Источники энергии механизмов разделения

Известны конструктивные схемы разделения PC, в которых отделение ГЧ от ракетной осуществляется либо за счет использования сил сопротивления внешней среды, либо за счет внутренних сил, создаваемых в снаряде.

В первом случае отделение ГЧ может быть реализовано, например, за счет торможения ракетной части с помощью аэродинамических щитков или вспомогательных тормозных двигателей.

При торможении аэродинамическими щитками последние устанавливаются в сложенном положении на хвостовом отсеке корпуса или на стабилизаторах. В нужный момент щитки раскрываются и резко увеличивают аэродинамическое сопротивление ракетной части. Щитки конструктивно просты и могут изготавливаться, например, из стальных листов с ребрами жесткости, проворачивающихся вокруг двух—трех шарниров. Однако они применяются лишь для снарядов с большими скоростями полета или для отделения ГЧ в плотной среде (воде).

Использование вспомогательных тормозных двигателей, как правило, значительно усложняет конструкцию снаряда и отработку процесса разделения. Поэтому этот метод отделения ГЧ не находит широкого применения.

В случае использования внутренних сил отделение ГЧ может производиться отталкиванием ГЧ от корпуса двигателя механическими, пневматическими или пиротехническими устройствами, а также с помощью пороховых аккумуляторов давления.

Основные элементы механического устройства отделения — разрывной болт, связывающий своими концами головную и ракетные части снаряда до начала отделения, и пружины, энергия предварительного поджатия которых обеспечивает отход ГЧ. Такие механизмы достаточно просты в исполнении, но вследствие ограниченности усилия поджатия (запаса энергии) пружин они не всегда могут обеспечивать надежное отделение, особенно при стрельбе на минимальную дальность, характеризующуюся высоким аэродинамическим сопротивлением ГЧ. Одновременно при длительном хранении ухудшаются механические свойства пружин, поэтому они хранятся и транспортируются в разгруженном состоянии и поджимаются перед стыковкой ГЧ и двигателя.

Основная часть пневматических механизмов отделения — цилиндр с поршнем, совершающим одностороннее прямолинейное перемещение под давлением подаваемого в нужный момент сжатого воздуха. Пневматические механизмы отделения не связывают головную и ракетные части, прикрепляясь лишь к последней. Поэтому для соединения головной и ракетной частей необходимо применять специальные узлы в виде пневмоили пирозамков, обеспечивающих прочную связь их. Пневматические механизмы отделения конструктивно просты и не требуют каких-либо сложных подготовительных операций при стыковке головной и ракетной частей. Однако при малых дальностях стрельбы эти механизмы требуют очень высокого рабочего давления под поршнем, что усложняет и утяжеляет систему питания механизмов воздухом.

В некоторых конструкциях PC отделение ГЧ может быть реализовано за счет подрыва детонирующего удлиненного заряда (ДУЗа), разрезающего вдоль или поперек оболочку снаряда по ослабленному сечению [2]. Однако такой подход к процессу отделения ГЧ хотя и прорабатывался, но не нашел логического завершения для изделий залпового огня.

Механизмы отделения с использованием энергии продуктов сгорания пороховых зарядов отличаются конструктивной простотой, допускают возможность длительного хранения, имеют сравнительно невысокий пассивных вес, не требуют подготовительных операций при стыковке и могут обеспечивать надежное разделение РРС в любом диапазоне дальностей стрельбы.

Особенностью процессов разделения снарядов залпового огня является отделение головных частей в плотных слоях атмосферы при высоких сверхзвуковых скоростях, порождающих мощное аэродинамическое воздействие. Поэтому в качестве источников энергии, используемых в разделяющихся реактивных снарядах различного целевого назначения, широкое применение нашли заряды с зерненными порохами марки ДРП, формирующие мощные силовые воздействия в процессе разделения. Благодаря простоте изготовления корпуса необходимой конструкции (плоской коробочки, цилиндрического стакана, тора) они удачно размещаются в труднодоступных зонах отделения или вскрытия.

Однако практика отработки КГЧ в стендовых условиях показала, что дымные пороха имеют недостатки, связанные, в первую очередь, с высокой начальной интенсивностью газообразования. Это особенно ярко проявляется при высоких параметрах заряжания, характерных, например, для малогабаритной запоршневой зоны. Указанный недостаток усугубляется тем, что процесс в запоршневой полости определяет напряженность процесса разделения (максимальное давление и перегрузки), зависящую от величины требуемой скорости разделения.

Одним из возможных направлений ликвидации рассмотренных недостатков является, например, использование других типов составов, обладающих высокой воспламенительной способностью и значительно меньшей скоростью газоприхода с единицы массы заряда. Характеристики таких составов приведены в табл. 2.2 [17].

Таблица 2.2

Основные характеристики воспламенительных составов.

Анализ характеристик трех воспламенительных составов (ВС), указанных в таблице, позволяет сделать следующие выводы:

• • составы ВТМ, ВКГ могут использоваться только в воспламенительных устройствах форкамерного типа, а ДРП можно использовать во всех конструкциях (Р = 0,1 -^5,0) МПа;
• • несмотря на пониженные энергетические характеристики, ДРП по уровню теплоотдачи (в связи с наличием в продуктах сгорания к-частиц) практически равноценен составам ВТМ и ВКГ;
• • ДРП имеет наименьшую стоимость и широкую сырьевую базу.

Таким образом, если не считать принципиальной для РСЗО относительную мощность дымообразования составов, то выбор ДРП в качестве источника энергии для разделяющихся PC является оправданным. Поэтому в последнее время усилия разработчиков направлены на создание механизмов вскрытия ГЧ, обеспечивающих выполнение требований технического задания (по величине скорости и времени разделения, перегрузкам) при значительном снижении действующих нагрузок. Это особенно важно для разработки ГЧ, имеющих боевые элементы, чувствительные к нагрузкам ударного типа.

Одним из направлений решения этой задачи является использование пороховых аккумуляторов давления (ПАД), к которым, с учетом характерных особенностей функционирования ГЧ на траектории, предъявляются следующие эксплуатационные требования:

• • относительно высокий уровень расходных характеристик (G = = 3-^10 кг/с) при невысоких массогабаритных характеристиках;
• • малое время работы (т < 0,1 с);
• • высокая чувствительность заряда ПАД к тепловому воздействию, обеспечивающая надежное задействование ПАД при низких уровнях давлений (Р = 25-М-О кгс/см²) и малых временах теплового воздействия (т = 0,01-^0,05 с) в рабочих зонах кассеты.

Для решения поставленной задачи были осуществлены проектирование и отработка малогабаритного ПАД, ориентированного на доказательство принципиальной возможности и практической полезности использования в разделяющихся кассетных боеприпасах.

В процессе разработки ПАД прорабатывались, в основном, вопросы, связанные с выбором марки топлива и крепления заряда в рабочей камере.

Для выбора марки топлива проводился анализ характеристик топлив, применение которых в рассматриваемой конструкции отвечает, в той или иной степени, выдвинутым выше требованиям, а именно:

• • высокоазотистого пироксилинового пороха ПВА;
• • нитроглицеринового малоградиентного пороха ВБС-МГ;
• • высокоазотистого пироксилинового пороха, работающего при пониженных давлениях РПМ-2;
• • нитроглицеринового нового состава повышенной прочности ВМС 13, АПЦ-29−10.

В результате анализа с использованием критерия экономической эффективности (стоимости) сделан вывод о том, что из отечественных составов наиболее предпочтительными для применения в ПАДе являются составы марки ВБС-МГ и ПВА. Учитывая, что гигроскопичность ПВА значительно превышает гигроскопичность ВБС-МГ, последний и был рекомендован для применения в конструкции ПАД.

Что касается узла крепления заряда в корпусе ПАД, то в отечественной практике применяются в основном два типа узлов крепления. В случае использования вкладных зарядов применяются опорные диафрагмы, а «щеточный» вид крепления служит для удержания пороховых элементов в специальном переднем узле крепления.

Показателем эффективности применения того или иного вида узла крепления является приведенный единичный импульс заряда, учитывающий массу узла крепления. При этом желательно, чтобы максимальное давление в камере заряжания и выброс тонкосводного заряда были минимальными. Следует также отметить, что использование классического варианта (опорной диафрагмы) целесообразно для систем с относительно невысокими силовыми перегрузками (п < 300 ед.), при которых обеспечивается отсутствие существенного выброса многошашечного тонкосводного заряда. Полностью ликвидировать выброс заряда при использовании диафрагмы не удается, что связано с существенным газодинамическим перепадом давления, ведущим к выносу остатков заряда (4—7%) через диафрагменные щели [17].

В результате разработана конструкция порохового аккумулятора с воспламенительным устройством, отражающим условия включения ПАД в кассетной головной части. ПАД представляет из себя цилиндрическую односопловуто камеру с 19-шашечным зарядом из ВБС-МГ и навеской воспламенителя, задействуемой посредством дроссельного канала в передней стенке ПАД.

Стендовые испытания штатной конструкции КГЧ с размещением ПАД в центральной трубе кассеты (вместо вышибного заряда) подтвердили работоспособность разделяющейся головной части. При этом (по отношению к известной конструкции) наблюдалось снижение силовых нагрузок на разделяемые элементы в 1,25—1,30 раза с одновременным увеличением скорости разделения в 1,4—1,6 раза.

В результате проведенных исследований теоретически обоснована и экспериментально подтверждена возможность создания малогабаритных ПАД для отделения головных частей, обеспечивающих стабильность и «мягкость» процесса разделения при высоких параметрах заряжания. Наиболее предпочтительно использовать аккумуляторы давления на основе тонкосводных топливных элементов, позволяющих в условиях резкого увеличения рабочего объема головной части осуществлять эффективный разгон кассеты за счет широко развитой поверхности горения и высокой плотности заряжания.

В случае отработки разделяющихся КГЧ с малыми временами работы (порядка 0,05 с) целесообразно использовать конструкции ПАД с «щеточным» типом крепления тонкосводных топливных элементов (удержание в специальном переднем узле крепления).

Таким образом, разработка новых источников энергии для разделения реактивных снарядов позволяет за счет регламентируемой подачи продуктов сгорания в зону разделения стабилизировать процессы отделения КГЧ на траектории и, тем самым, разработать изделие с минимальными габаритно-массовыми характеристиками.