CC BY
86
УДК 629.13.014.7
В.В. Ветров, д-р техн. наук, проф., (4872) 35-18-79, [email protected],
В.А. Дунаев, д-р техн. наук, проф., (4872) 35-18-79, [email protected],
П.В. Панферов, асп., (4872) 35-18-79, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ)
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДЕФОРМИРУЕМЫХ КОРМОВЫХ ЧАСТЕЙ В РАМКАХ КОНЦЕПЦИИ ПОВЫШЕНИЯ БАЛЛИСТИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ СНАРЯДОВ
В статье рассматривается возможность увеличения баллистической эффективности артиллерийских снарядов с помощью использования деформируемой кормовой части. Приводятся варианты конструщий таких кормовых частей.
Ключевые слова: артиллерийские снаряды, баллистическая эффективность, аэродинамическое сопротивление.
Комплексы высокоточного оружия (ВТО) в настоящее время являются одним из основных видов наступательного вооружения, что неопровержимо подтверждает опыт последних военных конфликтов. Развитые в техническом плане страны ведут активные работы по разработке новых и модернизации уже имеющихся образцов ВТО.
Важное место в структуре ВТО занимают артиллерийские управляемые снаряды (АУС), использование которых позволяет наносить удары по малоразмерным, сильноукрепленным объектам противника и небольшим сосредоточениям живой силы, не привлекая к выполнению таких задач собственную пехоту и авиацию. К достоинствам АУС можно отнести высокую точность стрельбы, достигаемую за счет наличия управляемого участка полета и возможность стрельбы на большие расстояния с закрытых позиций при минимальной метеобаллистической подготовке. При этом дальность стрельбы не влияет на вероятность поражения цели и зависит от баллистических свойств снаряда [3].
На сегодняшний момент, в связи с широким внедрением инерциаль-ных систем управления по сигналам систем глобального позиционирования («ГЛОНАСС», GPS), практически снимаются ограничения по дальности наведения ракет ближней зоны и, следовательно, актуализируется проблема увеличения их полетной дальности, т.е. повышения баллистической эффективности.
Под баллистической эффективностью будем понимать количественную оценку в виде относительного увеличения дальности полета (в %) за счет внедрения конкретного способа, устройства или их совокупности при неизменной общей массе ЛА определенного класса [1].
В общем случае повышение баллистической эффективности ЛА -весьма сложная техническая задача, требующая многостороннего исследования различных способов улучшения баллистической эффективности и последующего анализа возможности одновременного применения нескольких способов, а также учета возможных синергических эффектов.
В качестве базового образца исследований выбран АУС типа «Крас-нополь», характерными особенностями которого являются:
- высокая стартовая скорость (600...750 м/с);
- относительно малое удлинение корпуса (6...8В), имеющего плоское заднее днище;
- наличие аэродинамических органов управления.
В рамках данной статьи остановимся подробно на рассмотрении вопроса о повышении баллистической эффективности рассматриваемого класса снарядов путем использования деформируемых в полете кормовых частей. Такое решение представляется весьма эффективным в виду того, что ЛА рационально расходует полученную при старте энергию лишь на каком-то участке траектории, а в остальное время режим ее расходования не является оптимальным, что обусловлено переменными условиями, в которых происходит полет ЛА [1]. Для наиболее полной передачи в канале ствола энергии метательного заряда снаряду его кормовая часть имеет плоскую форму с площадью, максимально приближенной к площади миделя. Однако в полете оптимальной с точки зрения снижения аэродинамического сопротивления является коническая кормовая часть, обеспечивающая безотрывное течение в районе кормовой части и уменьшение площади донного среза снаряда, что дает возможность снизить донное сопротивление [2]. Из вышесказанного очевидно, что статичная геометрия планера в условиях полета с большим градиентом скорости является неоптимальным решением. Перспективы данного класса ЛА связаны с трансформируемой в процессе полета геометрией, адаптирующейся к изменяющимся условиям функционирования АУС [1].
Наиболее перспективными с точки зрения минимальных габаритно -массовых характеристик следует считать устройства трансформации хвостовой части, выполненные на основе пластической деформации гофрированных мембран.
На рис. 1 изображено такое устройство, содержащее кормовую часть 1, дроссельное устройство 2, опорное кольцо 3 и гофрированную мембрану с радиальными гофрами и центральным отверстием. Причем гофрированная мембрана жестко закреплена на наружном диаметре кормового отсека с опорою на внешнюю торцевую поверхность накопительной камеры и выполнена с половинным перехлестом колец гофра [4].
Рис. 1. Схема кормовой части до (а) и после деформирования (б):
1 - кормовая часть; 2 - дроссельное устройство; 3 - опорный диск;
4 - гофрированная мембрана
Данная конструкция запатентована авторами данной статьи (патент РФ на изобретение № 2358228).
При выстреле производится разгон снаряда в стволе и одновременно через дроссельное устройство происходит накопление ствольных газов высокого давления в накопительной полости, образованной донным срезом снаряда и опорным диском. Гофрированная мембрана во время нахождения снаряда в стволе под воздействием высокого уровня давления поджимается к опорному диску, поэтому для обеспечения необходимой прочности конструкции не требуется большой толщины ее стенок.
После выхода снаряда из ствола давление окружающей среды (давление за донным срезом снаряда) становится значительно ниже давления газа в накопительной полости. За счет перепада давлений дроссельное устройство начинает двигаться в осевом направлении. При этом гофрированная мембрана начинает распрямляться и под действием внутреннего давления приобретает удобную для обтекания потоком воздуха форму.
Расправленная гофрированная мембрана удлиняет кормовой отсек артиллерийского снаряда в полете и уменьшает площадь донного среза, что позволяет добиться значительного снижения донного сопротивления и тем самым увеличения дальности полета артиллерийского снаряда.
Для расчета упругопластического деформирования гофрированной мембраны разработана специальная численная модель процесса деформирования с учетом теплового воздействия и газодинамики процессов. На базе этой модели создан программно-вычислительный комплекс. В основу его работы положен метод конечных элементов, а решение задачи упругопластического деформирования осуществляется с помощью метода теории течения, что позволяет включить в рассмотрение зависящие от времени температурные изменения и дает возможность проводить расчеты задач ползучести. Программа ведет расчет в цилиндрической системе координат с учетом ортотропности материала.
Вышеописанная конструкция обладает рядом недостатков, в частности, изготовление мембраны заданной формы достаточно сложно с технологической точки зрения и требует значительных материальных затрат.
На рис. 2 изображено устройство, принцип работы и конструкция которого аналогичны приведенному выше. Однако мембрана выполнена в виде коаксиальной совокупности зигзагообразных гофров с закругленными торцами, между которыми имеются цилиндрические [5]. Данная конструкция запатентована авторами данной статьи (патент РФ на полезную модель № 92169).
Использование предложенного устройства позволяет существенно (на 14-23 %) снизить коэффициент полного аэродинамического сопротивления снаряда, за счет чего снаряд, оснащенный деформируемым кормовым обтекателем, получает прибавку к дальности полета порядка 10 % по сравнению с оригинальным снарядом «Краснополь».
1. Ветров В.В. Концепция повышения баллистической эффективности артиллерийских управляемых снарядов // Научные исследования в области транспортных, авиационных и космических систем «АКТ-2009» (авиация, космос, транспорт): труды X Всерос. науч.-техн. конференции и школы молодых ученых, аспирантов и студентов. Воронеж: ООО «Фирма «Элист», 2009. С. 476-486.
2. Лебедев А.А., Чернобровкин Л.С. Динамика полета беспилотных летательных аппаратов. М.: Машиностроение, 1973. 616 с.
3. Основы устройства и функционирования артиллерийских управляемых снарядов/ В.И. Бабичев [и др.]; под ред. А.Г. Шипунова. Тула: Изд-во КБП, 2003. 192 с.
4. Артиллерийский снаряд: пат. 2358228 Рос. Федерация
МПК8Р42В10/38. Опубл. 10.06.2009.
Список литературы
5. Артиллерийский снаряд: пат. 92169 Рос. Федерация,
MQK8F42B10/38. Опубл. 10.03.2010.
V. V. Vetrov, V.A. Dunaev, P. V. Panferov
USING DEFORMABLE AFT IN THE CONCEPT OF INCREASING THE BALLISTIC EFFECTIVENESS OF THE SHELLS
The article discusses the possibility of increasing the ballistic effectiveness ordnance through the use of deformed rear part. Provides options for designs such stern.
Key words: artillery shells, ballistic efficiency, aerodynamic resistance.
УДК 623.4
B.JI. Петров, канд. техн. наук, докторант, (4872) 35-05-50 (Россия, Тула, ТулГУ)
ОБЕСПЕЧЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ PC ПРИ РАЗДЕЛЕНИИ
Рассматривается возможности использования метода имитационного моделирования для оценки надежности функционирования разделяющихся реактивных снарядов.
Ключевые слова: надежность, математическое моделирование.
Одним из направлений повышения эффективности систем залпового огня является использование разделяющихся на траектории реактивных снарядов (PC). Подобные конструкции обладают рядом преимуществ, обеспечивающих существенное повышение эффективности боевого применения реактивного снаряда. К ним относится следующее:
1. Повышение точности стрельбы реактивными снарядами систем залпового огня за счет компенсации ошибки по дальности, посредством введения поправки на время разделения.
2. Повышение эффективности поражающего действия при вертика-лизации траектории боевой части для боевых частей осколочного, бетоно-бойного и некоторых других видов поражающего действия.
3. Возможность предварительного торможения головных частей кассетного типа, позволяющая обеспечить сохранность при выбросе боевых элементов с небольшими допустимыми перегрузками (самоприцеливаю-щиеся и самонаводящиеся боевые элементы).
В то же время усложнение конструктивной схемы PC при введении механизма разделения снижает надежность его функционирования в целом и требует выбора соответствующих конструктивных параметров механизма разделения.
В настоящее время вопросы обеспечения надежности изделий становятся все более актуальными в связи с усложнением и удорожанием изде-
