[1]
Изобретения относятся к ракетной технике и могут быть использованы во
вращающихся управляемых снарядах (УС) и ракетах систем высокоточного оружия с широким диапазоном изменения скорости полета (от дозвуковых до сверхзвуковых значений).
[2]
Известен
артиллерийский самонаводящийся УС "Коперхэд" /1/, способ управления которым включает раскрытие четырех аэродинамических рулей при выходе УС из ствола, после чего они выполняют роль неподвижных
хвостовых стабилизаторов, и приведение их в действие (угловые отклонения рулей по командам системы управления) по истечении временного интервала, вводимого в программное устройство системы управления
перед выстрелом. При этом одна пара рулей обеспечивает стабилизацию УС по крену и управление по углу рыскания, а другая - управление по углу тангажа. Соответственно система управления УС имеет три
рулевых привода, два из которых отклоняют кинематически независимые друг от друга рули первой пары, а третий рулевой привод обеспечивает перемещение имеющих общую ось рулей второй пары.
[3]
В связи с тем, что УС "Коперхэд" вращается при движении по стволу орудия, последующая стабилизация его положения по углу крена на траектории полета представляется нерациональной, так как это усложняет
систему управления (введен специальный канал управления с дополнительным рулевым приводом для независимого отклонения рулей первой пары) и требует расхода энергии бортовых источников питания
(электрического и газового).
[4]
К недостаткам УС "Коперхэд" следует отнести и выполнение его аэродинамического планера по "нормальной схеме" (расположение рулей в хвостовой части за
неподвижными крыльями): суммарная подъемная сила УС снижается вследствие того, что создаваемые крыльями и рулями подъемные силы направлены в противоположные стороны. Кроме того, расположение рулевых
приводов в хвостовой части обусловливает транзит электрических цепей от головки самонаведения через весь УС, в том числе и через боевую часть, что существенно усложняет достижение высокой надежности
конструкции в условиях действия ствольных перегрузок, превышающих 10000 g.
[5]
Указанные недостатки могут быть устранены при выполнении вращающегося УС с аэродинамическим планером по схеме
"утка" (расположение рулей в носовой части перед не подвижными хвостовыми стабилизаторами). Однако в случае использования реализованного в УС "Коперхэд" способа управления, предусматривающего
одновременное раскрытие двух пар рулей, возникает проблема обеспечения устойчивости и управляемости УС.
[6]
Начальная скорость полета УС и УР современных систем высокоточного оружия
достигает значений, соответствующих числу Маха М=2 и более. При стрельбе на максимальную дальность, составляющую десятки километров, скорость полета УС при встрече с целью дозвуковая (М=0,5...0,8).
Поэтому выполнение требования поражения цели в интервале от минимальной (3...5 км) до максимальной дальности ставит перед разработчиками задачу обеспечения устойчивости и управляемости УС в широком
диапазоне изменения скорости полета, которая не всегда может быть решена при проектировании его аэродинамического планера традиционными методами.
[7]
Для УС, выполненного по схеме "утка",
потребная площадь рулей и стабилизаторов определяется с учетом их несущей способности, несущей способности корпуса и габаритных ограничений из условия обеспечения перегрузок управления, необходимых
для выбора возможного промаха на управляемом участке траектории с дозвуковой скоростью полета УС. Возрастание скорости полета УС на управляемом участке траектории до сверхзвуковых значений приводит к
потере устойчивости УС по причине существенного возрастания дестабилизирующего аэродинамического момента рулей из-за увеличения создаваемых ими аэродинамических сил пропорционально квадрату скорости
полета.
[8]
По аналогичным причинам для УС "Коперхэд" при стрельбе на минимальную и промежуточные между максимальной и минимальной дальности применяются дополнительные уменьшенные орудийные
заряды, что обеспечивает движение УС с дозвуковой скоростью на управляемом участке соответствующих траекторий полета, а следовательно, его устойчивость и управляемость. Однако применение нескольких
зарядов практически исключает возможность автоматического заряжания орудия (из-за сложности осуществления), что, в свою очередь, ограничивает область применения УС "Коперхэд".
[9]
Наиболее
близок к заявляемому по осуществлению и достигаемому эффекту известный способ рулевого управления ракетой с 4-мя рулями /2/, в котором один из рулей поддерживают в свободном состоянии по потоку или
фиксируют под определенным углом. С помощью двух из оставшихся рулей обеспечивают движение вокруг осей тангажа, рыскания и крена, а последний руль фиксируют под нулевым углом.
[10]
Установка руля по потоку исключает его из процесса управления УС, за счет чего его аэродинамическая устойчивость может быть достигнута и в области сверхзвуковых скоростей полета. Однако это требует
специального устройства, освобождающего по командам системы управления ось руля от кинематической связи с рулевым приводом, что усложняет конструкцию системы управления и УС в целом. Кроме того,
лобовое сопротивление УС увеличивается за счет профильного сопротивления не участвующего в процессе управления руля, что приводит к уменьшению дальности полета.
[11]
Установка руля в любое
фиксированное промежуточное положение, в том числе и нулевое, увеличивает лобовое сопротивление УС на величину суммы профильного и индуктивного сопротивления руля и создает силовое возмущение, которое
должно быть компенсировано рулями, участвующими в процессе управления. Последнее требует расхода энергии бортовых источников питания и усложняет процесс управления УС.
[12]
Анализ
недостатков рассмотренных способов управления показывает, что одним из рациональных технических решений, обеспечивающих аэродинамическую устойчивость УС в широком диапазоне скоростей полета, может
служить последовательный ввод рулей в процесс управления за счет их раскрытия в определенных точках траектории движения УС.
[13]
В УС "Коперхэд" четыре хвостовых руля перед выстрелом
удерживаются внутри корпуса замками, которые освобождают рули под действием стартового ускорения. При движении по стволу это же ускорение создает момент относительно оси складывания рулей,
препятствующий их раскрытию. После выхода УС из ствола рули раскрываются под действием центробежных сил, обусловленных вращением УС, и фиксируются в раскрытом положении штифтовыми стопорами.
Следовательно, функционирование данного устройства, обеспечивающего одновременное раскрытие рулей только в момент выхода УС из ствола, основано на действии ствольных перегрузок и поэтому не может быть
использовано для раскрытия, например, двух из четырех рулей в произвольные моменты времени при движении УС по траектории полета.
[14]
Наиболее близко к заявляемому устройству по конструкции
и достигаемому эффекту устройство управления полетом ракеты /3/, содержащее установленные на шпангоуте корпуса ракеты рулевые машины и кинематически связанные с ним…
