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

С А Королев; Р Р Мансуров

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

Авторы

С. А. Королев ИжГТУ имени М. Т. Калашникова
Р. Р. Мансуров ИжГТУ имени М. Т. Калашникова

DOI:

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

Ключевые слова:

гироскопическая устойчивость, численное моделирование, оребрение сопла, реактивный двигатель, активно-реактивный снаряд, внутренняя баллистика

Аннотация

В работе представлены результаты исследования возможности повышения устойчивости движения активно-реактивного снаряда во время работы реактивного двигателя. Устойчивость активно-реактивного снаряда на траектории определяется по коэффициенту гироскопической устойчивости, который зависит от коэффициента гироскопического и аэродинамического момента. Для повышения устойчивости движения снаряда рассматривается сопло со специальным оребрением внутренней поверхности выходной части, за счет которого некоторая доля тяги будет направлена на повышение вращения снаряда. Представлена математическая модель задачи внутренней баллистики твердотопливного реактивного двигателя. В модели приняты некоторые допущения: площадь поверхности горения топлива и давление в камере сгорания постоянно, скорость горения топлива подчиняется степенному закону. Параметры в выходном сечении сопла определялись с помощью газодинамических функций. Предложены аналитические зависимости для расчета силы тяги и момента вращения реактивного двигателя в зависимости от параметров ребер: высота, угол наклона и количество ребер. Для верификации аналитических зависимостей проведено численное моделирование течения газа в сопле с ребрами в Ansys Fluent. На основе 3D-модели сопла реактивного двигателя со специальным оребрением внутренней поверхности сопла построена конечно-объемная расчетная сетка. По результатам численного моделирования определена сила тяги, расход продуктов горения через сопло и доля тяги на вращательный момент при различных высоте, угле наклона и количестве ребер. Исследована устойчивость полета 152-мм осколочно-фугасного снаряда, активно-реактивного снаряда и активно-реактивного снаряда со специальным оребрением внутренней поверхности сопла. Определены параметры ребер, при которых 152-мм активно-реактивный снаряд является устойчивым на всей траектории.

Биографии авторов

С. А. Королев, ИжГТУ имени М. Т. Калашникова

доктор технических наук, доцент

Р. Р. Мансуров, ИжГТУ имени М. Т. Калашникова

аспирант

Библиографические ссылки

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.