СПОСОБ ЗАПОЛНЕНИЯ МОДЕЛИ РАКЕТЫ РАБОЧИМ ТЕЛОМ И КОНСТРУКЦИЯ ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК F42B15/20 

Изобретение относится к ракетной технике и может использоваться в том числе и для разработки геофизических ракет, ракет для запуска коммерческих спутников.

Известны ракеты типа "Титан", "Полярис", "Минитмен", "Посейдон" использующие твердое и жидкое ракетные топлива.

С целью улучшения экологии и, в частности, создания экологически чистых ракетных двигателей, целесообразно рассмотреть возможность использования в качестве рабочего тела воды, нагреваемой до высокой температуры каким-либо источником энергии, находящимся на борту ракеты.

Для морских ракет с подводным стартом конструкция баков ракеты может быть телескопической; в шахте подводной лодки она находится в сложенном состоянии, только частично заполненная рабочим телом, а затем раздвигается и при прохождении подводного участка траектории добирает рабочее тело.

Одним из важных условий при создании такой конструкции является определение принципиальной возможности заполнения рабочим телом баков ракеты после старта в процессе прохождения подводного участка траектории.

Известны прямоточные двигательные установки с водозаборными отверстиями.

При относительно незначительной протяженности подводного участка они не позволяют обеспечить требуемый приход воды для заполнения баков. Поэтому целесообразно рассматривать новые способы и конструкции, включающие, например, раздвижную конструкцию корпуса бака.

Очевидно, что осуществлять отработку способа заполнения рабочим телом ракеты на натурной конструкции экономически нецелесообразно.

Поэтому желательно вначале проводить отработку способа на масштабных моделях в баллистическом бассейне.

Способ забора рабочего тела и конструкции для его осуществления итальянской торпеды РХ-5, используют взаимодействие щелочного металла с забортной водой, поступающей в двигатель извне через водозаборные отверстия. Как изложено выше, этот способ и конструкция не могут являться основой для разработки модели ракеты, так как водозаборные отверстия при вертикальном старте не обеспечивает требуемый приход воды для заполнения баков ввиду малого промежутка времени нахождения ракеты на подводном участке траектории. Поэтому целесообразно рассмотреть такой способ и конструкцию, которые обеспечили бы заполнение баков при ограниченном времени движения на подводном участке траектории.

Таким образом, целью настоящего изобретения является разработка способа заполнения модели ракеты рабочим телом и конструкции для ее осуществления с раздвижным корпусом бака для определения времени заполнения и количества рабочего тела, попадающего в баки в процессе движения ракеты на подводном участке траектории в зависимости от скорости движения ракеты, времени движения, гидростатического давления.

Поставленная цель достигается следующим образом. Предлагается способ заполнения модели ракеты рабочим телом (водой) самотеком из окружающей среды в процессе движения ее на подводном участке траектории, отличающийся тем, что подачу рабочего тела осуществляют в полость, образующуюся в результате выдвижения на штангах головной части перемещением поршня под действием давления пороховых газов, возникающих при горении пороховой шашки, одна часть из которых, проходя по газоходу, истекает через сопло, создавая реактивную силу, а другая часть, проходя по газоходу, истекает через форсунки в газоходе, постепенно повышая давление в камере между подвижной обечайкой и днищем неподвижного корпуса, под действием которого с интервалом Δτ от момента выдвижения головной части, требуемым для заполнения рабочим телом, образующейся при выдвижении головной части, полости, перемещают манжету с подвижной обечайкой, надвигая ее на головную часть, обеспечивая герметичную стыковку.

Конструкция модели ракеты, обеспечивающая способ, показана на фиг. 1-3.

Она состоит из головной части 1, в которой закреплены штанги 2, проходящие через крышку 3, ввинченную в неподвижный корпус 4, соединенные с поршнем 5. Неподвижный корпус 4 заканчивается газоходом 6 с ввернутым в него центральным соплом 7 и форсунками 8. На газоходе 6 неподвижного корпуса 4 закреплен стакан 9 с днищем 10, внутри которого расположена термостойкая манжета 11.На неподвижный корпус 4 одета подвижная обечайка 12, входящая в стакан 9. Внутри неподвижного корпуса расположен заряд твердого топлива 13 и решеткой 14 и воспламенитель 15. Указанные детали конструкции модели ракеты образуют две камеры. Одна камера 16 между днищем 10 стакана 9 и термостойкой манжетой 11. Вторая камера 17 между поршнем 5 и крышкой 3 неподвижного корпуса 4.

Модель ракеты находится в шахте в сложенном состоянии (фиг.1). При подаче импульса на воспламенитель 15 срабатывает заряд 13 и под действием давления пороховых газов поршень 5 перемещается вместе со штангами 2 и головной частью 1, образуя пространство для последующего заполнения его водой (фиг.2). Одновременно с этим пороховые газы проходят по газоходу 6 и выходят через центрально расположенное сопло 7, за счет чего создается реактивная сила и модель ракеты выходит из шахты.

В процессе движения на подводном участке свободное пространство между головной частью 1 и крышкой 3 неподвижного корпуса заполняется водой. В то же время часть пороховых газов, двигающихся по газоходу, проникает через форсунки 8 в камеру 16, создавая в ней давление. При достижении заданного давления подвижная обечайка 12 с манжетой 11 перемещается до стыковки с головной частью, захлопывая пространство между головной частью 1 и крышкой 3 неподвижного корпуса 4 (фиг.3).

Герметичность стыковки и ее фиксация осуществляется за счет герметизирующего резинового кольца 18 и кольцевого пружинного фиксатора 19.Диаметр форсунок подбирается таким, что обеспечить необходимое (достаточное для заполнения полости 17 водой) время запаздывания Dt от окончания перемещения поршня 5 до начала перемещения подвижной обечайки 12.

Примерный график изменения давления в пространстве 16 показан на фиг.4, где
t₁ время с начала воспламенения заряда 13 до начала движения поршня 5;
τ₂ время с начала воспламенения заряда 13 до конца движения поршня 5;
τ₃ время с начала воспламенения заряда 13 до начала движения подвижной обечайки 12;
τ₄ время с начала воспламенения заряда 13 до стыковки подвижной обечайки 12 с головной частью 1;
P₁ давление в полости 17 в момент трогания поршня в полости 16;
P₂ давление в полости 17 в момент окончания движения поршня в полости 16;
P₃ давление в полости 17 в момент трогания подвижной обечайки 12;
P₄ давление в полости 17 в момент стыковки подвижной обечайки 12 с головной частью 1.

Использование: ракетная техника. Сущность изобретения: способ заполнения модели ракеты рабочим телом /водой/ при движении ее на подводном участке траектории и конструкция для его осуществления, заключается в том, что подачу рабочего тела осуществляют самотеком в полость, образованную в результате выдвижения на штангах головной части путем перемещения поршня под действием давления пороховых газов, возникающих при горении пороховой шашки, одна часть которых, проходя по газоходу, истекает через сопло, создавая реактивную силу, а другая часть, проходя по газоходу, истекает через форсунки, расположенные в стенке газохода, постепенно повышая давление в камере между подвижной обечайкой и днищем стакана неподвижного корпуса, постепенно повышая в ней давление, которым с интервалом времени от момента выдвижения головной части, требуемым для заполнения рабочим телом образующейся при выдвижении головной части полости, перемещается манжета с подвижной обечайкой, надвигая ее на головную часть и обеспечивая герметичную стыковку. 2 с.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ заполнения модели ракеты рабочим телом (водой) самотеком из окружающей среды в процессе движения ее на подводном участке траектории, отличающийся тем, что подачу рабочего тела осуществляют в полость, образующуюся в результате выдвижения на штангах головной части перемещением поршня в камере неподвижного корпуса под действием давления пороховых газов, образующихся при горении пороховой шашки, воспламеняемой при старте, одна часть из которых, проходя по газоходу, истекает через сопло, создавая реактивную силу, а другая часть, проходя по газоходу, истекает через форсунки в нем расположенные, в камеру между подвижной обечайкой и днищем стакана неподвижного корпуса, постепенно повышая в ней давление, которым с интервалом времени Δτ от момента выдвижения головной части, требуемым для заполнения рабочим телом образующейся при выдвижении головной части полости, перемещают манжету с подвижной обечайкой, надвигая ее на головную часть и обеспечивая герметичную стыковку. 2. Конструкция модели ракеты, состоящая из головной части, бака для заправки рабочего тела, двигателя, заряда твердого ракетного топлива и воспламенителя, отличающаяся тем, что она выполнена раздвижной и включает неподвижную относительно заднего среза модели часть, состоящую из корпуса с крышкой и днищем, газохода, сопла, форсунок, стакана, и подвижную часть, включающую подвижную обечайку, поршень с закрепленными на нем штангами, ввинченными в головную часть, приводящимися в движение одним источником энергии, давлением пороховых газов при сгорании заряда твердого топлива.