Особенности работы систем разделения реактивных снарядов с головными частями кассетного типа

Как уже отмечалось, возможным направлением повышения эффективности действия РСЗО у цели является комплектация реактивных снарядов головными частями кассетного типа, снабженными боевыми элементами различного целевого назначения. В связи с этим возникает необходимость изыскания таких конструктивных схем КГЧ, которые обеспечивали бы надежное разделение и рациональное использование возможностей каждого боевого элемента за счет равномерного распределения их по площади цели.

Конструктивные схемы КГЧ могут создаваться в основном на базе трех основных принципов раскрытия кассеты и рассеивания боевых элементов:

• • путем выброса ее из оболочки с последующим неодновременным выбросом БЭ за счет действия механизмов разброса, а также центробежных и аэродинамических сил и сил тяжести;
• • путем снятия оболочки в направлении движения ракеты с разбросом БЭ за счет непосредственного воздействия воздушного потока и последующего действия механизмов разброса, аэродинамических сил и сил тяжести;
• • путем раскрытия кассеты с одновременным принудительным разбросом БЭ за счет действия центрального разрывного заряда.

В настоящее время конструкции КГЧ для систем залпового огня разрабатываются, как правило, на основе первых двух газодинамических принципов раскрытия кассеты. Характерной особенностью таких конструкций является использование в качестве источников энергии, необходимых для раскрытия кассеты и выброса БЭ, одного или нескольких пороховых зарядов, размещенных в рабочих полостях КГЧ.

Различные задачи, решаемые при разработке КГЧ, во многом определяют конструктивную схему и характер ее внутрибаллистического функционирования. Однако каждая конструктивная схема в самом общем случае включает в себя инициирующее временное устройство (ИВУ) 1, блок системы управления 2 и, собственно, боевую часть 3 (см. рис. 1.1).

Инициирующее временное устройство представляет из себя временномй механизм, выдающий исполнительную команду на источник энергии, обеспечивающий разделение боевой части. При наличии в конструкции блока системы управления инициирующее временное устройство представляет из себя композицию ЭВУ и предохранительноисполнительного механизма, обеспечивающего выдачу воспламенительного импульса на заряд разделения. При отсутствии БСУ в КГЧ роль ИВУ может выполняться взрывательным устройством, выполненным, например, в виде механической трубки ТМ-120 с пороховой петардой, инициирующей срабатывание заряда разделения боевой части.

Разрабатываемые конструкции боевых частей различаются в основном по типу связи с ракетной частью и по назначению боевых элементов.

По связи с РЧ можно выделить два типа боевых частей — неотделяемые и отделяемые БЧ. На начальном этапе проектирования РРС для РСЗО разрабатывались неотделяемые кассетные боеприпасы, которые обеспечивали более простую схему функционирования за счет исключения процесса отделения ГЧ от РЧ. В дальнейшем, в связи с увеличением скорости и дальности полета РРС, разрабатывались конструкции отделяемых боеприпасов, обеспечивающих торможение и стабилизацию БЧ на траектории. При такой схеме работы, реализованной, например при разработке РРС с самоприцеливающими боевыми элементами, обеспечивается гашение скорости и вертикализация полета боеприпаса, необходимые для снижения силовых нагрузок и надежного ввода в действие СПБЭ на траектории.

По назначению боевых элементов и виду поражающего действия кассетные боеприпасы разделяются на осколочные, фугасные, осколочно-фугасные, бронебойные, объемно-детонирующие, зажигательные, осветительные, дымовые, агитационные. Такое многообразие кассетных боеприпасов, предопределяет большое разнообразие реализуемых конструктивных решений. Однако большинство разрабатываемых конструкций включают в себя обязательные конструктивные элементы. В первую очередь, к ним относятся:

• • корпус (оболочка), жестко скрепленный с дном в случае использования первого принципа раскрытия либо подвижно соединенный с дном (например, по посадке) при использовании второго принципа раскрытия;
• • контейнер или кассету, являющуюся емкостью для размещения боевых элементов и обеспечивающую их выброс при вскрытии;
• • боевой элемент, представляющий собой самостоятельный боеприпас различного целевого назначения с взрывателем ударного или дистанционного (неконтактного) действия;
• • поршень, являющийся, как правило, принадлежностью кассеты и воспринимающий основное усилие, направленное на ускорение кассеты (при отстреле оболочки роль поршня выполняет ее внутренняя поверхность);
• • элементы форсирования, служащие для закрепления подвижных отстреливаемых частей (кассеты или оболочки) в «неподвижных» элементах конструкции;
• • дно, являющееся в большинстве случаев силовым элементом для крепления оболочки или элементов форсирования;
• • средства инициирования, осуществляющие функцию воспламенительного устройства для отделения и вскрытия в заданной точке траектории;
• • механизм разброса, обеспечивающий рациональное распределение БЭ по площади цели.

Вопросы, решаемые при разработке головных частей кассетного типа для неуправляемых реактивных снарядов залпового огня, условно можно разделить на две группы, связанные с проектированием и отработкой БЭ, снаряжаемых в контейнер или в кассету, и самой кассеты, обеспечивающей за счет энергии порохового заряда раскрытие и выброс БЭ в заданной точке траектории.

Проектирование БЭ включает вопросы выбора и обоснования их типа и конструктивных параметров: массы, калибра, коэффициента наполнения, а также условий и средств взведения.

К проектированию кассеты предъявляются те же эксплуатационные требования, что и к другим элементам ракеты: минимальная масса, высокая прочность и технологичность конструкции, максимальная надежность и удобство в эксплуатации. Кроме того, кассета должна обеспечивать выброс БЭ в необходимый момент времени, при этом для рассеивания БЭ на значительные площади приходится вскрывать кассету на большой высоте или применять различные способы принудительного рассеивания.

На примере анализа конструкции (рис. 2.11) и условий функционирования варианта кассетной головной части к системе «Смерч» [23] рассмотрим характерные особенности работы ее в процессе разделения на траектории.

Кассетная головная часть (см. рис. 2.11) содержит оболочку 9 с дном 12, контейнер 8 с передним дном 3 и поршнем 10, скрепленными между собой центральной трубой 14 и продольными лонжеронами 16, кассеты 6 с боевыми элементами 15, пороховые заряды взведения и разделения 5 и 13, инициирующее устройство 2 и узел форсирования 11.

Контейнер боевой части снабжен аккумулирующей полостью А, размещенной в его передней части. В аккумулирующей полости имеется инициирующее устройство в виде одноканального ПИМа с двумя воспламенительными зарядами 1, которые размещены на диаметральнопротивоположном направлении цилиндрического кольца, закрепленного в переднем дне контейнера.

Заряды взведения 5 размещены между смежными поверхностями кассет и центральной трубы и дополнены усилительными зарядами 7, закрепленными вдоль центральной трубы контейнера в газодинамическом следе продуктов сгорания зарядов взведения посредством упорных колец.

При этом аккумулирующая полость газодинамически связана с полостью контейнера 5 посредством воспламенительных каналов 4, выполненных в переднем дне контейнера и направленных на заряды взведения, а продольные лонжероны контейнера снабжены газодинамическими окнами С. Окна выполнены в виде поперечных каналов цилиндрической и прямоугольной формы, расположенных, соответственно, на плоской поверхности лонжеронов выше линии контакта с боковыми поверхностями кассет и в зонах контакта лонжеронов с передним дном, центральной трубой и поршнем контейнера.

Рис. 2.11. Конструктивная схема кассетной боевой части осколочного действия:

1 — воспламенительные заряды (2 шт.); 2 — ПИМ; 3 — переднее дно; 4 — воспламенительные каналы (4 шт.); 5 — заряды взведения (4 шт.); 6 — кассеты с БЭ; 7 — усилительные заряды (4 шт.); 8 — контейнер; 9 — оболочка; 10 — поршень; 11 — элементы форсирования; 12 — дно; 13 — заряд разделения; 14 — центральная труба; 15 — боевые элементы; /6 —.

лонжероны Кассеты выполнены в виде перфорированных пусковых (направляющих) труб, снабженных замедлительным устройством (УРО) и зарядом вскрытия с поршнем. При этом БЭ зафиксированы в пусковых трубах посредством узла форсирования, выполненного в виде закатки.

Кассетная боевая часть работает следующим образом.

В заданной точке траектории срабатывает предохранительно-исполнительный механизм 2 и передает инициирующий импульс на один из воспламенительных зарядов 1. Продукты сгорания его заполняют свободный объем аккумулирующей полости, А и с некоторой задержкой воспламеняют второй воспламенительный заряд, что в конечном итоге исключает резкий взмыв давления в аккумулирующей полости.

Одновременно через воспламенительные каналы 4, направленные на заряды взведения 5, продукты сгорания воспламенительных зарядов начинают поступать из аккумулирующей полости, А в полость контейнера Б и инициируют включение зарядов взведения 5. Продукты сгорания зарядов взведения заполняют зону переднего дна 3 контейнера 8 и начинают перемещаться вдоль центральной трубы 14. При достижении зоны усилительных зарядов 7 последние воспламеняются и обеспечивают выравнивание внутрибаллистических параметров по всей длине свободного объема контейнера.

Одновременно с заполнением всех рабочих полостей контейнера и созданием условий для взведения взрывателей БЭ 15 в кассете, продукты сгорания поступают в запоршневую полость Д и обеспечивают срабатывание заряда разделения 13. Продукты сгорания заряда заполняют запоршневую зону и при заданном давлении на поршень разрушают узел форсирования 11. Происходит отстрел контейнера 8 из оболочки, сопровождающийся выходом кассет из контейнера под действием аэродинамических и центробежных сил. Через определенный промежуток времени (4 с), необходимый для снижения скорости движения кассет до требуемого значения, УРО выдает воспламенительный импульс на заряд вскрытия кассеты. Продукты сгорания заряда действуют на поршень и обеспечивают разрушение узла форсирования и отстрел БЭ из направляющей пусковой трубы. Боевые элементы разбрасываются в различных направлениях, стабилизируются и по автономным траекториям движутся к цели.

Из описанного выше следует, что процесс вскрытия боевой части протекает как бы в четыре этапа. На первом этапе работает аккумулирующая зона А, выполняющая за счет наличия ПИМа и двух пороховых зарядов функции воспламенения зарядов взведения и подпитки передней зоны контейнера. На втором этапе работает в основном зона контейнера Б, обеспечивающая взведение взрывателей БЭ (снятие ступени предохранения) в направляющих трубах, а также передачу воспламенительного импульса вышибному заряду с некоторой задержкой. Третий этап обеспечивает вскрытие контейнера ГЧ и выход кассет из него. Четвертый, заключительный, этап связан с выбросом БЭ из пусковых труб и разбросом их на поражаемой местности.

Для надежной работы КГЧ в процессе разделения необходимо, конечно, надежное функционирование ее на всех этапах. Однако, вследствие ограниченности процесса разделения во времени (1_разд < 0,1 с), особенно сложная задача связана с необходимостью обеспечения:

• • последовательного включения в работу четырех типов газодинамически связанных между собой импульсных пороховых зарядов (всего 19 шт.), размещенных по всей длине головной части;
• • безотказного снятия ступеней предохранения ВУ, осуществляемого теплоприемными устройствами (датчиками) типа Б-179 (рис. 2.12).

Теплоприемные устройства выполняются в виде стакана 4 с запресованным в него пиротехническим замедлительным составом 5 и мембраны 8, которые крепятся в корпусе ВУ 6 втулкой 10. Устройство является составным элементом механизма дальнего взведения, включающего в себя также ударник 9, фиксируемый стопором 2 с вышибным зарядом 3.

В соответствии с техническими условиями на Б-179 для срабатывания датчика необходимо создать давление Р = (1,8-^2,0) МПа и температуру Т > 573 К в течение времени t > 0,003 с. Такие условия должны реализовываться в процессе разделения КГЧ во всех рабочих полостях и обеспечивать разрушение мембраны 8 и воспламенение пиротехнического состава 5. После прогорания замедлителя разрушается стакан 4 и срабатывает вышибной заряд 3, продукты сгорания которого отстреливают стопор 2 в ловушку 1, преодолевая сопротивление предохранителя 11. Освобождается ударник 9, перемещение которого под действием пружины приводит в итоге к снятию системы предохранения и го;

Рис. 2.12. Поперечный разрез ВУ с механизмом дальнего взведения и теплоприемным устройством:

1 — ловушка; 2 — стопор; 3 — вышибной заряд; 4 — стакан; 5 — замедлительный состав; б — корпус ВУ; 7 — уплотнение; 8 — мембрана; 9 — ударник; 10 — втулка; 11 — предохранитель; 12 — уплотнительная прокладка товности взрывателя к работе. При этом герметичность датчика в условиях работы КГЧ обеспечивается уплотнительными прокладками 7 и 12.

Анализ изложенных выше материалов говорит о том, что разработка разделяющихся реактивных снарядов с головными частями различного целевого назначения представляет из себя сложную научно-техническую задачу, требующую поиска компромиссных решений при проектировании разрабатываемого изделия. При этом решение задачи проектирования и отработки РРС резко затрудняется при комплектации снаряда головными частями кассетного типа, отличающимися более сложным функционированием в процессе разделения по отношению к отделяемым головным частям, например фугасного действия. В этом случае возникают дополнительные задачи, связанные с необходимостью доработки конструкции реактивного снаряда за счет:

• • разработки дополнительных механизмов систем разделения, обеспечивающих надежное вскрытие головной части (контейнера, кассеты) и разброс БЭ на местности;
• • подключения (запараллеливания) процесса отделения головной части от ракетной к процессу вскрытия ГЧ, имеющей множество пороховых зарядов и рабочих полостей, газодинамически связанных между собой;
• • обеспечения требуемых значений силовых и тепловых импульсов в контейнере или кассете для снятия ступени предохранения взрывательных устройств и подготовки к работе их на поражаемой местности;
• • выбора рациональных параметров заряжания системы разделения и средств инициирования зарядов КГЧ, обеспечивающих надежное функционирование конструкции в процессе разделения при минимальных значениях силовых и тепловых нагрузок на разделяемые элементы конструкции.

Следует также обратить внимание на тот факт, что в процессе разработки новых и совершенствования существующих образцов разделяющихся боеприпасов необходима разработка унифицированных узлов, механизмов и отсеков разделения, обеспечивающих фиксацию, вскрытие и разброс разделяемых фрагментов конструкции. Такой подход затруднителен при разработке конструкций головных частей кассетного типа, характеризующихся большим разнообразием используемых боевых элементов. Для случая же разработки боеприпасов, предусматривающих отделение головных частей различного целевого назначения, такой вариант унификации элементов конструкции систем разделения представляется возможным, и в первую очередь при разработке изделий одного калибра.

Решение поставленных задач неразрывно связано с решением вопросов опытной отработки разрабатываемых боеприпасов, направленных на совершенствование известных или разработку новых методов и конструкций экспериментальных устройств для изучения и опытной отработки процессов разделения PC в статических и динамических условиях.

Для решения поставленных вопросов рассмотрим более подробно практическую сторону экспериментального моделирования работы систем разделения реактивных снарядов, снабженных механизмами отделения и вскрытия головных частей, а также выброса БЭ на траектории.