CC BY
59Факторы, определяющие величину технического рассеивания реактивных снарядов
Подполковник МЛ. МИХЕЕНКО, кандидат технических наук
Полковник Д.В. ИСКОРКИН, кандидат технических наук
Майор X. ФАЗАЗИ
АННОТАЦИЯ. На основе анализа факторов, влияющих на техническое рассеивание реактивных снарядов, предложена перспективная конструктивная схема реактивного снаряда (PC), позволяющая за счет увеличения скорости схода PC с пусковой направляющей уменьшить начальные возмущения на критическом участке траектории.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: реактивный снаряд, твердое ракетное топливо, удельный импульс тяги, диафрагма, скорость горения.
SUMMARY. Based on an analysis of factors affecting the technical dispersion of rocket projectiles (RP), the authors propose a promising rocket projectile structural diagram, which allows reducing initial disturbances in the critical trajectory section by increasing the RP descent rate from launch ramps.
KEYWORDS: rocket projectile, solid rocket fuel, specific impulse thrust, diaphragm, burning rate.
РЕАКТИВНЫЕ системы залпового огня (РСЗО) являются эффективными и перспективными огневыми средствами Сухопутных войск, обладают высокой маневренностью, способностью к быстрому развертыванию в боевой порядок, открытию огня и нанесению массированных огневых ударов в короткие сроки. Их огневая производительность за единицу времени во много раз превышает показатели ствольных артиллерийских систем.
В соответствии с широким диапазоном и важностью задач, решаемых РСЗО в современном бою, к ним предъявляются жесткие такги-ко-технические требования, которые можно условно разделить на 3 группы: боевые, эксплуатационные, производственно-экономические.
К числу боевых относятся требования, определяющие эффективность боевого применения РСЗО по назначению. Основными из них являются дальность и точность стрельбы, а также могущество действия реактивного снаряда (РС) у цели1.
Одной из важнейших боевых характеристик РСЗО является точность стрельбы, включающая две составляющие: меткость и кучность. Меткость характеризуется величиной отклонения центра рассеивания снарядов в залпе от точки прицеливания и объясняется в основном ошибками подготовки установок для стрельбы и данных полетного задания. В настоящее время штатные средства расчета установок для стрельбы на основе полной подготовки позволяют иметь срединные ошибки, не превышающие 1 % дальности. При этом основной причиной отклоне-
1 Караулов Н.И., Богомолов А.И. Требования современного общевойскового боя к ракетно-артиллерийскому и танковому вооружению Сухопутных войск: учебное пособие. М.: Изд-во МО РФ, 2000.
ний реактивных снарядов от центра рассеивания по дальности и направлению является различие характеристик их ракетных двигателей на твердом топливе (РДТТ).
Установлено, что для РС техническое рассеивание по дальности при углах возвышения, близких к углу стрельбы на максимальную дальность, обусловлено в основном разбросом величины скорости в конце активного участка траектории (АУТ) и баллистического коэффициента; при малых углах возвышения — разными величинами угла между вектором скорости и касательной к траектории. Рассеивание на промежуточных дальностях стрельбы зависит от сочетания этих параметров.
Разброс величины скорости РС в конце активного участка траектории (АУТ) возникает в основном вследствие разных величин температуры заряда РДТТ и тяговых характеристик двигателя, зависящих прежде всего от значения удельного импульса силы тяги.
Баллистический коэффициент РС оказывает влияние на рассеивание по дальности в основном на пассивном участке траектории.
Величина углов наклона касательной к траектории в конце АУТ зависит прежде всего от начальных возмущений в момент схода ракеты с направляющей, времени работы двигателя, эксцентриситета реактивной силы, а также степени чувствительности ракеты к ветру и величины пульсационной составляющей ветра.
Анализ вышеперечисленных факторов показывает, что на величину технического рассеивания РС современных комплексов РСЗО по дальности немаловажное влияние оказывают тяговые характеристики РДТТ и, в частности, удельный импульс силы тяги.
Проведенный анализ конструктивных схем РС показал, что одним из способов увеличения удельного импульса силы тяги без существенных изменений их конструкций является увеличение плотности заполнения камеры сгорания твердого ракетного топлива (ТРТ) при одновременном увеличении скорости горения.
Для улучшения характеристик рассеивания необходимо уменьшить разброс удельного импульса тяги и время работы РДТТ, увеличить скорость проворота РС по пусковой направляющей (ПН) и его вращения на АУТ2. Совершенствование РС может быть осуществлено путем создания вихревого процесса в предсопловом объеме газодинамического тракта РДТТ за счет установки вместо штатных удерживающих диафрагм вихревой камеры дожигания. Предлагаемая конструктивная схе-
Рис. Реактивный снаряд с однокамерным двухрежимным двигателем тангенциально-радиального истечения продуктов сгорания:
1 — головная часть; 2 — корпус камеры сгорания; 3 — шашка твердого ракетного топлива; 4 — бронировка; 5 — стартовый заряд; 6 — задняя диафрагма; 7 — камера дожигания вихревого типа; 8 — сопло; 9 — стабилизатор
2Денежкин Г.А., Захаров О.Л. Основы проектирования дальнобойных снарядов реактивных систем залпового огня. М.: ЦНИИНТИ, 1985.
3 Реактивный снаряд с однокамерным двухрежимным двигателем тангенциально-радиального истечения продуктов сгорания. Патент на полезную модель № 176826 от 30.01.2018 г. Курков С.Н., Михеенко М.А., Савченко Ф.А., Фазази X., Шпагин Ю.Б.
ФАКТОРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ ВЕЛИЧИНУ ТЕХНИЧЕСКОГО РАССЕИВАНИЯ РС
59
Представленная на рисунке схема РДТТ позволит существенно повысить скорость схода РС с пакета направляющих (ПН), что приведет к уменьшению начальных возмущений (НВ) на активном (критическом) участке траектории. Увеличение скорости схода предполагается за счет применения стартового заряда ТРТ.
Преимущества данной схемы реализуются за счет высокой степени турбулизации потока газов, приводящей к увеличению скорости горения ТРТ и увеличению полноты заполнения камеры сгорания ТРТ без увеличения калибра РС, а закрученное истечение в предсопловом объеме камеры сгорания увеличивает полноту сгорания топлива за счет уменьшения выброса его несгоревших частиц.
Для возникновения закрученного течения газов по тракту двигателя необходимо закручивающее устройство. Известные в настоящее время закручивающие устройства, наиболее часто применяющиеся в технике, классифицируются в зависимости от количества заходов и геометрического тела, положенного в основу их конструкции, на шнековые и тангенциальные.
Проведенный анализ результатов экспериментальных исследований показал, что рециркуляционные зоны в потоке за закручивающими устройствами с тангенциальным подводом в общем случае меньше при том же значении параметра закрутки, чем за лопаточными заверителями. Поскольку при одинаковых значениях параметра закрутки поток массы в устройствах одинаков, то очевидно, что в более компактной зоне обратных токов за закручивающим устройством с тангенциальным подводом реализуются большие скорости течения, большие градиенты скорости, более высокие уровни турбулентности и интенсивности смешения.
Чтобы снизить гидравлические потери в воздушном тракте вихревого устройства, параметр закрутки стремятся сделать минимально возможным, уменьшая этим влияние осевого вихревого ядра (ВЯ) на поток. Для устранения зоны обратных токов подача газового потока в закручивающееся устройство осуществляется через три контура (осевой и два тангенциальных) с различной степенью закрутки в каждом из них. Несомненно, что различия в скоростях газовых потоков способствуют ослаблению прецессии вихревого ядра. Таким образом, воздействие ВЯ на поток сводится к минимуму, а факторами, определяющими смешение, являются различие скоростей в отдельных слоях и наличие диффузора за завихрителем.
Анализ возможности включения предлагаемых завихрителей в конструкцию газодинамического тракта РДТТ показывает, что с точки зрения схожести с диафрагмами крепления зарядов в камерах РС наиболее приемлемыми являются тангенциальные закручивающие устройства.
Подтверждением целесообразности использования тангенциальных устройств служат результаты экспериментальных исследований по проверке гипотезы о влиянии закручивания потока продуктов сгорания ТРТ на полноту завершения реакций в камере сгорания с определением относительной дымности продуктов сгорания, вытекающих из сопла. Результаты исследований двух типов ТРТ представлены в таблице.
Данные исследований подтверждают факт увеличения завершенности реакций в дымогазовой смеси продуктов сгорания при осуществлении вихревого дожигания, о чем свидетельствует уменьшение дымности, а наиболее эффективным вихревым устройством является тангенциально-щелевой завихритель.
Таблица
Результаты определения относительной дымности продуктов сгорания
Условия опыта Условия течения Относительная дымность, %
РСТ-4К РНДСИ-5К
Диафрагменная решетка Осевое 52,3 50,6
Двухзаходный шнек Вихревое 42,0 45,2
Тангенциальный завихритель Вихревое 39,1 35,6
Для определения содержания активного алюминия в шлаках продуктов сгорания проводилось сжигание смесевого топлива с содержанием 7 % А1 и баллиститного ТРТ с содержанием 5 % А1 при массе зарядов 0,3 кг и расширении сопла с1а/с1 = 1, при этом фиксировался удельный импульс силы тяги. Определение активного алюминия проводилось во-люметрическим методом, согласно ГОСТу 5494-50.
Анализ полученных результатов показал, что наибольшее количество активного алюминия соответствует осевому истечению во всем интервале давлений. При вихревом истечении продуктов горения ТРТ активного алюминия в шлаках содержится значительно меньше, особенно это относится к результатам сжигания баллиститного ТРТ, где разница в остатках достигает 45—50 процентов.
Полученные экспериментальные данные позволяют предполагать, что использование вихревых устройств вместо диаграмм позволит увеличить удельный импульс силы тяги и полноту сгорания ТРТ в пределах камеры сгорания РДТТ.
Таким образом, возникновение вихревого процесса в камере сгорания приводит к уменьшению выброса несгоревших частиц топлива, что снижает разброс тяговых характеристик РДТТ, и тем самым улучшает характеристики рассеивания РС по дальности, и благоприятным образом сказывается на характеристиках рассеивания по направлению.
