ПИРОПРИВОД Российский патент 1997 года по МПК F15B15/19 F15B15/22 

Изобретение относится к исполнительным механизмам, использующим высокое давление продуктов сгорания пирозаряда и имеющим ограничение по максимальной величине виброудара при срабатывании.

Известны устройства (см. например, книгу Космические двигатели: состояние и перспективы, авторы Бакингем А. и др. под редакцией Л. Кейвни, Москва Мир, 1988, с. 92, рис.1, 45), содержащие камеру с рабочим телом, насадок и параболоидное сопло, размещенное за насадком. Реализация ударно-волнового процесса в данных устройствах позволяет обеспечить импульсную подачу рабочего тела в сопловой блок.

Использование указанного устройства в пироприводах для уменьшения максимальной величины виброударных нагрузок при срабатывании пирозаряда, во-первых, приведет к увеличению габаритных и массовых параметров привода, во-вторых, не позволит существенно снизить величину виброудара при срабатывании, так как для обеспечения встречного ударно-волнового процесса (дополнительного взрыва требуется дополнительный источник-заряд, создающий собственный виброудар при задействовании.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является пиропривод по заявке Франции N 2534642, кл. F15 В 15/19, 1984 г. включающий силовой цилиндр, размещенные в нем поршень со штоком, пирозаряд с выходным насадком и демпфирующее устройство, ось симметрии которого совпадает с осью симметрии выходного насадка пирозаряда.

Недостатком данного технического решения является низкая эффективность, связанная со сложностью конструкции и увеличенными габаритными размерами из-за наличия демпфирующего устройства, а также возможное наличие ударных нагрузок при полном обжатии демпфирующего устройства.

Техническим результатом, ожидаемым от использования изобретения является повышение эффективности.

Это достигается тем, что в пироприводе, включающем силовой цилиндр, размещенные в нем поршень со штоком, пирозаряд с выходным насадком и демпфирующее устройство, ось симметрии которого совпадает с осью симметрии выходного насадка пирозаряда, демпфирующее устройство выполнено в виде профилированной выемки в поршне со стороны пирозаряда, при этом ее максимальный диаметр на торце поршня составляет от 0,7 до 2,0 диаметров выходного насадка пирозаряда.

На фиг.1 представлено устройство пиропривода с профилированной выемкой в поршне со стороны пирозаряда; на фиг.2 устройство пиропривода после срабатывания пироразряда с выемкой в поршне, выполненной в виде параболоида вращения; на фиг.3 устройство пиропривода с конической выемкой в поршне.

Представленный на фиг.1 пиропривод содержит пирозаряд 1, закрепленный в силовом цилиндре 2, поршень 3 со штоком 4, установленные в силовом цилиндре 2. Поршень содержит профилированную выемку К.

Устройство работает следующим образом.

При подаче электрического импульса срабатывает пирозаряд 1. Струя газообразных продуктов сгорания истекает через выходной насадок пирозряда 1 в профилированную выемку К (см. фиг.2) и взаимодействует со стенкой выемки. В результате отражения набегающего потока от стенки выемки К формируется встречный плотный газовый поток, который взаимодействуя с основным потоком газов (струей), истекающих из выходного насадка пирозаряда, частично запирает переток продуктов сгорания в предпоршневой объем, снижает их скорость а следовательно, величину виброудара.

Процесс носит прерывистый характер и обеспечивает импульсный сброс продуктов сгорания в рабочую полость силового цилиндра, т.к. известно, что сгорание пирозаряда чрезвычайно быстрое и составляет 1,2 мс (см. например, книгу Системы автоматического управления летательными аппаратами, авторы В.б. Дегтярева, Ю.В. Дубков, Москва Машиностроение, 1988, с. 122) и сопровождается истечением продуктов сгорания со звуковыми скоростями с реализацией ударно-волнового процесса (с фазами сжатия и разрежения) при взаимодействии основного и встречного газовых потоков (см. например, книги Пороха и взрывчатые вещества, автор А.Г. Горст, Москва Машиностроение, 1972, с.71-76 и Космические двигатели: состояния и перспективы, авторы Бакингем А. и др. под редакцией Л.Кейвни, Москва Мир, 1988, с. 92, рис.145).

Оптимальная величина диаметра выемки на торце поршня находится в диапазоне, составляющем 0,7-2,0 диаметра выходного насадка пирозаряда, так как при меньших значениях диаметра основания эффективность снижается в 2 и более раза вследствие непосредственного воздействия газовой струи на рабочую площадь торца поршня, размещенную за основанием выемки, и ослабления удельного встречного газового потока.

При достаточно больших величинах основания выемки, когда величина его диаметра более чем в 2 раза превышает диаметр выходного насадка пирозаряда, эффективность снижается из-за увеличения размеров свободной струи, истекающей из выходного насадка пирозаряда, и снижения эффекта уплотнения встречного газового потока.

Объясняется следующим образом: проводя аналогию с кумулятивным взрывом и применяя эмпирическую формулу, предложенную М.А. Садовским

где: i удельный импульс,
c -масса заряда,
a коэффициент,
r -расстояние от точки взрыва до преграды,
получаем, что увеличение диаметра выемки более двух диаметров выходного насадка пирозаряда по сравнению с номинальным влечет за собой более чем двухкратное увеличение глубины проникновения основного газового потока в выемку поршня и соответствующее снижение удельного импульса встречного газового потока.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет упростить конструкцию, уменьшить ее габаритные размеры, уменьшить величину виброудара, т.е. повысить эффективность.

Сущность изобретения: в силовом цилиндре размещены поршень со штоком, пирозаряд с выходным насадком и демпфирующее устройство. Ось симметрии устройства совпадает с осью симметрии выходного насадка пирозаряда. Устройство выполнено в виде профилированной выемки в поршне со стороны пирозаряда; при этом ее максимальный диаметр на торце поршня составляет от 0,7 до 2,0 диаметров выходного насада. 3 ил.

Пиропривод, включающий силовой цилиндр, размещенные в нем поршень со штоком, пирозаряд с выходным насадком и демпфирующее устройство, ось симметрии которого совпадает с осью симметрии выходного насадка пирозаряда, отличающийся тем, что демпфирующее устройство выполнено в виде профилированной выемки в поршне со стороны пирозаряда, при этом ее максимальный диаметр на торце поршня составляет от 0,7 до 2,0 диаметров выходного насадка пирозаряда.