RU2814225C2 - Interceptor missile - Google Patents
Interceptor missile Download PDFInfo
- Publication number
- RU2814225C2 RU2814225C2 RU2021123751A RU2021123751A RU2814225C2 RU 2814225 C2 RU2814225 C2 RU 2814225C2 RU 2021123751 A RU2021123751 A RU 2021123751A RU 2021123751 A RU2021123751 A RU 2021123751A RU 2814225 C2 RU2814225 C2 RU 2814225C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- rocket
- nozzle
- levers
- stage
- stages
- Prior art date
Links
- 229940004975 interceptor Drugs 0.000 title abstract 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims abstract description 14
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 claims abstract description 11
- 239000004449 solid propellant Substances 0.000 claims abstract description 11
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims abstract description 9
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 7
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 claims 1
- 239000013598 vector Substances 0.000 abstract description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 14
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 6
- 230000007123 defense Effects 0.000 description 6
- 238000013461 design Methods 0.000 description 5
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 5
- 230000009471 action Effects 0.000 description 4
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 4
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 4
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 3
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 2
- 239000003380 propellant Substances 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 206010001488 Aggression Diseases 0.000 description 1
- 235000015842 Hesperis Nutrition 0.000 description 1
- 235000012633 Iberis amara Nutrition 0.000 description 1
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- JJWKPURADFRFRB-UHFFFAOYSA-N carbonyl sulfide Chemical compound O=C=S JJWKPURADFRFRB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 230000001186 cumulative effect Effects 0.000 description 1
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 239000002828 fuel tank Substances 0.000 description 1
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 239000004570 mortar (masonry) Substances 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к ракетостроению и может быть использовано для создания систем воздушно-космической обороны (ВКО) на основе малоразмерных гиперзвуковых реактивных управляемых снарядов кинетического действия.The invention relates to rocket science and can be used to create aerospace defense (ASD) systems based on small-sized hypersonic kinetic-action guided missiles.
В современных условиях, когда высокая накопленная энергия ядерных наступательных средств вооружения становится несовместимой с возможностью их применения, предпочтительным средством защиты государств в условиях политического противостояния становится развитие систем обороны, сочетающих малую энергию воздействия с высокой точностью и эффективностью управления ею. Это касается и средств перехвата воздушных и космических целей.In modern conditions, when the high accumulated energy of nuclear offensive weapons becomes incompatible with the possibility of their use, the preferred means of protecting states in conditions of political confrontation is the development of defense systems that combine low impact energy with high precision and efficiency of its control. This also applies to means of intercepting air and space targets.
Наиболее универсальным средством перехвата воздушных и космических целей являются реактивные управляемые снаряды, снабженные ракетными двигателями, т.к. они могут действовать в широком диапазоне высот - от нуля до межпланетных, а также скоростей, достигающих 10 и более км /сек.The most universal means of intercepting air and space targets are guided missiles equipped with rocket engines, because they can operate in a wide range of altitudes - from zero to interplanetary, as well as speeds reaching 10 km/sec or more.
Однако недостатки существующих ракетных систем перехвата связаны с большой стартовой массой и высокой себестоимостью производства ракет-перехватчиков, что не позволяет распределить средства ВКО по всей территории страны с достаточной плотностью и, в частности, приблизить их ко всем жизненно важным объектам инфраструктуры страны. Перехват космических объектов над границей территории государства не годится т.к. космос открыт для всех стран. Необходимо идентифицировать все космические цели. Но выявление враждебных целей не означает необходимость их немедленного перехвата. Необходимо дождаться проявления агрессивности, которая может выявиться только при полете над территорией и на близком расстоянии от стратегически важных объектов инфраструктуры.However, the shortcomings of existing interception missile systems are associated with the large launch weight and high cost of production of interceptor missiles, which does not allow aerospace defense assets to be distributed throughout the country with sufficient density and, in particular, to bring them closer to all vital infrastructure facilities of the country. Interception of space objects over the border of a state’s territory is not suitable because space is open to all countries. It is necessary to identify all space targets. But identifying hostile targets does not mean the need to immediately intercept them. It is necessary to wait for the manifestation of aggressiveness, which can only be revealed when flying over the territory and at a close distance from strategically important infrastructure facilities.
Чтобы при этом успеть перехватить цель, проявившую агрессивные намерения, например начавшую снижение или разделившуюся, необходимо стартовые установки перехватчиков расположить как можно ближе ко всем защищаемым объектам (не далее нескольких км). Причем количество перехватчиков у каждого объекта должно быть не меньше, чем ожидаемое число боеголовок (а возможно и ложных целей) на которые разделяется вражеский объект. Ясно, что, при применении больших многотоннажных ракет, это сделать невозможно, т.к. не хватит никаких ресурсов государства для изготовления и содержания крупных и дорогостоящих ракет.In order to have time to intercept a target that has shown aggressive intentions, for example, one that has begun to descend or has become separated, it is necessary to place the interceptor launch sites as close as possible to all protected objects (no more than a few km). Moreover, the number of interceptors for each object must be no less than the expected number of warheads (and possibly decoys) into which the enemy object is divided. It is clear that when using large, multi-tonnage missiles, this is impossible to do, because There will not be enough state resources to manufacture and maintain large and expensive missiles.
Многотоннажность существующих ракет -перехватчиков обусловлена двумя причинами:The large tonnage of existing interceptor missiles is due to two reasons:
1) необходимостью достижения высоких - гиперзвуковых и даже космических скоростей для перехвата, что требует многоступенчатости;1) the need to achieve high - hypersonic and even cosmic speeds for interception, which requires multi-stage;
2) необходимостью иметь достаточную энергию боевой головной части для обеспечения поражения цели при неизбежно ограниченной точности наведения, что предполагает применение боезаряда, радиус действия которого превышает величину промаха.2) the need to have sufficient energy from the warhead to ensure hitting the target with inevitably limited guidance accuracy, which involves the use of a warhead whose radius exceeds the miss value.
Из этих условий определяется величина конечной массы потребное количество ступеней, а также отношение стартовой массы к конечной массе. Например, если площадь критической уязвимой части цели составляет 1 м кв., то требуемая плотности распределения готовых поражающих элементов (ГПЭ) после их рассеяния должна составить 1 элемент на метр квадратный. Если вероятный промах системы наведения составляет 10 м, то потребуется 300 ГПЭ. При массе ГПЭ 10 г, требуемая масса боезаряда составит 3 кг. Если коэффициент полезной нагрузки конечной ступени ракеты составляет 50%, то конечная масса ракеты составит 6 кг. Для перехвата космических целей минимальная скорость разгона головной части должна составить не менее 9 м/сек, что примерно соответствует выводу полезной нагрузки на низкую околоземную орбиту (НОО). Для получения такой конечной скорости одноступенчатой ракетой при скорости истечения газов из сопла 3 км/сек потребуется (по формуле Циолковского) стартовая масса ракеты 6*20=120 кг (т.к. число «е»=2,7 в степени, равной отношению конечной скорости к скорости истечения, т.е. 9/3, равно 20). Однако - это в идеале, когда вся служебная масса входит в конечную массу конструкции ракеты, составляющую 3 кг. Если ракета одноступенчатая, то в конечную массу конструкции приходится включать массу топливных баков ЖРД или массу рабочей камеры РДТТ, вмещающую весь объем топлива. Причем перехватчик должен иметь большое стартовое ускорение - как минимум 10 G, чтобы набирать скорость достаточно быстро. Т.е. тяга двигателя должна более чем в 10 раз превышать стартовый вес ракеты. Это делает невозможным достижение космической скорости с одной ступенью. Т.е. ракета должны быть многоступенчатой. Практически делают две - три ступени. Однако это существенно утяжеляет стартовую массу по сравнению с вышеуказанной идеальной. Причем требуются три двигателя, три системы запуска ступеней, три системы управления и две системы расстыковки. И все это -ради боезаряда массой 3 кг. Экономическая оптимизация заставляет при этом увеличить массу боезаряда в несколько раз. Но и при этом стоимость разгона единицы массы до 9 км/сек останется очень высокой. Т.е. задача создания достаточно дешевой и эффективной системы ВКО с максимальным приближением стартовых позиций ракет-перехватчиков ко всем важным элементам инфраструктуры страны с помощь ракет с традиционными ракетными двигателями ЖРД или РДТТ - не решается ни при каких возможных размерах финансирования. Но даже, если такую систему построить, то применение ее, в случае массированного нападения, приведет к разрушениям, соизмеримым с ущербом от средств нападения, против которых система ВКО применяется.From these conditions, the value of the final mass, the required number of stages, as well as the ratio of the starting mass to the final mass are determined. For example, if the area of the critical vulnerable part of the target is 1 square meter, then the required density of distribution of ready-made destructive elements (GPE) after their dispersion should be 1 element per square meter. If the probable miss of the guidance system is 10 m, then 300 GGE will be required. With a GGE mass of 10 g, the required warhead mass will be 3 kg. If the rocket's final stage payload ratio is 50%, then the final rocket mass will be 6 kg. To intercept space targets, the minimum acceleration speed of the warhead must be at least 9 m/sec, which approximately corresponds to the launch of the payload into low Earth orbit (LEO). To obtain such a final speed with a single-stage rocket at a speed of gas outflow from the nozzle of 3 km/sec, it will be necessary (according to the Tsiolkovsky formula) a launch mass of the
Однако, известна система управления ракеты с многоступенчатым твёрдотопливным двигателем (см. RU 2021113927 A, опуб. 17.11.2022).However, a control system for a rocket with a multi-stage solid propellant engine is known (see RU 2021113927 A, publ. 11/17/2022).
Цель изобретения состоит в устранении недостатка конструкции реактивного снаряда-перехватчика, построенного на основе многоступенчатого твердотопливного ракетного двигателя. А именно - ставится задача обеспечения возможности экономичного управления направлением вектора тяги на протяжении всего полета, т.е. обеспечение возможности интенсивного маневрирования при незначительной затрате рабочего тела на маневрирование на всем протяжении полета, включая и наиболее ответственный заключительный этап маневрирования перехватчика в безвоздушной среде. При этом также ставится задача максимально возможной миниатюризации снаряда-перехватчика при сохранении возможности поражения цели, например путем нанесения повреждений, снижающих эффективность действия ее боезаряда.The purpose of the invention is to eliminate the design disadvantage of an interceptor missile built on the basis of a multi-stage solid propellant rocket engine. Namely, the task is to ensure the ability to economically control the direction of the thrust vector throughout the entire flight, i.e. ensuring the possibility of intensive maneuvering with insignificant expenditure of working fluid for maneuvering throughout the entire flight, including the most critical final stage of maneuvering the interceptor in an airless environment. At the same time, the task is also set to miniaturize the interceptor projectile as much as possible while maintaining the possibility of hitting a target, for example, by causing damage that reduces the effectiveness of its warhead.
Предлагается реактивный снаряд-перехватчик, содержащий многоступенчатый ракетный двигатель твердого топлива, состоящий из множества расположенных вдоль общей оси рабочих камер, состыкованных между собой за счет того, что верхняя часть камеры сгорания предыдущей ступени плотно прилегает к внутренней поверхности закритической части сопла следующей ступени. Цель изобретения достигается тем, что на краю закритической части сопла рабочей камеры каждой ступени имеется как минимум три выреза, распределенные по окружности сопла и прикрытые, каждый, расположенными с наружной стороны оболочки сопла рулевыми заслонками, закрепленными, каждая, на оболочке сопла при помощи шарнира, расположенного в верхней части заслонки и обеспечивающего возможность управляемого отклонения заслонки в наружную сторону. Имеется также привод отклонения указанных рулевых заслонок посредством механизма передачи движений, действующего синхронно на заслонки всех ступеней, расположенные на общей вертикали, и не препятствующего свободной расстыковке ступеней. При этом, указанные заслонки выполняют функцию рулей, действие которых основано на том, что сила давления потока газов закритической части сопла на указанные заслонки, прикрывающие вырезанную закритическую часть сопла, при отклонении заслонок уменьшается при увеличении отклонения рулевой заслонки. Это эквивалентно появлению поперечной силы обратного знака, действующей на нижнюю часть ракеты и вызывающей угловое ускорение ракеты по тангажу или рысканию. Максимальная величина этой силы равна силе давления потока газов на вырезанную часть площади закритической оболочки сопла.An interceptor rocket is proposed, containing a multi-stage solid fuel rocket engine, consisting of a plurality of working chambers located along a common axis, coupled to each other due to the fact that the upper part of the combustion chamber of the previous stage fits tightly to the inner surface of the supercritical part of the nozzle of the next stage. The purpose of the invention is achieved by the fact that at the edge of the supercritical part of the nozzle of the working chamber of each stage there are at least three cutouts, distributed along the circumference of the nozzle and covered, each, by steering flaps located on the outside of the nozzle shell, each fixed to the nozzle shell using a hinge, located in the upper part of the damper and providing the possibility of controlled deflection of the damper to the outside. There is also a drive for deflecting said steering valves through a motion transmission mechanism that acts synchronously on the valves of all stages located on a common vertical and does not interfere with the free uncoupling of the stages. In this case, these flaps perform the function of rudders, the action of which is based on the fact that the pressure force of the gas flow of the supercritical part of the nozzle on the indicated flaps covering the cut out supercritical part of the nozzle, when the flaps are deflected, decreases with increasing deflection of the steering flap. This is equivalent to the appearance of a transverse force of the opposite sign acting on the bottom of the rocket and causing the angular acceleration of the rocket in pitch or yaw. The maximum value of this force is equal to the pressure force of the gas flow on the cut out part of the area of the supercritical shell of the nozzle.
В частном варианте конструктивного выполнения рулевые заслонки всех ракетных ступеней многоступенчатого двигателя располагающиеся на одной вертикали, соединены между собой цепью, состоящей из рычагов, выполняющих функцию ограничителей величины возможного открывания заслонок, и проволочных тяг, соединяющих указанные рычаги между собой, а также с сервоэлектроприводом, расположенным на верхней ступени. При этом указанные рычаги взаимодействуют с рулевыми заслонками под углом, обеспечивающим двухстороннюю передачу движения, от рычага к заслонке и от заслонки к рычагу. Причем, соединение звеньев указанной цепи, принадлежащих соседним ракетным ступеням выполнено посредством двух рычагов, соединенных между собой посредством вилки с открытым пазом, ориентированным (относительно оси ракеты) продольно и расположенным на плечах указанных рычагов, движущихся поперечно. Такое соединение обеспечивает сочетание возможности передачи вертикального движения между проволочными тягами соседних ступеней с возможностью беспрепятственного разведения ступеней по вертикали в процессе отделения отработавшей ступени.In a particular variant of the design, the steering valves of all rocket stages of a multistage engine, located on the same vertical, are connected to each other by a chain consisting of levers that act as limiters on the amount of possible opening of the valves, and wire rods connecting these levers to each other, as well as to a servo-electric drive located on the top step. In this case, these levers interact with the steering valves at an angle that provides two-way transmission of movement, from the lever to the valve and from the valve to the lever. Moreover, the connection of the links of the said chain belonging to adjacent rocket stages is made by means of two levers connected to each other by means of a fork with an open groove oriented (relative to the rocket axis) longitudinally and located on the shoulders of the said levers moving transversely. This connection provides a combination of the possibility of transmitting vertical motion between the wire rods of adjacent stages with the possibility of unhindered separation of the stages vertically during the separation of the spent stage.
Таким образом решается наиболее сложная задача управления -управления ориентацией ракеты по углу курса и тангажа.In this way, the most difficult control problem is solved - controlling the orientation of the rocket in terms of heading and pitch angles.
Чтобы решить задачу управления креном за счет маршевого двигателя, в частном варианте конструкции, рулевые заслонки, расположенные на одной из вертикалей, прикреплены к поверхности сопла посредством двухосного или шарового (универсального) шарнира, т.е. с возможностью отклонения по углу не только в плоскости, проходящей через ось ракеты, но и в поперечной к оси ракеты плоскости. При этом вводится дополнительный сервопривод управления углом отклонения рулевой заслонки в этой плоскости. Возникновение тангенциальной по отношению к оси ракеты силы при этом объясняется тем, что вектор суммарного давления газов на заслонку практически перпендикулярен поверхности заслонки. Таким образом, по крайней мере, одна из заслонок будет создавать знакопеременную силу, расположенную тангенциально к оси ракеты, что достаточно для управления креном, т.е. для стабилизации ракеты по вращению вокруг своей оси.To solve the problem of roll control due to the propulsion engine, in a particular version of the design, the steering dampers located on one of the verticals are attached to the nozzle surface by means of a biaxial or ball (universal) joint, i.e. with the possibility of angular deflection not only in the plane passing through the axis of the rocket, but also in the plane transverse to the axis of the rocket. In this case, an additional servo drive is introduced to control the angle of deflection of the steering valve in this plane. The occurrence of a force tangential to the rocket axis is explained by the fact that the vector of the total gas pressure on the valve is practically perpendicular to the surface of the valve. Thus, at least one of the dampers will create an alternating force located tangential to the rocket axis, which is sufficient to control the roll, i.e. to stabilize the rocket in rotation around its axis.
В частном варианте конструктивного выполнения, указанный дополнительный привод управления угловым положение рулевой заслонки в поперечной плоскости представляет собой дополнительный механизм, аналогичный вышеописанному, расположенный на наружной поверхности сопла, но взаимодействующий со вторым краем той же рулевой заслонки, закрепленной посредством двухосного шарнира. Таким образом, все рулевые заслонки, расположенные на одной из вертикальных цепочек будут синхронно управляться по двум углам отклонения. При этом однонаправленная компонента отклонения краев указанной заслонки будет работать на управление курсом и тангажем, а дифференциальная компонента - на управление креном.In a particular embodiment, the specified additional drive for controlling the angular position of the steering damper in the transverse plane is an additional mechanism similar to that described above, located on the outer surface of the nozzle, but interacting with the second edge of the same steering damper, secured by a biaxial hinge. Thus, all steering valves located on one of the vertical chains will be synchronously controlled at two deflection angles. In this case, the unidirectional component of the deflection of the edges of the specified damper will work to control the heading and pitch, and the differential component will work to control the roll.
Согласованное управление указанными углами как минимум трех распределенных по окружности рулевых заслонок, позволяет устанавливать требуемые для управления углы крена, тангажа и рыскания, т.е. обеспечивает полное управление, необходимое для стабилизации и маневрирования ракеты. При этом, в процессе управления, рычаги, расположенные на вышележащих ступенях также совершают вышеуказанные перемещения, синхронно с заслонками нижней, работающей в данный момент времени, ступени. Но они находятся вне потока газов и не испытывают силовых воздействий (кроме небольших сил от воздуха на атмосферном участке полета). Таким образом, требуемая для управления сила не суммируется по ступеням, и обеспечивается возможность управления направлением вектора тяги двигателя, а также ориентацией ракеты по углу крена на всем протяжении полета, включая и внеатмосферный участок, на котором требуется интенсивное маневрирование для перехвата быстролетящих целей. При этом, маневрирование осуществляется за счет маршевого двигателя. Причем расход топлива увеличивается лишь в меру потери величины тяги, создаваемой указанными вырезами сопла, имеющими сравнительно небольшую площадь.Coordinated control of the specified angles of at least three steering flaps distributed around the circumference makes it possible to set the roll, pitch and yaw angles required for control, i.e. provides complete control necessary to stabilize and maneuver the missile. At the same time, during the control process, the levers located on the overlying stages also make the above movements, synchronously with the dampers of the lower, currently operating stage. But they are outside the flow of gases and do not experience force effects (except for small forces from the air during the atmospheric flight phase). Thus, the force required for control is not summed up in stages, and it is possible to control the direction of the engine thrust vector, as well as the orientation of the missile along the roll angle throughout the flight, including the extra-atmospheric section, where intensive maneuvering is required to intercept fast-flying targets. In this case, maneuvering is carried out by the main engine. Moreover, fuel consumption increases only to the extent of the loss of thrust created by the indicated nozzle cutouts, which have a relatively small area.
Изобретение поясняется нижеследующим детальным описанием примера конструктивного выполнения и шестью фигурами.The invention is illustrated by the following detailed description of an example of a structural embodiment and six figures.
На фиг.1 схематично изображен в разрезе предлагаемый реактивный снаряд-перехватчик.Figure 1 shows a schematic cross-section of the proposed interceptor missile.
На фиг.2 изображен внешний вид предлагаемого снаряда со стороны, где видна лишь одна из трех вертикальных линий расположения заслонок по ступеням.Figure 2 shows the appearance of the proposed projectile from the side, where only one of the three vertical lines of the location of the shutters along the steps is visible.
На фиг.3 дано укрупненное изображение рычагов и их соединение между собой и с сервоэлектроприводом.Figure 3 shows an enlarged image of the levers and their connection to each other and to the servo-electric drive.
На фиг.4 изображен разрез поперечной плоскостью А-А, показанной на фиг.1. Показано расположение рулевых заслонок и управляющих ими рычагов и проволочных тяг по окружности.Figure 4 shows a section through the transverse plane A-A shown in Figure 1. The location of the steering valves and the levers and wire rods that control them along the circumference is shown.
На фиг.5 проиллюстрировано действие рычага на величину возможного угла отклонения рулевой заслонки. Показана зависимость возможного угла отклонения рулевой заслонки, под действием давления газов, от положения ролика рычага.Figure 5 illustrates the effect of the lever on the possible angle of deflection of the steering valve. The dependence of the possible angle of deflection of the steering valve, under the influence of gas pressure, on the position of the lever roller is shown.
На фиг.6 поясняется принцип сложения трех управляющих сил: «а; b; с» с получением двух векторов поперечной силы Χ; Y, определяющих моменты тангажа и курса.Figure 6 explains the principle of adding three control forces: “a; b; c" to obtain two vectors of shear force Χ; Y, which determine the pitch and heading moments.
Двигатель ракеты с предлагаемой системой управления содержит множество рабочих камер 1, состыкованных между собой посредством плотного прилегания наружной поверхности 2 камеры сгорания предыдущей ступени с внутренней поверхностью закритической части 3 сопла следующей ступени. При этом образуется стопка из ракетных ступеней, длину и состав которой можно оперативно изменять в зависимости от отдельного полетного задания. Это обеспечивается унификацией размеров и формы стыковочных зон рабочих камер всех ступеней, а также наличием заготовленного набора (магазина) ступеней разных параметров по тяге и времени горения. В огневом днище всех ступеней, кроме последней, имеется механизм 4 передачи горения в вышележащую ступень, инициируемый на заключительном этапе выгорания топлива предыдущей ступени. Это может быть или прорывная мембрана, обнажаемая при утоньшении слоя твердого топлива, или клапан перепуска горячих газов в вышележащую камеру сгорания, открываемый автоматическим устройством по сигналу датчика уменьшения перегрузки ракеты или по сигналу внебортового источника, поступающему, например, по радиоканалу.The rocket engine with the proposed control system contains a plurality of working
На краю оболочки закритической части сопла каждой ступени имеются как минимум три выреза 5, (см. фиг.1 и 3) распределенные по окружности среза сопла. Указанные вырезы прикрыты рулевыми заслонками 6, прикрепленными к наружной поверхности сопла посредством шарниров 7, 8 и 9 (см. фиг.4). Причем шарниры 7 и 8 являются цилиндрическими (одноосными), т.е. имеют каждый лишь по одной оси вращения, чем обеспечивается лишь одна степень подвижности заслонки. А шарнир 9 - двухосный, обеспечивающий возможность отклонения заслонки по двум углам, а именно в плоскости, проходящей через продольную ось ракеты, а также в поперечной плоскости.At the edge of the shell of the supercritical part of the nozzle of each stage there are at least three cutouts 5 (see Figs. 1 and 3) distributed around the circumference of the nozzle exit. These cutouts are covered by steering
Отклонения заслонок ограничиваются механизмами, состоящими из системы рычагов и проволочных тяг, связывающих заслонки с четырьмя сервоэлектроприводами 10, расположенными на верхней ракетной ступени. Действие этих механизмов состоит в управлении ограничителями величины возможного открывания рулевых заслонок 6. При этом должна обеспечиваться двусторонняя передача движения - как от ограничителя к заслонке так и от заслонки к ограничителю. Это обеспечивается выбором геометрических параметров механизма связи ограничителя с заслонкой. Причем механизмы заслонок, расположенных на одной вертикали действуют синхронно.Deflections of the dampers are limited by mechanisms consisting of a system of levers and wire rods connecting the dampers with four servo-electric drives 10 located on the upper rocket stage. The action of these mechanisms is to control the limiters on the amount of possible opening of the
В частном конструктивном варианте механизм, на участке, являющимся промежуточным между соседними ступенями, содержит трехплечий рычаг 11 (см. фиг.2 и 3) установленный на нижнем крае рабочей камеры ракетной ступени, и двуплечий рычаг 12, установленный на корпусе рабочей камеры нижележащей ступени вблизи указанного трехплечего рычага 11. Условие двусторонности передачи движений между трехплечим рычагом 11 и рулевой заслонкой 6 обеспечивается тем, что угол «а» между плоскостью вращения рычага 11 и касательной к поверхности рулевой заслонки выбирается больше, чем угол трения рычага 11 с поверхностью заслонки (см. фиг.5). Причем указанные трехплечий и двуплечий рычаги соседних ступеней связаны между собой посредством вилки 13, открытый паз 14 которой ориентирован в продольном (отн. оси ракеты) направлении. Указанные двуплечий 12 и трехплечий 11 рычаги соседних ступеней соединены проволочными тягами 15 с аналогичными механизмами соответственно нижележащей и вышележащей ступеней. Тяга 16 последней ступени соединена с сервоэлектроприводом 10 (см. фиг.2 и 3). Таким устройством обеспечивается двухсторонняя передача силы натяжения проволочных тяг по всей вертикальной цепочке расположения ступеней. И при этом обеспечивается возможность беспрепятственного разделения ступеней в полете.In a particular design variant, the mechanism, in a section that is intermediate between adjacent stages, contains a three-arm lever 11 (see Figs. 2 and 3) installed on the lower edge of the working chamber of the rocket stage, and a two-
Плечо 17 каждого трехплечего рычага 11 служит ограничителем отклонения рулевой заслонки и снабжено на конце роликом 18, служащим для уменьшения трения (см. фиг.3). Причем нижняя ступень также снабжена трехплечим рычагом, т.к. его третье плечо с вилкой может быть задействовано при наращивании числа ступеней, например в случае необходимости перехвата более скоростной и более высотной цели.The
Рулевые заслонки 6, прикрепленные одноосными шарнирами 7 и 8 (фиг.4), имеют лишь по одному рычагу 11, ограничивающему угол отклонения заслонки в поперечной плоскости. А рулевая заслонка с двухосным шарниром 9 крепления снабжена двумя рычагами 11, что соответствует двум степеням подвижности данной заслонки (см. фиг.4). При этом синхронная компонента отклонения двух рычагов 11 такой заслонки контролирует ход возможного отклонения заслонки в продольной плоскости, проходящей через ось ракеты, а дифференциальная компонента контролирует отклонение заслонки в поперечной к оси ракеты плоскости. Такое отклонение соответствует появлению плеча силы давления газов на заслонку, т.е. появление момента, создающего вращение ракеты вокруг своей оси. Это используется для управления ракеты по углу крена.The
Сервоэлектроприводы 10 расположены во впадине на поверхности рабочей камеры верхней ступени. Для уменьшения аэродинамического сопротивления рычаги по возможности располагаются параллельно поверхности рабочих камер. Дополнительно все механизмы могут быть прикрыты кожухом (кожух не показан).Servo-electric drives 10 are located in a depression on the surface of the working chamber of the upper stage. To reduce aerodynamic drag, the levers are positioned, if possible, parallel to the surface of the working chambers. Additionally, all mechanisms can be covered with a casing (casing not shown).
В головной части ракеты кроме маршевого двигателя расположен блок 19 управления ракеты, а также приемники сигналов управления и позиционирования ракеты, или автономная система навигации и управления. Также имеется боевая часть, которая, в частном случае может представлять собой множество расположенных под обтекателем готовых поражающих элементов (ГПЭ) 20, снабженным пороховым зарядом 21, служащим для рассеяния ГПЭ и срабатывающим при заданном расстоянии до цели, определяемом бортовым датчиком сближения с целью или внешней системой слежения за полетом.In addition to the main engine, in the head of the rocket there is a
Функционирует предлагаемый снаряд-перехватчик следующим образом. Инициируя зажигание нижней ступени, производят старт из трубчатой направляющей (минометный старт). При этом сразу в работу вступает система управления, действие которой заключается в стабилизации или изменении ориентации продольной оси ракеты по углам курса, тангажа и крена при помощи изменения углов отклонения заслонок 6 нижней ступени по всем располагаемым степеням свободы, ограничиваемым шарнирами 7, 8 и 9. Указанные отклонения заслонок 6 производятся путем продольного перемещения четырех цепочек проволочных тяг с помощью сервоэлектроприводов 10. При этом севоэлектропривод 10 влияет лишь на ограничение угла возможного отклонения каждой рулевой заслонки 6, а само отклонение рулевой заслонки осуществляется под действием давления Ρ газов в закритической части сопла (см. фиг.5). Давление газов на заслонки 6 имеет место как за счет недорасширения газов в закритической части сопла, так и за счет кривизны стенки закритической части сопла, вызывающей уменьшение конуса расходимости потока газов. Причем, когда заслонка 6 отклоняется, давление газов на нее уменьшается, вплоть до нуля, т.к. заслонка при этом уменьшает степень отклонения потока газов, выходящих из соответствующего выреза 5 сопла. Уменьшение давления на заслонку 6 эквивалентно появлению поперечной силы противоположного направления, т.е. эквивалентно отклонению вектора тяги работающей ступени твердотопливного двигателя.The proposed interceptor projectile functions as follows. By initiating the ignition of the lower stage, they launch from a tubular guide (mortar launch). In this case, the control system immediately comes into operation, the action of which is to stabilize or change the orientation of the longitudinal axis of the rocket in the angles of course, pitch and roll by changing the deflection angles of the
В рассматриваемом случае, использование четырех каналов управления для управления тремя моментами - по курсу, тангажу и крену, имеет одну степень избыточности. Эта избыточность проявляется в виде возможности получать требуемые компоненты X и Υ вектора (см. фиг.6) при разных длинах трех векторов «а», «b» и «с», расположенных между собой под углом 120 градусов. Однако эта избыточность необходима, т.к. заслонки 6, в отличие от обычных рулей, не могут создавать знакопеременную поперечную (к оси ракеты) силу.In the case under consideration, the use of four control channels to control three moments - heading, pitch and roll, has one degree of redundancy. This redundancy manifests itself in the form of the ability to obtain the required components X and Υ of the vector (see Fig. 6) with different lengths of the three vectors “a”, “b” and “c” located at an angle of 120 degrees. However, this redundancy is necessary because
Четвертая цепочка стержней необходима для создания управляемой тангенциальной силы, используемой для управления по крену, т.е. для управления вращением ракеты вокруг своей оси. Тангенциальная сила, в отличие от поперечной радиальной силы - знакопеременна. Это позволяет управлять вращением ракеты вокруг своей оси за счет маршевых двигателей, что позволяет отказаться от использования каких либо дополнительных двигателей малой тяги или маховичных моментных двигателей ориентации.The fourth chain of rods is necessary to create a controlled tangential force used for roll control, i.e. to control the rotation of the rocket around its axis. Tangential force, unlike transverse radial force, is sign-alternating. This allows you to control the rotation of the rocket around its axis due to the propulsion engines, which makes it possible to abandon the use of any additional low-thrust engines or flywheel torque orientation engines.
Когда топливо нижней твердотопливной ступени подходит к полному выгоранию, тяга уменьшается, и это может служить сигналом к срабатыванию механизма передачи горения в вышележащую ступень. Например при утоньшении слоя твердого топлива может прорываться мембрана механизма 4. При этом пламя прорывается в вышестоящую камеру сгорания и производит зажигание. В вышележащей камере появляется давление, которое выталкивает нижележащую отработавшую ступень. При этом двуплечий и трехплечий рычаги соседних ступеней, соединенные между собой вилкой 13 с открытым пазом 14, свободно расцепляются, и функционирование системы управления автоматически передается на вышележащую ступень без перерывов, т.к. отделение нижележащей ступени происходит в момент, когда в рабочей камере вышележащей ступени уже имеется давление, за счет которого и происходит разделение ступеней.When the fuel of the lower solid propellant stage approaches complete burnout, the thrust decreases, and this can serve as a signal for the activation of the combustion transfer mechanism to the upper stage. For example, when the layer of solid fuel becomes thinner, the membrane of
Задача перехвата цели облегчается за счет увеличенного радиуса разлета ГПЭ 20, которым можно управлять, меняя расстояние до цели при подрыве рассеивающего заряда 20. При этом, за счет высоких гиперзвуковых скоростей относительного движения снаряда и цели ГПЭ работают, как кинетическое оружие. При этом кинетическая энергии ГПЭ многократно превышает энергию химических связей любого материала. Кинетическая энергия ГПЭ, за счет большой скорости, не успевает рассеваться в материале на большое расстояние от оси канала и действует, аналогично действию кумулятивного боеприпаса, который может пробить любую броню и любую боеголовку насквозь, нарушая функционирование боеголовки. В частности при этом возможно нештатное срабатывание ядерного заряда боеголовки, ведущее к ассиметричной имплозии с уменьшением силы взрыва. Кроме того, эффективность атаки уменьшается из за недолета боеголовки до цели.The task of intercepting a target is made easier due to the increased radius of dispersion of the
Таким образом предлагаемый снаряд по эффективности и радиусу поражения не уступает крупным многоступенчатым ракетам. Простота конструкции, а также уменьшение размерности ракеты позволит уменьшить затраты на создание сплошной, т.е. распределенной по всей территории, воздушно-космической обороны, рассчитанной также на массированное нападение, усложненное большим числом ложных целей. Кроме того, малоразмерный, а следовательно и дешевый в массовом производстве, реактивный снаряд-перехватчик допускает повышенное число промахов, как это имеет место в артиллерии, где снаряды существенно дешевле многоступенчатых ракет.Thus, the proposed projectile is not inferior in efficiency and damage radius to large multi-stage missiles. The simplicity of the design, as well as the reduction in the size of the rocket, will reduce the cost of creating a solid one, i.e. distributed throughout the territory, aerospace defense, also designed for a massive attack, complicated by a large number of decoys. In addition, a small-sized, and therefore cheap to mass-produce, interceptor missile allows for an increased number of misses, as is the case in artillery, where shells are significantly cheaper than multi-stage missiles.
Claims (1)
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2021123751A RU2021123751A (en) | 2023-02-06 |
RU2814225C2 true RU2814225C2 (en) | 2024-02-28 |
Family
ID=
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2082896C1 (en) * | 1994-07-05 | 1997-06-27 | Омельяненко Юрий Петрович | Multistate jet engine plant |
US7000377B1 (en) * | 2004-04-26 | 2006-02-21 | Knight Andrew F | Super-staged and continuously staged rocket |
RU2754475C1 (en) * | 2020-07-27 | 2021-09-02 | Александр Александрович Горшков | Hypersonic rocket missile |
RU2021113927A (en) * | 2021-05-17 | 2022-11-17 | Александр Александрович Горшков | ROCKET CONTROL SYSTEM WITH A MULTISTAGE SOLID FUEL ENGINE |
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2082896C1 (en) * | 1994-07-05 | 1997-06-27 | Омельяненко Юрий Петрович | Multistate jet engine plant |
US7000377B1 (en) * | 2004-04-26 | 2006-02-21 | Knight Andrew F | Super-staged and continuously staged rocket |
RU2754475C1 (en) * | 2020-07-27 | 2021-09-02 | Александр Александрович Горшков | Hypersonic rocket missile |
RU2021113927A (en) * | 2021-05-17 | 2022-11-17 | Александр Александрович Горшков | ROCKET CONTROL SYSTEM WITH A MULTISTAGE SOLID FUEL ENGINE |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8664575B2 (en) | Miniature missile | |
US7765911B2 (en) | Deployable projectile | |
US6231002B1 (en) | System and method for defending a vehicle | |
EP2038601B1 (en) | Methods and apparatus for missile air inlet | |
US20100275576A1 (en) | System and method for maneuvering rockets | |
AU636546B2 (en) | Lateral thrust assembly for missiles | |
US6231003B1 (en) | Apparatus for defending a vehicle against an approaching threat | |
Corriveau et al. | Thrusters pairing guidelines for trajectory corrections of projectiles | |
RU2814225C2 (en) | Interceptor missile | |
US9121680B2 (en) | Air vehicle with control surfaces and vectored thrust | |
US11353301B2 (en) | Kinetic energy vehicle with attitude control system having paired thrusters | |
US6199470B1 (en) | Apparatus for launching projectiles from a host aircraft | |
RU2544446C1 (en) | Rolling cruise missile | |
US6860448B2 (en) | Deployable projectiles | |
Facciano et al. | Evolved seasparrow missile jet vane control system prototype hardware development | |
RU2544447C1 (en) | Flight method of rolling missile | |
RU2327949C1 (en) | Missile | |
RU2804562C2 (en) | Rocket control system with multistage solid fuel engine | |
US3153367A (en) | Anti-missile system | |
US6722609B2 (en) | Impulse motor and apparatus to improve trajectory correctable munitions including cannon launched munitions, glide bombs, missiles, rockets and the like | |
Garwin et al. | Technical refinements in design features of the airborne patrol against North Korean ICBMs | |
WO2000052414A1 (en) | Impulse motor to improve trajectory correctable munitions | |
US11473884B2 (en) | Kinetic energy vehicle with three-thruster divert control system | |
RU2767645C1 (en) | Anti-aircraft guided missile 9m96 | |
Kaushik et al. | Missiles |