Корпус боєприпасів, що летять переважно з дозвуковою швидкістю

Корпус боєприпасів, що летять переважно з дозвуковою швидкістю, який містить тверду оболонку, який відрізняється тим, що на зовнішній поверхні оболонки виконано систему трьохвимірних ямок у формі сферичних сегментів, розміщених в шаховому порядку, причому відношення глибини ямок до їх діаметру лежить в межах 0,05-0,5, а відношення глибини ямок до характерного розміру корпусу боєприпаси знаходиться в межах 0,008-0,01. (19) (21) 98073986 (22) 21.07.1998 (24) 15.12.2000 (33) UA (46) 15.12.2000, Бюл. № 7, 2000 р. (72) Гелетуха Георгій Георгійович, Коваленко Гліб Васильович, Морозов Андрій Павлович (73) ІНСТИТУТ ТЕХНІЧНОЇ ТЕПЛОФІЗИКИ НАЦІОНАЛЬНОЇ АКАДЕМІЇ НАУК УКРАЇНИ 31233 татньо високою ефективністю збурення межового шару. В основу винаходу поставлена задача удосконалення корпусу боєприпасів, що летять переважно з дозвуковою швидкістю, в яких шляхом виконання на зовнішній поверхні оболонки корпусу системи трьохвимірних ямок забезпечується зменшення аеродинамічного (гідравлічного) опору цих боєприпасів та шкідливого впливу вихорів, які утворюються за ними в польоті, і за рахунок цього збільшується дальність стрільби та покращується її купчастість. Поставлена задача вирішується тим, що в корпусі боєприпаса, що летить переважно з дозвуковою швидкістю, який містить тверду оболонку, на зовнішній поверхні оболонки виконано систему трьохвимірних ямок у формі сферичних сегментів, розміщених в шаховому порядку, причому відношення глибини ямок до їх діаметру лежить в межах 0,05-0,5, а відношення глибини ямок до характерного розміру корпусу боєприпаси (діаметра, калібру) знаходиться в межах 0,008-0,01. Виконання оболонки корпусу боєприпаси з трьохвимірними ямками при русі з дозвуковими швидкостями в режимі перехідного обтікання тіла дозволяє прискорити появу розвиненого турбулентного режиму в межовому шарі, віддалити точку відриву потоку від поверхні тіла, що летить, вниз по потоку, зменшити величину вихорів, які утворюються за тілом, і в результаті зменшити аеродинамічний опір та коливання осі тіла відносно траєкторії польоту [3], [4]. В [3] показано, що ряд ямок, розміщений поперек потоку, буде характеризуватися меншим аеродинамічним (гідравлічним) опором, ніж канавка з тим самим відношенням глибини до ширини (діаметру). Розміщення заглибин в шаховому порядку має переваги над коридорним розміщенням, що доводиться в [5]. Інтенсифікація межового шару при обтіканні поверхні з ямками характеризується двома максимумами - при відношенні глибини ямки до діаметру 0,1 і 0,5 [6]. Діапазон цього відношення для даного винаходу вибрано в зв'язку з тим, що при відносній глибині ямки меншій від 0,05 ефекти збурення межового шару експериментально не визначаються, а при відношенні глибини до діаметру більшому від 0,5 помітно зростає аеродинамічний опір передньої частини корпусу боєприпасу. Межі відношення глибини ямок до характерного розміру корпусу боєприпасу (діаметра, калібру) вибрано як оптимальний згідно з результатами дослідів при обтіканні циліндрів повітрям. На фіг. 1 показано загальний вигляд боєприпаса (снаряда), з корпусом 1, твердою оболонкою 2, зовнішня поверхня оболонки 3, якого формована ямками 4, (умовно показані лише центри ямок). На фіг. 2 в збільшеному масштабі показана виділена частина зовнішньої поверхні оболонки 3 В. Фіг. 3 являє собою поперечний перетин по А-А оболонки 3 по одній з ямок 4. D - характерний розмір боєприпаса (діаметр, калібр); d - діаметр ямок; h - глибина ямки. Запропонований пристрій працює наступним чином. При польоті боєприпаса з корпусом 1, що має тверду оболонку 2, в ямках 4 її зовнішньої поверхні 3 утворюються торнадоподібні вихори, які збурюють межовий шар. Турбулізація межового шару в діапазоні швидкостей, характерних для перехідного процесу обтікання викликає зменшення гідравлічного опору [4], [7]. При взаємодії тіл широкого класу форм з тупою кормовою частиною (сфер, циліндрів, конусів) з потоком газу чи рідини в досить широкому діапазоні чисел Рейнольдса спостерігається перехідний режим обтікання, коли при більших швидкостях коефіцієнти опору виявляються меншими, ніж коефіцієнти опору при малих швидкостях. Так, при числах Рейнольдса для круглого циліндра приблизно 500000, а для кулі приблизно 300000, коефіцієнт аеродинамічного опору раптово сильно зменшується. Таке зменшення опору пояснюється виникненням в межовому шарі турбулентного режиму течії. Турбулізація межового шару приводить до переміщення точки відриву назад, вниз по течії. Внаслідок цього зона застійної течії за тілом значно зменшується і розподіл тиску на поверхні тіла наближається до розподілу при течії без тертя [7]. Формування на поверхні згаданих тіл відносно невеликих нерівностей - канавок, складок, а ще краще ямок, прискорює перехід обтікання в розвинутий турбулентний режим. При цьому в досить широких межах швидкостей аеродинамічний (гідравлічний) опір руху тіла зменшується. При фіксованих початковій швидкості і куті кидання дальність польоту зростає. Перехід при менших швидкостях в режим обтікання, коли за тілом формується розвинутий турбулентний слід зменшує дію великих вихорів, які характерні для перехідного режиму, і цим зменшує відхилення від розрахункової траєкторії. Таким чином, за допомогою засобів, які являють собою суттєві ознаки запропонованого пристрою, досягається очікуваний технічний результат. Приклад Було проведено порівняння розрахункових дальностей польоту куль з гладкою поверхнею та з поверхнею, формованою ямками в вигляді сферичних сегментів. Інтегрувались рівняння руху тіл, кинутих під кутом до горизонту з різними початковими швидкостями з урахуванням сил їх ваги та сил аеродинамічного опору. Коефіцієнти опору брались з [8]. Збільшення дальності польоту, обумовлене використанням ямок відбувається лише в певному діапазоні початкових швидкостей і залежить від властивостей повітря, обумовлених тиском та температурою, кута кидання, питомої маси речовини кулі та найбільше від діаметра кулі. Так наприклад, сталева куля діаметром 41 мм, кинута під кутом до горизонту в 45°, формована ямками в вигляді сферичних сегментів з відношенням глибини до діаметра кулі 0,009 летить далі від гладкої кулі в діапазоні початкових швидкостей від 10 до 165 м/с. Максимальна перевага в дальності польоту кулі з формованою поверхнею спостерігається при початковій швидкості 120 м/с, і становить 37%. Із зменшенням питомої маси речовини кулі ця перевага зростає, із збільшенням діаметру - падає. Відомий південноафриканський 40 мм напівавтоматичний ручний гранатомет револьверного типу MGL [9]. Живлення - шестизарядний барабан для боєприпасів різноманітного типу (осколочних, кумулятивних, димових, підвищеного вибухового ефекту та ін.). Початкова швидкість польоту гранати - 76 м/с. Максимальна дальність стрільби 2 31233 400 м. Застосування запропонованого винаходу – формування на корпусі гранат системи трьохвимірних ямок дозволить збільшити максимальну дальність стрільби до 492 м. На часі реформування української армії, яка повинна відповідати сучасним політичним та економічним обставинам і мати озброєння світового рівня. Впровадження запропонованого винаходу може покращити тактико-технічні характеристики снарядів, мін, гранат, ракет, контейнерів, куль, торпед та інших видів озброєння, які рухаються переважно з дозвуковою швидкістю. Джерела інформації 1. Патент РФ 2089839, МПК 6 F42В30/02. Пуля. Фролов Ю.3., Корнилова E.С. 4508284/02; заявл. 06.02.1989; опубл. 10.09.1997 // Патенты РФ на изобретения RU БИ № 25. 2. Патент РФ 2089840, МПК 6 F42В30/02. Пуля патрона стрелкового оружия (варианты). Калинин С.А. 95113762/02; заявл. 15.08.1995; опубл. 10.09.1997 // Патенты РФ на изобретения RU БИ № 25. 3. Афанасьев В.Н., Веселкин В.Ю., Леонтьев А.И. и др. Гидродинамика и теплообмен при об текании одиночных углублений на исходно гладкой поверхности // Препр. МГТУ им. Н.Э. Баумана. - № 2-91. - Ч. 1. - М.: Изд-во МГТУ, 1991. - 56 с. 4. Козлов А.П., Щукин А.В., Агачев Р.С. Гидродинамические эффекты от сферических углублений на поверхности поперечно обтекаемого цилиндра // Известия ВУЗов. Авиационная техника. – 1989. - № 3. - С. 27-34. 5. Bjerkness V. Vorlesungen uber hidrodynamische Fernkrafte. – Leipzig, 1902, 190 s. 6. Терехов В.И., Калинина С.В., Мшвидобадзе Ю.М. Теплоотдача от каверны сферической формы, расположенной на стенке прямоугольного канала // Теплофизика высоких температур. – 1994. - Т. 32. - № 2. - С. 249-254. 7. Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя. – М.: Наука, 1969. - 742 с. 8. Афанасьев В.Н., Чудновский Я.П. Экспериментальное исследование структуры течения в одиночной впадине // Вестник МГТУ. Сер. Машиностроение. - 1993. - № 1. - С. 85-95. 9. Зарубежное военное обозрение. - 1996. № 12. Фіг. 1 Фіг. 2 3 31233 Фіг. 3 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2002 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 4