Способ управления направлением полета ракеты и ракета - RU2275585C2

Чертежи

Описание

Область изобретения

Настоящее изобретение относится к управлению направлением полета ракет. В частности, настоящее изобретение относится к ракетам с возможностью управления направлением их полета и к процессу управления направлением полета ракеты.

Рассмотрение предшествующего уровня техники

Управляемые ракеты - это объекты, которые могут выбрасываться или выстреливаться в направлении цели. Управляемые ракеты включают в себя разнообразные объекты, многие из которых являются предметом настоящего изобретения. Например, в качестве оружия дальнего действия широко применяются такие управляемые ракеты как высотные баллистические ракеты или заатмосферные баллистические ракеты, поскольку они очень эффективны и их трудно своевременно обнаружить, чтобы предпринять адекватные меры защиты. Для высотных баллистических ракет может потребоваться быстрая корректировка траектории полета, чтобы уклониться от атаки, например, со стороны управляемых ракет противоракетной обороны.

Ракеты с управлением направлением полета, применяемые для защиты против атакующих ракет, для выполнения их функции требуют высокой точности позиционирования, чтобы перехватить приближающуюся ракету, способную изменять свое направление полета. Даже если меры защиты введены в действие на ранней стадии, размер цели и относительная скорость сближения оборонительной ракеты затрудняют последующую корректировку траектории полета и снижают вероятность того, что оборонительная ракета непосредственно поразит цель. Для ракет с управлением направлением полета могут потребоваться быстрые изменения траектории полета, чтобы осуществить перехват их цели. Запускаемые управляемые ракеты, такие как земля-воздух, корабль-воздух, воздух-воздух, земля-корабль, воздух-корабль, корабль-корабль, воздух-земля, корабль-земля и земля-земля, также используются для поражения целей, способных совершать уклоняющие маневры, когда определена угроза нападения.

Кроме того, для ракет, запускаемых из ствола с помощью взрыва метательного заряда, могут потребоваться быстрые изменения направления, чтобы гарантировать, что они поразят свои цели.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Рассмотрим теперь систему управления направлением полета, которая способна осуществлять быструю корректировку траектории полета для изменения курса полета ракеты.

Раскрытие изобретения

В соответствии с настоящим изобретением разработана управляемая ракета, включающая набор сборок стволов, каждый из которых содержит множество метательных снарядов, расположенных по оси внутри ствола, причем эти метательные снаряды связаны с отдельными метательными зарядами для последовательного выброса упомянутых метательных снарядов из ствола. Указанный набор сборок стволов позволяет выборочно выстреливать снаряды из выбранных стволов, благодаря чему ракета ускоряется за счет реактивной силы, создаваемой при воспламенении метательных зарядов.

В одном варианте настоящего изобретения ракета может быть снабжена движителем, например ракета с ракетным или реактивным двигателем, выбрасываемая в направлении цели с возможностью управления траекторией. Такие цели могут быть неподвижными или подвижными. Настоящее изобретение особенно применимо к оборонительным управляемым ракетам, нацеливаемым на изменяющуюся траекторию атакующей ракеты, такой как высотные или заатмосферные баллистические ракеты. Настоящее изобретение может также быть использовано для поражения низколетящих ракет, которые могут иметь крылья для увеличения подъемной силы и/или устойчивости.

Настоящее изобретение также применимо к ракетам, которые выбрасываются из ствола с помощью взрыва метательного заряда, в частности снарядов большого калибра.

Настоящее изобретение может быть особенно выгодно для сборок стволов типа, описанного в более ранних международных патентных заявках автора настоящего изобретения PCT/AU94/00124 и PCT/AU96/00459. Такие сборки стволов включают ствол, множество метательных снарядов, расположенных по оси внутри ствола для плотного рабочего сцепления с каналом ствола, и отдельные метательные заряды для последовательного выброса соответствующих снарядов через дульный срез ствола.

Общая форма метательного снаряда не очень критична, поскольку этот снаряд представляет собой массу, на которую действует метательный заряд, направляющий реактивную силу на казенную часть ствола. В контексте настоящего изобретения казенная часть может быть образована последующими снарядами, остающимися в стволе в плотном контакте с каналом ствола. Реактивная сила передается от казенной части ствола к ракете и приводит к ее ускорению.

Метательные снаряды могут иметь обычную форму, стреловидную, сферическую или любую другую подходящую форму. Снаряд может также включать стабилизаторы или крылья, которые могут быть для удобства смещены с тем, чтобы создавать стабилизирующее вращение и/или направленный подъем по мере того, как стрела выбрасывается из ствола, который может быть гладким.

Метательный снаряд выбрасывается зарядом, который может быть размещен в пространстве для метательного заряда или сформирован в виде жесткого блока, чтобы облегчить заряжание сборок стволов. Альтернативно, метательный заряд может быть заключен в корпус и может включать встроенный детонатор, содержащий внешнее контактное средство, приспособленное для создания контакта с предварительно установленным электрическим контактом, соединенным со стволом. Например, детонатор может быть снабжен пружинным контактом, который может быть утоплен, чтобы допустить вставку заключенного в кожух заряда в ствол, и выпущен в отверстие ствола при совпадении с этим отверстием для рабочего замыкания с ответным контактом ствола. При желании внешний корпус может быть расходуемым или может химически способствовать горению взрывчатого метательного вещества. Более того, может быть обеспечена сборка уложенных и скрепленных или отдельных заключенных в корпус зарядов и снарядов, чтобы облегчить перезаряжание ствола.

Ствол может быть неметаллическим, и канал ствола может включать углубления, полностью или частично включающие в себя средства воспламенения. В этой конфигурации в стволе могут размещаться электрические провода, которые способствуют электрическому соединению между средством управления и средством воспламенения. Эта конфигурация может быть использована для одноразовых сборок стволов, которые имеют ограниченный срок службы, а средство воспламенения и управляющий провод или управляющие провода для них могут быть выполнены вместе со стволом. Сборка ствола может альтернативно содержать отверстия для воспламенения в стволе, и средство воспламенения расположено снаружи ствола и рядом с отверстиями. Ствол может быть окружен неметаллическим наружным стволом, который может включать вырезы, приспособленные для размещения средства воспламенения. Во внешнем стволе могут также размещаться электрические проводники, которые осуществляют электрическое соединение между средством управления и средством воспламенения. Наружный ствол может быть выполнен в виде ствола из слоистого пластика, который может включать слой печатной платы для средства воспламенения.

Воспламенение метательного заряда может быть осуществлено электрически или для воспламенения могут быть использованы обычные способы типа бойка взрывателя при использовании центрального запала, воспламеняющего наиболее удаленный заряд и вызывающего последовательное воспламенение боевых зарядов последующих выстрелов. Это может быть осуществлено путем подачи назад горячих продуктов сгорания или путем управляемого сжигания плавких вставок, проходящих через снаряды или ствол.

В другом варианте изобретения воспламенение контролируется с помощью электроники, связанной с соответствующими метательными зарядами с запалами, которые срабатывают от соответствующих сигналов воспламенения. Например, запалы в уложенных в колонку метательных зарядах могут быть упорядочены для выполнения требований увеличения ширины импульса воспламенения, благодаря чему электронное средство управления может выборочно посылать импульсы воспламенения определенной ширины, чтобы воспламенить боевые заряды последовательно в определенном порядке времени. Однако предпочтительно, чтобы метательные заряды воспламенялись бы серией импульсов различной ширины с воспламенением первого метательного заряда для воспламенения последующего боевого заряда следующим поданным импульсом.

Соответственно, в таких вариантах все метательные заряды внутри ствола с конца заряженного ствола блокированы вставкой соответствующих изолирующих плавких предохранителей, расположенных между нормально замкнутыми электрическими контактами. При сгорании плавких вставок контакты замыкаются и пропускают соответствующий пусковой сигнал для воспламенения боевого заряда по созданной таким образом цепи.

Множество снарядов может быть выпущено одновременно или в быстрой последовательности из одного ствола. В таких конфигурациях электрический сигнал может передаваться снаружи ствола или через сложенные снаряды, которые могут скрепляться друг с другом, чтобы создать электрическую цепь через ствол, или примыкать друг к другу, создавая электрический контакт. Снаряды могут нести на себе схему управления или они могут образовывать схему управления со стволом.

Набор сборок стволов может быть расположен радиально от центра тяжести ракеты. Такая конфигурация особенно подходит для ракет, которые не имеют движителя. Выстрел метательных снарядов просто смещает ракету, и она продолжает движение по своей траектории, сохраняющейся для данного смещения. Поскольку радиально расположенные наборы сборок стволов могут также использоваться в ракетах, включающих движитель, особенно предпочтительны на такой ракете наборы сборок стволов, создающие момент или силу вращения. Быстрое вращение снаряда при выстреле метательных снарядов позволяет управлять положением ракеты в воздухе, пока ракета движется с помощью реактивного двигателя.

Набор сборок стволов может быть расположен рядом с передним концом или задним концом ракеты для того, чтобы изменять положение ракеты в воздухе, или посередине для горизонтального перемещения снаряда. Альтернативно, система управления направлением полета может включать набор сборок стволов рядом как с передним, так и с задним концами ракеты.

Набор сборок стволов или каждый из них может выстреливать метательный снаряд в направлении, имеющем продольную составляющую, чтобы обеспечить соответствующее приращение кинетической энергии ракеты, или составляющую в направлении, тангенциальном продольной оси снаряда, чтобы придать ракете вращение вокруг своей продольной оси или изменить его.

Сборка стволов может стрелять снарядами, снабженными поддерживающие полет поверхностями, например крыльями, чтобы создать для ракеты дополнительный управляющий эффект. Альтернативно, сборки стволов могут проходить через аэродинамические поверхности, чтобы стрелять в обоих направлениях. Это может повысить прочность аэродинамической конструкции.

Сборка ствола может стрелять через поддерживающие полет поверхности, например крыло, чтобы создать для ракеты дополнительный управляющий эффект. Альтернативно, сборки стволов могут проходить через аэродинамические поверхности, чтобы стрелять в обоих направлениях. Это может повысить прочность аэродинамической конструкции.

При желании, может быть обеспечен отдельный набор из противолежащих сборок стволов, чтобы управлять вращением ракеты вокруг ее продольной оси. Конфигурация этих наборов может включать противолежащие пары сборок стволов, из которых одновременно производятся выстрелы, чтобы осуществить изменения только моментом вращении ракеты вокруг продольной оси. Эти снаряды могут быть выборочно приведены в действие до и/или после выстреливания снарядов из системы управления направлением полета, чтобы использовать в ракете эффекты такого вращения вокруг ее продольной оси.

В предпочтительном варианте изобретения система управления направлением полета включает первый набор сборок стволов, расположенный около переднего конца ракеты, причем из каждого из этих стволов может быть выборочно выстреливаться снаряд в радиальном направлении относительно продольной оси ракеты, и задний набор сборок стволов у заднего конца ракеты, из которых можно выборочно стрелять в направлении, имеющем радиальную составляющую и составляющую в заднем направлении.

В некоторых вариантах настоящего изобретения вся энергия, требуемая для изменения положения ракеты в воздухе и направления ее полета, может быть обеспечена выстрелами снарядов из сборок стволов.

В определенных областях применения множество ракет, созданных согласно настоящему изобретению, могут транспортироваться в корпусе, установленном на ракетном, реактивном или другом транспортном средстве, чтобы выпустить их или выстрелить ими в цель. Например, ракеты по настоящему изобретению могут быть размещены в ракете с управлением направлением полета, в частности, ракеты для защиты от атакующих ракет. Такие ракеты сами могут включать систему изменения траектории полета типа, описанного в настоящем описании. Для удобства будем ссылаться на ракеты для транспортировки ракет в соответствии с настоящим изобретением, как на транспортные ракеты, хотя специалистам понятно, что транспортные ракеты могут сами поражать цель.

Атакующие высотные баллистические ракеты могут нести до 100 боеголовок, 90% из которых являются отвлекающими, и при обнаружении приближения антиракеты они развертывают свою полезную нагрузку, делая задачу уничтожения угрозы гораздо более трудной. Транспортная ракета, несущая множество ракет в соответствии с настоящим изобретением, может развернуть ракеты или выстрелить ракетами по отдельным боеголовкам. Направлением полета ракет по настоящему изобретению можно управлять так, чтобы они поразили свои цели с помощью системы изменения направления полета, посредством которой выстреливаются снаряды из набора сборок стволов. Высокие скорости стрельбы делают эту систему изменения направления полета неуязвимой.

Например, ряд боеголовок может быть снабжен боеголовками, и ее направление полета контролируется усовершенствованной системой слежения и определения координат, расположенной на транспортной ракете, а сама эта система связана с управлением изменением траектории полета на каждой ракете. Управление изменением траектории полета на каждой ракете затем может просто привести в действие механизм выброса выбранных снарядов, которые служат для желаемой корректировки траектории ракеты, в ответ на команду от усовершенствованной системы слежения и определения координат на транспортной ракете.

Настоящее изобретение также может быть обеспечено системой управления направлением полета, которая будет поддерживать или увеличивать кинетическую энергию ракеты при поражении цели. Головка оборонительной ракеты может быть повернута боком непосредственно перед предполагаемым поражением цели, чтобы увеличить фронтальную область взрыва и таким образом повысить вероятность ее уничтожения.

В еще одном исполнении это изобретение в целом относится к способу управления направлением полета ракеты, включающему выборочную стрельбу одним или несколькими снарядами из набора сборок стволов, расположенного на указанной ракете, в котором каждый ствол в сборе из упомянутого набора сборок стволов содержит множество снарядов, расположенных по оси внутри ствола, причем эти снаряды связаны с отдельными метательными зарядами для последовательного выброса указанных снарядов из ствола, в котором упомянутый набор сборок стволов способен выборочно выстреливать снаряды из выбранных стволов, посредством чего направление полета упомянутой ракеты изменяется с помощью реактивной силы, созданной упомянутой стрельбой снарядами.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Для лучшего понимания изобретения ниже приводится подробное описание некоторых вариантов изобретения со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:

Фигура 1 - вид сбоку на ракету согласно одному варианту настоящего изобретения;

Фигура 2 - вид в разрезе через передний набор сборок стволов фигуры 1;

Фигура 3 - продольный вид, частично в разрезе, заднего набора сборок стволов, показанных на фигуре 1;

Фигура 4 иллюстрирует защиту танка, подвергнутого атаке реактивным снарядом.

ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Ракета 10, снабженная реактивным двигателем и показанная на фигуре 1, имеет множество сборок стволов 11 вышеописанного типа, находящихся у переднего конца части 12 и образующих передний набор 13 из сборок ствола и около хвостовой части снаряда, образуя задний набор 14.

В переднем наборе 13, как показано на фигуре 2, каждая сборка стволов 11 отходит радиально от продольной оси 15 ракеты 10, в то время как сборки ствола 11 в заднем наборе отходят назад и в сторону с их соответствующими осями стволов 16, отходящими от центральной оси 15, как показано на фигуре 3.

Каждая сборка стволов 11 содержит от одного до двенадцати снарядов 17, которые могут быть выстреливаться по одному или залпом с выбранной скоростью до 500.000 выстрелов в секунду. Каждый выстреливаемый снаряд влияет на траекторию ракеты 10 и, если вектор силы направлен в сторону от центра тяжести ракеты 10, перекладывает ракету 10 на новый курс. Если снаряд выстреливается из выбранной сборки ствола 11а переднего набора стволов 13, вектор силы отклонит носовую часть 12 в противоположном направлении А, как показано на фигуре 2, и это закончится тем, что ракета 10 ляжет на новый курс.

Это действие может уменьшать полную кинетическую энергию ракеты. Однако если снаряд выстреливается из противоположной сборки ствола 11 в заднем наборе 14, реакция обеспечит повышение кинетической энергии ракеты. Этот эффект может быть использован для корректировки курса ракеты, после чего все оставшиеся снаряды набора 14 могут еще более увеличить кинетическую энергию ракеты. Ракета может быть использована просто как болванка для прямого поражения цели или может быть вооружена боеголовкой.

На фигуре 4 оборонительная ракета 10 показана в различных положениях на управляемой траектории до столкновения с приближающейся ракетой 20, атакующей танк 21. Оборонительная ракета 10 первоначально может иметь траекторию, которая была бы выше положения перехвата. Таким образом, в точке 24 снаряды выстреливаются вверх из переднего набора 13 и вниз от заднего набора 14, чтобы отклонить ее курс вниз к точке 25, где осуществляется дальнейшая корректировка курса.

В положении 26 выполняется противоположная корректировка для подъема носа ракеты 10, чтобы выровнять ее по курсу атакующей ракеты 20. Тогда в последний момент выполняется дальнейшая корректировка курса ракеты по направлению вниз вместе с любой поперечной корректировкой, чтобы установить окончательный курс оборонительной ракеты на столкновение с приближающейся ракетой 20. В то время остающиеся заряды заднего набора 14, которые расположены так, что они не отклоняют ракету с правильного курса, выстреливаются для увеличения кинетической энергии оборонительной ракеты и, соответственно, ее поражающего эффекта. При или вскоре после столкновения с целью используются любые остающиеся заряды с целью еще большего разрушения цели.

Оборонительная ракета 10 может лететь зигзагообразным курсом или вблизи земли для уменьшения возможности ее обнаружения и/или атаки противника.

Вышеприведенное описание дается только как иллюстративный пример настоящего изобретения, и следует понимать, что могут быть сделаны другие модификации и изменения, очевидные для специалистов в данной области техники, не выходя из сути и объема изобретения, как оно охарактеризовано формулой изобретения.

Реферат

Группа изобретений относится к средствам для управления направлением полета ракет. Сущность изобретений заключается в том, что ракета содержит систему управления направлением полета снарядов, которая включает набор сборок стволов, из которых снаряды выстреливаются выборочно. Каждая сборка стволов имеет множество снарядов, расположенных по оси в стволе и связанных с соответствующими метательными зарядами для продвижения указанных снарядов последовательно по стволу. Некоторые из стволов в наборе сборок стволов ориентированы с возможностью обеспечения соответствующим снарядам направления движения по продольной оси ракеты. В другом исполнении некоторые из стволов в наборе расположены в основном перед центром тяжести ракеты, а другие наборы расположены в основном позади центра тяжести ракеты с возможностью регулировки высоты и траектории полета ракеты путем выборочного выстрела снарядов. Реализация изобретений позволяет повысить маневренность ракеты. 3 н. и 9 з.п. ф-лы, 4 ил.

Формула