СПОСОБ ЗАЩИТЫ ПОРОХОВОЙ РЕАКТИВНОЙ ТУРБИНЫ ГИРОСКОПИЧЕСКОГО ПРИБОРА ОТ ДИНАМИЧЕСКОГО РАЗБАЛАНСА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1998 года по МПК G01C19/06 

Изобретение относится к области гироскопических приборов, разгон ротора которых осуществляется пороховыми газами от сгорания порохового заряда, размещенного внутри турбины, 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. Однако при простоте конструкции такого приора существенным недостатком его является наличие остатков порохового заряда на стенках ротора при минусовых температурах. При значительных числах оборотов ротора, достигающих 100 тысяч оборотов в минуту, эти остатки ведут к возникновению динамического дебаланса, нерасчетным вибрационным перегрузкам, что значительно сокращает полезное рабочее время прибора, ухудшает его точность и работу контактных датчиков угла.

Известны способ защиты ротора порохового гироскопа от появления динамического дебаланса при его разгоне пороховыми газами, основанный на полном без остатков сгорания порохового заряда, и устройство для его осуществления [1].

Этот способ защиты предусматривает предварительную балансировку ротора и последующее сгорание порохового заряда в виде зерен и является аналогом предложенного технического решения.

Однако такой способ ведет к большому выбросу частиц порошкового заряда через сопла ротора, что снижает время работы гироскопа.

Анализ уровня техники в данной области показал, что известен способ [2] защиты ротора порохового гироскопа от появления динамического разбаланса при его разгоне газами порохового заряда, основанный на предварительной балансировке неснаряженного ротора и последующем сжигании порохового заряда, обеспечивающем раскрутку ротора истекающими пороховыми газами через тангенциальные сопла. Этот анализ наиболее близок по решаемой технической задаче к изобретению и является прототипом.

Устройство ротора [2] для осуществления этого способа содержит корпус с тангенциальными соплами, свободно вложенный пороховой заряд с каналом, внутри которого размещен электроинициатор, и крышку. Однако известный способ и устройство ротора не обеспечивает полного сгорания порохового заряда при отрицательных температурах. Объясняется это следующим. При срабатывании электроинициатора его газами вначале заполняется весь свободный объем ротора до определенного внутреннего давления. При этом происходит воспламенение всей поверхности порохового заряда по наружной, внутренней и торцевым поверхностям. При этом происходит скачкообразный разгон (раскручивание) ротора. Так как пороховой заряд размещен свободно в полости ротора, его вращение будет значительно отстаивать по угловой скорости от вращения ротора. После сгорания навески электроинициатора давление в полости ротора падает, а наружная поверхность порохового заряда будет обкатываться по холодной внутренней поверхности ротора. При этом происходит гашение горящей поверхности за счет заглаживания прогретого горящего слоя пороха. Из-за резкого снижения давления в роторе происходят загасание порохового заряда и горение его в несколько приемов, что значительно снижает величину числа оборотов и рабочее время гироскопического прибора.

Техническим результатом изобретения является увеличение времени работы порохового гироскопического прибора за счет защиты пороховой турбины от появления динамического дебаланса при его разгоне пороховыми газами.

Технический результат изобретения в части способа достигается тем, что в известный способ защиты турбины порохового гироскопа от появления динамического дебаланса при его разгоне, основанный на предварительной балансировке неснаряженного ротора и последующем сжигании порохового заряда, дополнительно вводят следующие операции:
- предварительную балансировку турбины производят с имитатором электроинициатора;
- электроинициатор сжигают в центре полости турбины, адсорбируют твердые частицы продуктов его сгорания, концентрируют пороховые газы в струи и направляют их на поверхность порохового заряда;
- осуществляют относительное круговое движение электроинициатора и порохового заряда.

Технический результат изобретения в части устройства пороховой реактивной турбины гироскопического прибора, содержащей корпус с тангенциальными соплами, свободно вложенный в корпус пороховой заряд с образованным в нем каналом, в котором размещен электроинициатор, крышку, достигается тем, что в него введены следующие конструктивные признаки:
- турбина снабжена размещенной по оси ее вращения форсажной камерой, выполненной в виде тонкостенного стакана из упругого материала;
- электростимулятор размещен внутри стакана;
- в боковой стенке стакана выполнен ряд дроссельных отверстий, ориентированных перпендикулярно внутренней поверхности порохового заряда;
- стакан установлен с обеспечением зазора между наружной поверхность его боковой стенки и пороховым зарядом;
- проходная площадь дроссельных отверстий выполнена большей площади тангенциальных сопл;
- электростимулятор выполнен в виде заключенной в нитропленке воспламенительной навески и виде спрессованного набора таблеток;
- таблетки размещены по краям навески и выполнены с содержанием металлического порошка.

Проведение предварительной балансировки турбины до ее снаряжения с имитатором электроинициатора и введенной форсажной камерой обеспечивает исключение дебаланса после сгорания инициирующей навески электроинициатора и порохового заряда, так как конструкция форсажной камеры не претерпевает изменений при разгоне турбины. Сжигание воспламенительной навески электроинициатора в центре полости турбины в форсажной камере обеспечивает стабильность горения его в единообразных условиях независимо от вращения с различной угловой скоростью при разгоне турбины.

При этом исключается непосредственное попадание воспламенительной навески на поверхность порохового заряда вследствие центробежных сил. Формирование продуктов сгорания воспламенительной навески электроинициатора, адсорбирование твердых частиц продуктов ее сгорания, концентрирование пороховых газов в струи и направление их на поверхность порохового заряда обеспечивают интенсивный его прогрев и поддерживают тем самым процесс горения при глубоких отрицательных температурах до минус 50^oC и ниже. Относительное круговое движение элеткроинициатора и порохового заряда обеспечивает зажжение не отдельного локального места заряда, а по всей его поверхности.

На фиг. 1 изображен общий вид предложенной пороховой реактивной турбины, разрез; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг.1 по плоскости расположения сопл.

Турбина порохового гироскопа содержит корпус 1 с тангенциальными соплами 2, свободно вложенный пороховой заряд 3 с образованным в нем каналом, электроинициатор 4, крышку 5. По оси турбины в крышке 5 закреплена форсажная камера 6, выполненная в виде тонкостенного стакана из упругого материала, внутри которого размещен электроинициатор 4, а на боковой стенке выполнен ряд дроссельных отверстий 7. Дроссельные отверстия 7 ориентированы перпендикулярно поверхности канала 8 порохового заряда. На наружной стенке форсажной камеры образованы выступы 9, обеспечивающие зазор 10 между наружной поверхностью боковой стенки стакана и пороховым зарядом.

Электроинициатор 4 выполнен в виде заключенной в нитропленке 12 воспламенительной навески в виде спрессованного набора таблеток, при этом таблетки 13 размещены по краям навески и содержат в своем составе металлические сгораемые порошки, а центральная таблетка 14 выполнена из дымного ружейного пороха. На боковой поверхности турбины размещена присоединительная муфта 15.

Работа описанного устройства турбины порохового гироскопического прибора заключается в следующем.

При подаче электрического импульса электроинициатор 4 воспламеняет набор таблеток. Центральная таблетка 14 набора обеспечивает поджиг периферийных таблеток 13, содержащих металлические сгораемые порошки в своем составе. При их горении образующиеся газа "раздувают" нитропленку 12 до внутренней стенки форкамеры 6, которая в начальный момент обеспечивает некоторый подпор давления внутри форсажной камеры. Кроме того, нитропленка, прилегая к внутренней поверхности форкамеры, обеспечивает ее теплоизоляцию, что улучшает процесс горения воспламенительной навески при минусовых температурах. При достижении расчетного давления вскрываются дроссельные отверстия 7 и пороховые газы, концентрирующиеся в струи, направляют на поверхность канала 8 порохового заряда 3. Этим обеспечивается интенсивное зажжение заряда, а образующиеся при этом газы устремляются к тангенциальным соплам турбины.

Истечение газов из сопл создает момент, раскручивающий корпус 1 вместе с электроинициатором 4 и форсажной камерой 6. Так как пороховой заряд свободно вложен в турбину, то вовлечение его во вращение происходит только через трение газов и поверхности заряда. Учитывая, что величина усилия трения при этом не велика, а время горения мало (до 0,3 с), раскрутить имеющий определенную инерционную массу пороховой заряд практически невозможно. При этом происходит относительное круговое движение вращающегося вместе с форсажной камерой электроинициатора и порохового заряда, что создает условия для охвата пороховыми газами, концентрируемыми в струи всей внутренней поверхности порохового заряда. А это в свою очередь позволяет провести интенсивное зажжение порохового заряда при поддержке горения его истекающими по форсажной камеры струями. Особенно это необходимо при температурах до минус 50^oC.

Выполнение площади дроссельных отверстий большей площади тангенциальных сопл позволяет провести сожжение порохового заряда и воспламенительной навески в один прием, так как критичным в этом случае будет истечение газов через тангенциальные сопла.

Созданные таким образом условия горения порохового заряда обеспечивают его полное сгорание при минусовых температурах без остатков, исключая возникновение дополнительного дебаланса турбины и повышая тем самым рабочее время гироскопического прибора.

Источники информации
1. Патент Великобритании N 842775, кл. G 01 C, 1960- аналог.

2. Патент Франции N 1274793, кл. F 41 H, 1960 - прототип.

Способ и устройство предназначены для использования в конструкциях управляемых снарядов. Балансировку турбины производят с имитатором электроинициатора. Электроинициатор сжигают в центре полости турбины. Адсорбируют твердые частицы продуктов его сгорания. Пороховые газы концентрируют в струи и направляют их на поверхность заряда. Осуществляют относительное круговое движение инициатора и заряда. В корпус реактивной турбины свободно вложен пороховой заряд. Электроинициатор размещен на канале, образованном в заряде. Форсажная камера в виде стакана размещена на оси турбины. В боковой стенке стакана выполнен ряд дроссельных отверстий. Отверстия ориентированы перпендикулярно внутренней поверхности заряда. Стакан установлен с обеспечением зазора между наружной поверхностью его боковой стенки и пороховым зарядом. Проходная площадь дроссельных отверстий больше площади тангенциальных сопл, выполненных в корпусе. Обеспечивается увеличение времени работы гироскопического прибора за счет защиты турбины от появления динамического дебаланса при разгоне пороховыми газами. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ защиты пороховой реактивной турбины гироскопического прибора от динамического разбаланса в процессе его разгона, заключающийся в балансировке турбины, воспламенении электроинициатором и сжигании порохового заряда в полости турбины, отличающийся тем, что балансировку турбины производят с имитатором электроинициатора, электроинициатор сжигают в центре полости турбины, адсорбируют твердые частицы продуктов его сгорания, концентрируют пороховые газы в струи и направляют их на поверхность порохового заряда, при этом осуществляют относительное круговое движение электроинициатора и порохового заряда. 2. Пороховая реактивная турбина гироскопического прибора, содержащая корпус с тангенциальными соплами, свободно вложенный в корпус пороховой заряд с образованным в нем каналом, в котором размещен электроинициатор, крышку, отличающаяся тем, что турбина снабжена размещенной по оси ее вращения форсажной камерой, выполненной в виде тонкостенного стакана из упругого материала, при этом электроинициатор размещен внутри стакана, в боковой стенке которого выполнен ряд дроссельных отверстий, ориентированных перпендикулярно внутренней поверхности порохового заряда, а стакан установлен с обеспечением зазора между наружной поверхностью его боковой стенки и пороховым зарядом, причем проходная площадь дроссельных отверстий выполнена больше площади тангенциальных сопл. 3. Турбина по п.2, отличающаяся тем, что электроинициатор выполнен в виде заключенной в нитропленке воспламенительной навески в виде спрессованного набора таблеток, причем таблетки, размещенные по краям навески, выполнены с содержанием металлического порошка.