Повышение устойчивости движения активно-реактивного снаряда за счет специального оребрения внутренней поверхности сопла

S A Korolev; R R Mansurov

doi:10.22213/2410-9304-2025-3-71-78

Authors

S. A. Korolev Kalashnikov Izhevsk State Technical University
R. R. Mansurov Kalashnikov Izhevsk State Technical University

DOI:

https://doi.org/10.22213/2410-9304-2025-3-71-78

Keywords:

gyroscopic stability, numerical modeling, nozzle ribbing, jet engine, active-reactive projectile, interior ballistics

Abstract

The paper presents the results of a study into the possibility of increasing the stability of a jet-propelled projectile during operation of a jet engine. The stability of a jet-propelled projectile on its trajectory is determined by the gyroscopic stability coefficient, which depends on the gyroscopic and aerodynamic moment coefficients. To increase the stability of the projectile, a nozzle with special ribbing of the inner surface of the outlet section is considered, due to which some of the thrust will be directed to increasing the rotation of the projectile. A mathematical model of the internal ballistics problem of a solid-propellant jet engine is presented. The model makes some assumptions: the area of the fuel combustion surface and the pressure in the combustion chamber are constant, the fuel combustion rate obeys a power law. The parameters in the outlet section of the nozzle were determined using gas-dynamic functions. Analytical dependencies are proposed for calculating the thrust and torque of a jet engine depending on the rib parameters: height, angle of inclination and number of ribs. To verify the analytical dependencies, numerical simulation of gas flow in a nozzle with ribs was performed in Ansys Fluent. Based on a 3D model of a jet engine nozzle with special ribbing of the inner surface of the nozzle, a finite-volume computational grid was constructed. Based on the results of numerical simulation, the thrust force, combustion product flow rate through the nozzle, and the thrust share per torque were determined at different heights, angles of inclination, and numbers of ribs. The flight stability of a 152-mm high-explosive fragmentation projectile, a rocket-propelled projectile, and a rocket-propelled projectile with special ribbing of the inner surface of the nozzle was investigated. The rib parameters were determined at which the 152-mm rocket-propelled projectile is stable along the entire trajectory.

Author Biographies

S. A. Korolev, Kalashnikov Izhevsk State Technical University

Associate Professor

R. R. Mansurov, Kalashnikov Izhevsk State Technical University

Post-graduate

References

ANSYS Fluent Theory Guide. ANSYS, Inc.Release2023 R1.January 2023. 1112 p.

Королев С. А., Мансуров Р. Р. Исследование пределов повышения дальности стрельбы активно-реактивным снарядом // Проектирование систем вооружения и измерительных комплексов : труды 19-й Всероссийской научно-технической конференции. Нижний Тагил, 2023. С. 159-170.

Балаганский И. А. Основы баллистики и аэродинамики : учеб. пособие. Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2017. 200 с.

Королев С. А., Мансуров Р. Р. Разработка математического и программного обеспечения баллистического расчета и оптимизации параметров активно-реактивного снаряда // Интеллектуальные системы в производстве. 2024. Т. 22, № 4. С. 98-107. DOI 10.22213/2410-9304-2024-4-98-107.

Коркодинов Я. А. Обзор семейства k-ε-моделей для моделирования турбулентности // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение. 2013. С. 5-16.

Киршина А. А., Левихин А. А., Киршин А. Ю. Численная методика расчета тяги сопла широкодиапазонного ракетного двигателя / // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2022. Т. 22, № 5. С. 1016-1024.

Aziz M.M., M.Y. Ahmed, A.Z. Ibrahim, A.M. Riad Numerical Simulations and Drag Prediction for base bleed projectile // Journal of Multidisciplinary Engineering Science and Technology, Vol. 7.Issue 9. 2020. P. 12717- 12722.

Carbajosa C.; Martinez-Cava A.; Valero E.; Paniagua G. Efficiency of Pulsating Base Bleeding to Control Trailing Edge Flow Configurations. Appl. Sci. 2022, 12, 6760. URL: https://doi.org/10.3390/app12136760.

Баллистика ракетного и ствольного оружия : учебник для вузов / под ред. А. А. Королева, В. А. Комочкова; науч. конс. В. А. Шурыгин. Волгоград, 2010. 472 с.

Королев С. А., Мансуров Р. Р. Решение задачи максимизации дальности полета активно-реактивного снаряда с учетом устойчивости движения на всей траектории // Внутрикамерные процессы и горение в установках на твердом топливе и ствольных системах (ICOC’2023). 2024. С. 99-107.

Каун Ю. В., Чернышов М. В. Анализ эффективности сопла внешнего расширения с перфорированным центральным телом // Известия высших учебных заведений. Авиационная техника. 2023. № 2. С 67-74.

Зубов В. Н. Применение «Российской концепции импульсной коррекции» для повышения точности ракетного и артиллерийского оружия // Инновационная наука. 2016. № 4-3. С. 107-110.

Беженцев А. Ю., Поляков А. Е., Тумаков В. М. Высокоточные боеприпасы ствольной артиллерии, результаты полигонных испытания, направления развития // Военная мысль. 2022. № 8. С. 106-112.

Патент RU2247926C1 Российская Федерация. Способ стабилизации ракеты в полете и ракета для его реализации: опубл. 10.03.2005 / В. П. Жуков и др.; заявитель Государственное унитарное предприятие «Конструкторское бюро приборостроения».

Патент № 2707616 C1 Российская Федерация, МПК F41G 7/22, F42B 35/00, F42C 9/00. Способ коррекции траектории артиллерийских вращающихся снарядов: № 2019101929: заявл. 24.01.2019: опубл. 28.11.2019 / Н. С. Кузнецов; заявитель акционерное общество «Научно-производственное предприятие «Дельта». - EDN VCDCKJ.

Быков А. А., Знаменский Е. А. Исследование коэффициента гироскопической устойчивости бронебойного подкалиберного снаряда, стабилизируемого вращением, от величины удлинения активной части // Наука. Промышленность. Оборона : труды XXII Всероссийской научно-технической конференции, посвященной 60-летию со дня перового полета человека в космос / под ред. С. Д. Саленко. Т. 2. Новосибирск : Новосибирский государственный технический университет, 2021. С. 25-29.

Зубов В. Н. Разработка в США 40-мм артиллерийского комплекса и корректируемого боеприпаса для борьбы с асимметричными угрозами // Известия Российской академии ракетных и артиллерийских наук. 2019. № 4 (109). С. 88-94.

Зубов В. Н. Разработка управляемых артиллерийских снарядов за рубежом // Военная мысль. 2018. № 3. С. 79-93.

Некоторые перспективные направления развития боеприпасов и выстрелов / В. М. Буренок, О. Т. Чижевский, К. М. Иванов [и др.]. Часть II // Известия Российской академии ракетных и артиллерийских наук. 2021. № 2 (117). С. 11-24.