые учитывают степень истощения порохового заряда СА, позволяют определить граничный срок службы ракеты и возможность их применения по назначению.The obtained values of the distances of the starting section of the trajectory (including the underwater section) during the implementation of an inclined launch (19), which take into account the degree of depletion of the CA powder charge, make it possible to determine the boundary service life of the rocket and the possibility of their intended use.

Анализ проведенных вычислений показал, что максимальное изменение стартового участка траектории ракеты при осуществлении наклонного подводного пуска, в зависимости от истощения порохового заряда СА, в следствии длительных назначенных сроков службы, происходит у ракет запредельных сроков эксплуатации (35 лет и более) - 27% от необходимой до точки выхода на маршевый участок траектории. Это связано с изменением плотности пороха, что влечет к критическому уменьшению скорости ракеты на подводном участке траектории.The analysis of the performed calculations showed that the maximum change in the starting section of the rocket trajectory during an inclined underwater launch, depending on the depletion of the SA powder charge, as a result of the long assigned service life, occurs for missiles with exorbitant service life (35 years or more) - 27% of the required to the exit point on the marching section of the trajectory. This is due to a change in the density of the powder, which leads to a critical decrease in the speed of the rocket in the underwater section of the trajectory.

Технический результат достигнут тем, что при сроке эксплуатации (хранения) крылатой ракеты подводного пуска учитывают степень истощения порохового заряда стартового агрегата, определяющего долю сгоревшего порохового заряда, по которой определяют изменение основных летных характеристик на подводном участке траектории при стрельбе из торпедного аппарата по следующему выражению:The technical result is achieved by the fact that during the service life (storage) of an underwater-launched cruise missile, the degree of depletion of the powder charge of the starting unit is taken into account, which determines the proportion of the burnt powder charge, which determines the change in the main flight characteristics in the underwater section of the trajectory when firing from a torpedo tube according to the following expression:

Figure 00000033
Figure 00000033

а для наклонного пуска - по следующим выражениям:and for inclined start - according to the following expressions:

Figure 00000034
Figure 00000034

где

Figure 00000035
- изменение скорости КР в момент выхода из под воды;Where
Figure 00000035
- change in the speed of the CR at the time of exit from under the water;

Figure 00000036
- изменение скорости КР в момент выхода из под воды при наклонном пуске;
Figure 00000036
- change in the speed of the CR at the time of exit from under the water with an inclined start;

Figure 00000037
- изменение дальности стартового участка траектории КР в при наклонном подводном пуске;
Figure 00000037
- change in the range of the starting section of the trajectory of the CR in the case of an inclined underwater launch;

μ - диапазон изменения доли сгоревшего порохового заряда при хранении ракеты до 40 лет и более (0.85≤μ≤1).μ is the range of change in the proportion of the burnt powder charge during storage of the rocket for up to 40 years or more (0.85≤μ≤1).

Технико-экономический эффект данного изобретения предполагает повышение точности стрельбы комплексами ракетного оружия подводного пуска длительных сроков службы.The technical and economic effect of this invention involves an increase in the accuracy of firing by long-term submarine-launched missile systems.

Claims (9)

Способ определения скорости ракеты во время выхода ее из воды и дальности стартового участка ракет длительных сроков службы при осуществлении пуска с подводного положения, заключающийся в определении основных характеристик ракетного оружия на подводном участке траектории, отличающийся тем, что при эксплуатации ракеты учитывают назначенные сроки службы стартового агрегата крылатых ракет, определяющего долю сгоревшего порохового заряда, по которой определяют изменение скорости ракеты во время выхода ее из воды и дальности стартового участка ракет при стрельбе из торпедного аппарата по следующему выражению:A method for determining the speed of a rocket during its exit from the water and the range of the launch section of long-life missiles when launching from a submerged position, which consists in determining the main characteristics of a rocket weapon in an underwater section of the trajectory, characterized in that the designated service life of the launch unit is taken into account during the operation of the rocket cruise missiles, which determines the proportion of the burnt powder charge, which determines the change in the speed of the rocket during its exit from the water and the range of the launch site of the missiles when firing from a torpedo tube according to the following expression:
Figure 00000038
Figure 00000038
где
Figure 00000039
- скорость ракеты длительных сроков службы во время выхода ее из воды при стрельбе из торпедного аппарата;
Where
Figure 00000039
- the speed of a long-term missile during its exit from the water when firing from a torpedo tube;
μ - доля сгоревшего порохового заряда,μ is the fraction of the burnt powder charge, а для наклонного пуска - по следующим выражениям:and for inclined start - according to the following expressions:
Figure 00000040
Figure 00000040
где
Figure 00000041
- скорость ракеты длительных сроков службы во время выхода ее из воды при наклонном пуске;
Where
Figure 00000041
- the speed of a long-term rocket during its exit from the water during an inclined launch;
Figure 00000042
- дальность стартового участка ракет длительных сроков службы при осуществлении наклонного подводного пуска;
Figure 00000042
- range of the launch site of long-life missiles in the implementation of an inclined underwater launch;
μ - доля сгоревшего порохового заряда.μ is the fraction of the burnt powder charge.
RU2021137941A 2021-12-20 Method for determining the speed of a rocket during its exit from water and the range of the launch site of long-life missiles when launching from a submerged position RU2795131C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2795131C1 true RU2795131C1 (en) 2023-04-28

Family

ID=

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4402250A (en) * 1979-06-29 1983-09-06 Hollandse Signaalapparaten B.V. Automatic correction of aiming in firing at moving targets
RU2193155C2 (en) * 2000-10-16 2002-11-20 Федеральное государственное унитарное предприятие Государственный ракетный центр "КБ им. акад. В.П.Макеева" Technique and gear to stabilize motion of sea ballistic missile over underwater run
RU2547204C2 (en) * 2013-08-30 2015-04-10 Василий Иванович Мазий Device and method of increase of initial velocity of bullet (shell) and recoil elimination
RU2590841C2 (en) * 2014-11-17 2016-07-10 Федеральное государственное бюджетное военно-образовательное учреждение высшего образования"Черноморское высшее военно-морское ордена Красной Звезды училище имени П.С. Нахимова" Министерства обороны Российской Федерации Method of solving the main problem of outer shell non-controlled jet projectiles long storage life
RU2687694C1 (en) * 2017-11-15 2019-05-15 Федеральное государственное бюджетное военное образовательное учреждение высшего образования "Черноморское высшее военно-морское ордена Красной Звезды училище имени П.С. Нахимова" Министерства обороны Российской Федерации Method of determining main flight characteristics of guided sea missiles
RU2747020C1 (en) * 2020-06-18 2021-04-23 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации Marine signaling ammunition

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4402250A (en) * 1979-06-29 1983-09-06 Hollandse Signaalapparaten B.V. Automatic correction of aiming in firing at moving targets
RU2193155C2 (en) * 2000-10-16 2002-11-20 Федеральное государственное унитарное предприятие Государственный ракетный центр "КБ им. акад. В.П.Макеева" Technique and gear to stabilize motion of sea ballistic missile over underwater run
RU2547204C2 (en) * 2013-08-30 2015-04-10 Василий Иванович Мазий Device and method of increase of initial velocity of bullet (shell) and recoil elimination
RU2590841C2 (en) * 2014-11-17 2016-07-10 Федеральное государственное бюджетное военно-образовательное учреждение высшего образования"Черноморское высшее военно-морское ордена Красной Звезды училище имени П.С. Нахимова" Министерства обороны Российской Федерации Method of solving the main problem of outer shell non-controlled jet projectiles long storage life
RU2687694C1 (en) * 2017-11-15 2019-05-15 Федеральное государственное бюджетное военное образовательное учреждение высшего образования "Черноморское высшее военно-морское ордена Красной Звезды училище имени П.С. Нахимова" Министерства обороны Российской Федерации Method of determining main flight characteristics of guided sea missiles
RU2747020C1 (en) * 2020-06-18 2021-04-23 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации Marine signaling ammunition

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Ashley Warp drive underwater
Feodosiev et al. Introduction to rocket technology
US20240175666A1 (en) Maneuvering aeromechanicaly stable sabot system
CN104709453A (en) Jet-propelled unmanned submarine
RU2795131C1 (en) Method for determining the speed of a rocket during its exit from water and the range of the launch site of long-life missiles when launching from a submerged position
US3853081A (en) Method and apparatus for destroying submarines
RU2544446C1 (en) Rolling cruise missile
RU2534476C1 (en) Underwater target hitting method
US2426610A (en) Rocket launching gun
RU2093783C1 (en) Method of firing from deck launcher of antisubmarine missile complex
Braun et al. Advances in inertial guidance technology for aerospace systems
RU2327949C1 (en) Missile
RU2576221C1 (en) Submarine
Bruckner et al. The ram accelerator: review of experimental research activities in the US
RU2687694C1 (en) Method of determining main flight characteristics of guided sea missiles
Hargrove Supercavitation and aerospace technology in the development of high-speed underwater vehicles
KR102463813B1 (en) Method for launching slbm for submarines
RU2559415C2 (en) Anti-submarine equipment device
RU155579U1 (en) MULTISTAGE ROCKET
RU2235286C2 (en) Method to start a rocket from a shaft of a submarine
RU2496078C2 (en) Mobile combat laser complex
Qi et al. Application of Supercavitation Technology in Anti-submarine Combat Equipment of Gun Platform
Wang et al. Applications of Supercavitation Drag Reduction Technology in Naval Gun Underwater Attack and Defense Warfare
RU2148778C1 (en) Rocket launched from launching tube
Miao et al. Guidance and control system design of submarine-to-air missile based on optimal control