CC BY
71
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-
лий военной техники, повышением значимости решаемых задач. В этих условиях последствия отказов изделий становятся все более значительными.
Важнейшим этапом, на котором должны быть заложены качество и надежность боеприпасов, является их разработка. Отечественная и зарубежная практика показывает, что из-за конструкторских недоработок и ошибок при проектировании возникает большой процент (30...40 %) отказов, выявляющихся в процессе серийного производства и эксплуатации изделий. Понятно, что на стадии разработки изделия диапазон возможных решений, связанных с совершенствованием конструкции, технологии или изменением процессов контроля, оказывается значительно шире диапазона решений после завершения проектирования. Производственный опыт показывает, что чем меньше изменений вносится в конструкцию изделия после начала его производства, тем более высоким будет уровень его качества.
Таким образом, очевидно, что основным этапом, определяющим качество и надежность изделия, является этап его проектирования. К сожалению, большинство технических решений на этапе проектирования изделия принимается на основе критерия работоспособности конструкции и технической реализуемости, а вопросы надежности остаются вне рассмотрения.
Опыт отработки реактивных снарядов к системам залпового огня показывает, что подавляющее большинство ситуаций нештатного срабатывания связано с ненадлежащим функционированием механизмов вскрытия и разделения. К ним относятся как отказы в работе исполнительных механизмов, так и варианты нерасчетных режимов функционирования, обусловленные сложными физическими процессами, не учитываемыми в используемых инженерных методиках выбора конструктивных параметров механизмов вскрытия и разделения. В качестве примера можно привести следующее:
- отказы предохранительно исполнительного механизма из-за проникновения пороховых газов из полости механизма разделения [1],
- аэродинамический нагрев и удлинение корпуса ГЧ, влекущий за собой преждевременное разрушение элементов форсирования и преждевременное разделение РС на траектории,
- разрушение элементов конструкции кассеты или БЭ при воздействии на них набегающего потока воздуха,
- невзведение взрывателей БЭ в процессе выброса.
Оценка надежности функционирования механизма вскрытия и разделения предполагает определение вероятностных характеристик процесса, обусловленных вероятностными значениями параметров, определяющих процесс. При расчете внутрибаллистического процесса в механизме
вскрытия и разделения обычно ограничиваются расчетом для номинальных значений параметров. Вопрос параметрической надежности функционирования механизма вскрытия и разделения обычно решается по результатам контрольных стендовых испытаний расчетно-экспериментальным методом. Как правило, при стендовой отработке производится от 3 до 10 испытаний кассетной ГЧ. Очень часто этого количества испытаний недостаточно для подтверждения требуемой надежности механизма вскрытия и разделения, например, в случае значительного разброса баллистических характеристик от опыта к опыту. Появляется необходимость увеличения числа испытаний, что приводит к росту затрат на отработку изделия. Кроме того, на ранних стадиях проектирования часто невозможно проведение даже ограниченного числа испытаний. В связи с этим целесообразно использовать расчетный метод оценки параметрической надежности при проектировании механизма вскрытия и разделения кассетного боепри-паса. Такой метод может быть разработан на основе математического описания внутрибаллистического функционирования кассетной ГЧ с использованием теории случайных процессов и статистических методов.
Сам процесс функционирования РС на этапе разделения в общем случае включает в себя последовательность этапов, каждый из которых влияет на надежность функционирования системы в целом. Для разделяющегося РС, в том числе с кассетной ГЧ, к этим этапам относятся
- этап наддува полости ГЧ с боевыми элементами (БЭ) с целью снятия ступеней предохранения БЭ;
- этап снятия оболочки (или выдвижения рамы с БЭ из оболочки), отделения ГЧ от ракетной части, разведение траекторий ГЧ и двигателя или траекторий движения БЭ.
Надежность функционирования разделяющегося РС будет определяться надежностью функционирования его механизмов на этих этапах.
Остановимся на них несколько подробнее.
В кассетной ГЧ перед отделением необходимо обеспечить взведение взрывателей БЭ, для чего в зоне теплоприемников взрывателей необходимо в течение времени более 3 мс создать давление, превышающее 2 МПа, и температуру, превышающую 300~С (температура воспламенения приемного заряда ступени предохранения взрывателя). Далее необходимо обеспечить снятие оболочки для освобождения БЭ с целью последующего разведения траекторий их движения. Взведение взрывателей обеспечивается наддувом полости кассетного боеприпаса пороховыми газами от сгорания зарядов взведения, снятие оболочки обеспечивается созданием давления в полости между задним фланцем БЧ и передним дном двигателя (запорш-невой полости). Как следует из данной схемы функционирования, для обеспечения надежности работы механизма вскрытия и разделения необ-
ходимо обеспечить заданные значения следующих параметров - давления, температуры и времени процесса.
Временной фактор в данном процессе имеет важное значение. Процесс взведения взрывателей и снятия оболочки должен быть синхронизирован по времени. Задержка вскрытия (снятия оболочки) может привести к отклонению по дальности относительно цели и недостаточному рассеиванию БЭ и, наоборот, быстрое снятие оболочки может привести к невзведе-нию взрывателей БЭ.
При любом варианте схемы выброса БЭ из кассетной ГЧ необходимыми этапами функционирования являются взведение взрывателей БЭ и снятие оболочки ГЧ перед выбросом. Очевидно, что обеспечение надежного функционирования кассетной ГЧ на этих этапах значительно осложняется при увеличении числа БЭ в кассетной ГЧ, поскольку это усложняет топологию рабочих полостей, в которых происходит течение газа. Параметрический анализ надежности функционирования ГЧ на данном этапе целесообразно проводить с использованием математических моделей, учитывающих характерные особенности процесса, в частности топологию рабочих полостей и волновой характер течения газа в них.
Следует отметить, что процессы предварительного наддува полости с БЭ и снятия оболочки происходят последовательно и оказывают взаимное влияние. Так, задействование заряда разделения происходит после прорыва мембраны корпуса заряда давлением пороховых газов, заполняющих межэлементный объем при наддуве полости с боевыми элементами. Величина давления в полости заряда разделения оказывает влияние на скорость снятия оболочки БЧ и, следовательно, на время стравливания давления в полости с БЭ.
Этап задействования заряда разделения является наиболее критичным с точки зрения обеспечения надежного функционирования кассетной БЧ при вскрытии. Задержка в срабатывании заряда разделения приводит к увеличению отклонения точки вскрытия по дальности, следовательно, к снижению эффективности стрельбы. Отказ в срабатывании заряда разделения приводит к отказу изделия в целом. При этом опыт отработки узла разделения кассетного РС показывает, что существует определенная вероятность отказа срабатывания заряда разделения. Отказы срабатывания связаны с тем, что создание давления у разрывной мембраны корпуса заряда разделения происходит в результате процесса наддува полости с БЭ, который носит ярко выраженный волновой характер, который в существующих методиках расчета практически не учитывается, что отражается на выбранных конструктивных решениях при проектировании.
Для разделяющихся РС с моноблочной ГЧ процесс разделения имеет определенные особенности. В отличие от зенитных ракет, на отделяемой головной части отсутствуют маршевый двигатель и система управления,
возможно наличие только тормозной парашютной системы, при вводе которой в действие возможен последующий догон ГЧ ракетной частью и ее разрушение. С целью исключения подобной нештатной ситуации необходимо обеспечить надежное разведение траекторий разделяемых элементов PC - головной части и корпуса двигателя.
Разведение траекторий движения ГЧ и двигателя обеспечивается:
- приданием относительной скорости продольного движения за счет срабатывания заряда разделения;
- нестабилизированным движением ГЧ на некотором участке, на котором, в результате действия боковой силы на ГЧ, движущейся под большими углами атаки, происходит разведение траекторий движения разделяемых элементов в боковом направлении.
Вариант с введением нестабилизированного участка движения ГЧ обеспечивает надежное разведение траекторий. Однако достаточно сложно обеспечить последующее гашение экваториальных колебаний ГЧ. Кроме того, участок нестабилизированного движения приводит к повышенному рассеиванию координат точек падения ГЧ и снижению вероятности поражения цели.
Предотвращение соударения отделяемой ГЧ без ухудшения характеристик рассеивания можно реализовать, например, использовав конструктивную схему механизма разделения с трубчатой направляющей на двигателе длиной не менее 1,1 калибра [2]. При этом необходимо выбрать величину зазора и динамические характеристики ГЧ, предварительным расчетом динамики их движения в процессе разделения.
Таким образом, обеспечение надежности функционирования элементов PC в процессе разделения на траектории в значительной степени связано с возможностями математического моделирования процессов, происходящих при разделении, и оценкой вероятностных параметров этих процессов.
Список литературы
1. Экспериментальное моделирование и отработка систем разделения реактивных снарядов / Н.А. Макаровец [и др.]. Тула: ФГУП "ГНПП "Сплав", 2005. 216 с.
2. Ракета: пат. № 2179299, МПК7 F42B 15/36. Опубл. 10.02.2002. Бюл. № 4.
V.L. Petrov
SAFEGUARDING OF OPERATIONAL RELIABILITY PC BY DIVISION
In our research, we are considering possibility of using of simulation model method for assessment of operational reliability of the dividing rocket missile.
Key words: reliability, mathematical simulation.
