РОТОР ПОРОХОВОГО ГИРОСКОПА Российский патент 1997 года по МПК G01C19/06 

Изобретение относится к гироскопическим приборам, разгон ротора которых осуществляется пороховыми газами от сгорания порохового заряда, размещенного внутри ротора, и может быть использовано в конструкциях управляемых снарядов.

В конструкциях современных управляемых снарядов нашли широкое распространение гироскопические приборы, ротор которых разгоняется истекающими через тангенциальные сопла пороховыми газами.

В известном роторе порохового гироскопа корпус ротора с тангенциальными соплами, закрытый торцевой крышкой, образует камеру сгорания, где размещен зерненый пороховой заряд. Поджиг заряда осуществляется от электровоспламенителя, размещенного спереди зерен заряда (1).

Недостатком указанной конструкции является большой выброс частиц порохового заряда через сопла ротора во время его горения за счет возникающего эффекта эжекции пороховых газов и центробежного ускорения при вращении. А это снижает полный импульс заряда, что ведет к уменьшению времени работы гироскопического прибора.

Анализ уровня техники в данной области показал, что известен ротор порохового гироскопа, являющийся наиболее близким по решаемой технической задаче (2).

Известный ротор порохового гироскопа выполнен в виде корпуса с тангенциально расположенными соплами, закрытого с торца резьбовой крышкой, внутренняя поверхность которых образует камеру сгорания, где размещен пороховой заряд.

Пороховой заряд выполнен в виде цилиндрической шашки с внутренними каналами, где размещен пиротехнический электровоспламенитель.

К недостаткам описанной конструкции ротора порохового гироскопа относятся низкая надежность воспламенения и горения порохового заряда в условиях вращения ротора с большой угловой скоростью за счет следующих факторов.

Камера сгорания, чем является внутренняя полость ротора, незагерметизирована от наружного пространства. Объясняется это малыми габаритами ротора и практически невозможностью установки сопловых заглушек на сопле без значительного усложнения конструкции ротора. Поэтому отсутствует подпор давления в начальный момент работы при воспламенении порохового заряда, что улучшает условия его зажжения, но требует значительного увеличения пиротехнической навески воспламенителя и приводит к значительному повышению начального давления воспламенения.

Кроме того, недостатком указанной конструкции является дебаланс, возникающий при вращении ротора в начальный период работы. Это объясняется тем, что заряд расположен в камере свободно. Перед вращением ротора под действием силы тяжести он ложится на образующую стенки ротора, смещаясь от оси вращения, в результате чего нарушается балансировка ротора. При этом заряд перекрывает часть предсоплового объема ротора в процессе горения. В результате происходит нарушение течения газового потока с увеличением давления внутри ротора и на подшипники, что ведет к снижению его надежности.

Для устранения указанных недостатков предлагается конструкция ротора порохового гироскопа, содержащая корпус с тангенциально расположенными соплами и резьбовую крышку, внутренние поверхности которых образуют цилиндрическую камеру сгорания, в которой размещен пороховой заряд в виде цилиндрической шашки, во внутреннем канале которой установлен пиротехнический электровоспламенитель, причем боковые поверхности камеры сгорания имеют форму усеченных конусов, обращенных друг к другу своими основаниями, при этом на цилиндрической поверхности камеры сгорания выполнена кольцевая канавка, в дне которой выполнены предсопловые углубления цилиндрической формы, с которыми сообщаются полости цилиндрической части сопл, причем оси сопл размещены в плоскости, перпендикулярной оси вращения ротора, а шашка зафиксирована по внешнему контуру боковыми поверхностями камеры сгорания.

На фиг. 1 изображен ротор порохового гироскопа в поперечном сечении; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1.

Ротор порохового гироскопа содержит свинчивающиеся корпус 1 и крышку 2, образующие своими внутренними поверхностями цилиндрическую камеру сгорания, в которой размещен пороховой заряд 3, в виде цилиндрической шашки. Во внутреннем канале цилиндрической шашки размещен пиротехнический электровоспламенитель 4 с электропроводом 5. Шашка зафиксирована по внешнему контуру боковыми поверхностями камеры сгорания. В корпусе порохового ротора выполнены сопла 6 с цилиндрическим участком диаметром D_ц и длиной L, причем оси сопл размещены в плоскости, перпендикулярной оси вращения ротора. На внутренней цилиндрической поверхности камеры сгорания выполнена кольцевая канавка 9, в дне которой предусмотрены предсопловые углубления 7 цилиндрической формы 8, с которыми сообщаются полости цилиндрической части сопел.

Боковые поверхности камеры сгорания 10 и 11 имеют форму усеченных конусов, обращенных друг к другу своими основаниями. При этом угол стенок при вершине конуса составляет 150 170^o.

Пороховой заряд 3 своей наружной цилиндрической поверхностью опирается на боковые поверхности 10 и 11. Длина цилиндрического участка сопла L составляет (1 3) его диаметра D_ц.

Такое выполнение конструкции ротора порохового гироскопа позволяет в момент воспламенения отделить полость с воспламенителем от полости, сообщенной соплами с атмосферой и, тем самым осуществить подпор давления без герметизации сопл (т. е. без усложнения конструкции) и более "мягкое" зажжение порохового заряда. За счет подпора давления во внутренней полости порохового заряда обеспечена возможность уменьшения пиротехнической навески воспламенителя, что уменьшает "пиковое" давление при воспламенении.

Боковые поверхности 10 и 11 камеры сгорания позволяют автоматически центрировать относительно оси вращения пороховой заряд 3 при сборке и в начальный момент зажжения заряда и тем самым уменьшить дебаланс ротора.

Кольцевая канавка 9 гарантирует неперекрытие предсопловых углублений 7 и нормальное истечение газов. При этом исключается вибрационное горение заряда, повышается надежность работы ротора.

Описанное конструктивное выполнение предсопловых углублений цилиндрической формы, образующая которой сопряжена с цилиндрическим участком входа сопла, обеспечивает ламинарное течение газа в сопло, снижая при этом сопротивление его движению и одновременно повышая коэффициент расхода. Все эти параметры направлены на снижение давления пороховых газов в камере сгорания при вращении ротора.

Приведенное соотношение длины цилиндрического участка сопла и его диаметра получено экспериментальным путем и обеспечивает стабильные характеристики расхода газа через сопло.

Работа описанной конструкции ротора порохового гироскопа заключается в следующем.

При срабатывании пиротехнического электровоспламенителя 4 пороховые газы от его сгорания заполняют внутреннюю полость канала шашки, поджигая вначале ее цилиндрическую внутреннюю поверхность. При этом за счет установки порохового заряда 3 своей наружной поверхностью на боковые поверхности 10 и 11 обеспечивается подпор давления внутри канала. При обгорании торцов заряда пороховые газы проходят через зазор между стенками камеры сгорания и цилиндрической поверхностью заряда и поджигают ее.

Через кольцевую канавку 9 пороховые газы одновременно попадают во все предсопловые углубления при любом расположении заряда и истекают через сопла 6, приводя во вращение ротор порохового гироскопа.

Использование: в гироскопических приборох, разгон ротора которых осуществляется пороховыми газами от сгорания порохового заряда, размещенного внутри ротора, а также в конструкциях управляемых снарядов. Сущность изобретения: ротор порохового гироскопа содержит корпус с тангенциально расположенными соплами и резьбовую крышку, внутренние поверхности которых образуют камеру сгорания, где размещен пороховой заряд в виде цилиндрической шашки, во внутреннем канале которой установлен пиротехнический электровоспламенитель, причем боковые поверхности камеры сгорания имеют форму усеченных конусов, обращенных друг к другу своими основаниями, при этом на цилиндрической поверхности камеры сгорания выполнена кольцевая канавка, в дне которой выполнены предсопловые углубления цилиндрической формы, с которыми сообщаются полости цилиндрической части сопл, причем оси сопл размещены в плоскости, перпендикулярной оси вращения ротора, а шашка зафиксирована по внешнему контуру боковыми поверхностями камеры сгорания, что позволяет повысить надежность воспламенения и горения порохового заряда в условиях вращения ротора с большой угловой скоростью. 2 ил.

Ротор порохового гироскопа, содержащий корпус с тангенциально расположенными соплами и резьбовую крышку, внутренние поверхности которых образуют цилиндрическую камеру сгорания, в которой размещен пороховой заряд в виде цилиндрической шашки, во внутреннем канале которой установлен пиротехнический электровоспламенитель, отличающийся тем, что боковые поверхности камеры сгорания имеют форму усеченных конусов, обращенных друг к другу своими основаниями, при этом на цилиндрической поверхности камеры сгорания выполнена кольцевая канавка, в дне которой выполнены предсопловые углубления цилиндрической формы, с которыми сообщаются полости цилиндрической части сопл, причем оси сопл размещены в плоскости, перпендикулярной к оси вращения ротора, а шашка зафиксирована по внешнему контуру боковыми поверхностями камеры сгорания.