БЛОК ГАЗОРЕАКТИВНОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ Российский патент 2000 года по МПК F42B10/60 F42B15/00 B64C15/00 

Предлагаемое изобретение относится к системам управления реактивных снарядов реактивных систем залпового огня.

Объект изобретения представляет собой блок газореактивной системы управления реактивного снаряда реактивной системы залпового огня с повышенной кучностью стрельбы, предназначенной для вооружения ракетно-артиллерийских частей сухопутных войск, и может найти широкое применение в области ракетной техники.

Для управления летательными аппаратами используются газореактивные системы, использующие сжатый газ в качестве рабочего тела (см., например, книгу Беляев Н. М., Уваров Е.И. "Расчет и проектирование реактивных систем управления космических летательных аппаратов", М., Машиностроение, 1974 г., стр. 46-50, рис. 2.6- 2.8). Такие системы содержат источник рабочего тела, исполнительные микродвигатели и устройства автоматики. Рабочим телом таких систем является сжатый газ, поэтому основным недостатком их является низкая удельная тяга микродвигателей из-за низкой степени совершенства рабочего процесса.

Таким образом, задачей данного технического решения являлась разработка газореактивной системы, работающей на сжатом газе.

Общими признаками аналога с предлагаемой авторами газореактивной системой управления являются наличие источника рабочего тела, исполнительных микродвигателей и устройства автоматики.

Повысить удельную тягу, т. е. экономичность таких систем, можно путем использования в качестве источника рабочего тела газогенератора на твердом ракетном топливе, создающего рабочее тело с высокими энергетическими характеристиками.

Поэтому наиболее близкой по технической сущности и достигаемому техническому результату к заявляемому изобретению является двухтактная вихревая система регулирования расхода газа (см. книгу "Струйная автоматика в системах управления" под ред. Б.В.Орлова, М., Машиностроение, 1975 г., стр. 335 - 336, рис. 146), принятая авторами за прототип. Она содержит устройства автоматики, источник питания - аккумулятор давления на твердом ракетном топливе, газораспределитель, дроссели и вихревые клапаны, соединенные между собой каналами питания и управления.

Система, принятая за прототип, функционирует следующим образом.

По командам устройства автоматики газораспределитель, установленный в канале управления вихревого клапана, подает рабочее тело из канала управления в камеру вихревого клапана, который под действием рабочего тела закрывается. При отсутствии команды управления газораспределитель сбрасывает рабочее тело из канала управления через дроссель, вихревой клапан открыт, рабочее тело из канала питания истекает в атмосферу и создает тягу (управляющее усилие системы).

Однако содержащиеся в продуктах сгорания современных высокоэнергетических твердых ракетных топлив частицы конденсированной фазы, попадая в каналы управления, могут нарушать работу газораспределителя и вместе с ним всей газореактивной системы управления. Кроме того, в системах с относительно большими уровнями создаваемых управляющих усилий, характеризующихся большими расходами рабочего тела (продуктов сгорания твердого ракетного топлива), не исключены случаи проникновения в каналы питания (к концу горения заряда твердого ракетного топлива) догорающих остатков твердого топлива и бронирующих покрытий, также приводящие к отказам газореактивной системы управления.

Таким образом, задачей данного технического решения - прототипа, являлась разработка блока газореактивной системы управления, работающего на газообразных продуктах сгорания твердого ракетного топлива, при относительно небольших их расходах.

Общими признаками с предлагаемым авторами блоком газореактивной системы управления является наличие твердотопливного аккумулятора давления, газораспределителя с дросселями, выходных сопел, соединенных между собой каналами питания и управления.

В отличие от прототипа на выходе твердотопливного аккумулятора предлагаемого авторами блока газореактивной системы управления, перед входом в канал питания, соосно с ним, установлен сплошной диск из материала, разлагающегося с выделением окислительной среды, на стороне диска, обращенной в сторону канала питания, выполнены концентрические кольцевые выступы, а в канале питания дополнительной втулкой, установленной коаксиально с ним, сформирован коллектор, связанный с каналом питания отверстиями, размещенными по нормали к его оси, при этом заборные отверстия каналов управления открыты в этот коллектор.

Именно это позволяет селать вывод о наличии причинно-следственной связи между совокупностью существенных признаков заявляемого технического решения и достигаемым техническим результатом.

Указанные признаки, отличительные от прототипа, и на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны, во всех случаях достаточны.

Задачей предлагаемого изобретения является создание блока газореактивной системы управления, работающего на многофазных продуктах сгорания современных высокоэнергетических твердых ракетных топлив при значительных их расходах.

Новая совокупность конструктивных элементов, выражающаяся в наличии узлов и деталей, новых в сравнении с прототипом, форме этих узлов и деталей, во взаимном расположении узлов, наличии и форме выполнения связей, материале деталей, позволяют, за счет:
установки на выходе твердотопливного аккумулятора, перед входом в канал питания, соосно с ним, сплошного диска предотвратить возможность проникновения в канал питания догорающих остатков твердого топлива и бронирующих покрытий;
выполнения диска из материала, разлагающегося с выделением окислительной среды, уменьшить содержание конденсированной фазы в имеющих избыток горючего продуктах сгорания твердого топлива за счет их дожигания в продуктах разложения диска;
выполнения на стороне диска, обращенной в сторону канала питания, концентрических кольцевых выступов, турбулизировать поток продуктов сгорания для интенсификации процесса их дожигания, а также обеспечить осаждение тяжелых несгоревших частиц конденсированной фазы между выступами за счет местного торможения в целом ускоряющегося потока;
формирования в канале питания дополнительной втулкой, установленной коаксиально с ним, коллектора, связанного с каналом питания отверстиями, с открытием заборных отверстий каналов управления в этот коллектор, отделить поток продуктов сгорания, направляемый в канал управления, от потока продуктов сгорания, направляемого в канал питания;
размещения отверстий, связывающих коллектор с каналом питания по нормали к его оси, исключить попадание в каналы управления оставшихся в продуктах сгорания частиц конденсированной фазы движущихся со скоростью, вектор которой направлен вдоль оси канала питания.

Сущность изобретения заключается в том, что в блоке газореактивной системы управления, содержащем аккумулятор давления, газораспределитель с дросселями, выходные сопла, соединенные между собой каналами питания и управления, в отличие от прототипа, согласно изобретению на выходе твердотопливного аккумулятора, перед входом в канал питания, соосно с ним, установлен сплошной диск из материала, разлагающегося с выделением окислительной среды, на стороне диска, обращенной в сторону канала питания, выполнены концентрические кольцевые выступы, а в канале питания дополнительной втулкой, установленной коаксиально с ним, сформирован коллектор, связанный с каналом питания отверстиями, размещенными по нормали к его оси, при этом заборные отверстия каналов управления открыты в коллектор.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где изображен общий вид предлагаемого блока газореактивной системы управления.

Предлагаемый блок газореактивной системы управления состоит из твердотопливного аккумулятора давления 1 с зарядом 2 твердого ракетного топлива, газораспределителя 3, дросселя 4, оконечных устройств 5 (вихревые клапаны, струйные или механические усилители), с выходными соплами 6, соединенными между собой каналами питания 7 и управления 8. На выходе аккумулятора давления 1, перед входом в канал питания 7, соосно с ним, установлен сплошной диск 9 из материала, разлагающегося с выделением окислительной среды, например, пресс-материала П-5-2 (со стекловолокнистым наполнителем). На стороне диска 9, обращенной в сторону канала питания 7, выполнены концентрические кольцевые выступы 10, а в канале питания 7 дополнительной втулкой 11, установленной коаксиально с ним, сформирован коллектор 12. Коллектор 12 связан с каналом питания 7 отверстиями 13, размещенными по нормали к его оси. Заборные отверстия 14 каналов управления 8 открыты в коллектор 12.

Описанный блок газореактивной системы управления работает следующим образом.

При горении заряда 2 твердого ракетного топлива в аккумуляторе давления 1 продукты его сгорания, являющиеся рабочим телом газореактивной системы управления, поступают к оконечным устройствам, например вихревым клапанам 5 и газораспределителю 3. По соответствующим командам газораспределитель 3 подает управляющее давление в камеру вихревого клапана 5, под действием которого последний закрывается. При отсутствии команды управления рабочее тело из канала управления 8 через дроссель 4 газораспределителя 3 сбрасывается, вихревой клапан 5 открыт и создает тягу. Продукты сгорания твердого ракетного топлива, двигаясь по каналу заряда 2 твердого ракетного топлива в направлении выходных сопел 6, ускоряются под действием перепада давления (газовая фаза) и аэродинамических сил набегающего потока газовой фазы (конденсированная фаза). При походе к диску 9 газовая фаза разворачивается на 90^o, а большеразмерная фракция конденсированной фазы (догорающие остатки твердого топлива и бронирующих покрытий), имеющая значительные инерционность и осевую составляющую скорости, выпадают на поверхность диска 9, обращенную к заряду 2 (зона 15 на чертеже). Продукты сгорания твердого ракетного топлива заряда 2, продолжая движение к выходным соплам 6, перетекают на другую сторону диска 9 и продолжают ускоряться в направлении канала питания 7. В зазорах между концентрическими кольцевыми выступами 10 происходит местное торможение в целом ускоряющегося потока, из-за чего в зонах 16 осаждаются тяжелые несгоревшие частицы конденсированной фазы, миновавшие зону 15. Под действием высокой температуры продуктов сгорания происходит термическое разложение материала диска 9, при котором выделяется окислительная среда (из пресс-материала П-5-2 -кислород). Продукты сгорания твердого ракетного топлива, имеющие избыток горючего, догорают, при этом количество конденсированной фазы уменьшается, причем в зоне выступов 10 описанный процесс интенсифицируется за счет турбулизации потока. При дальнейшем течении продуктов сгорания по каналу питания 7 оставшиеся в потоке частицы конденсированной фазы ускоряются (под действием аэродинамических сил) в направлении 17 продольной оси канала 7 и не могут попасть в коллектор 11, так как отверстия 13, связывающие коллектор 11 с каналом питания 7, размещены по нормали к его оси. Таким образом, в канал управления 8 попадает только газовая фаза продуктов сгорания твердого ракетного топлива заряда 2.

Выполнение блока газореактивной системы управления в соответствии с изобретением позволило исключить попадание в каналы управления конденсированной фазы продуктов сгорания твердого ракетного топлива и исключить случаи нарушения работы газораспределителя и вместе с ним всего блока газореактивной системы управления.

Все это, вместе взятое, позволило обеспечить стабильность работы газореактивной системы управления летательным аппаратом, работающей на многофазных продуктах сгорания современных высокоэнергетических типов твердых ракетных топлив при значительных их расходах.

Изобретение относится к системам управления реактивных снарядов. Блок газореактивной системы управления содержит твердотопливный аккумулятор давления, газораспределитель с дросселями, выходные сопла, соединенные между собой каналами питания и управления. На выходе аккумулятора, перед входом в канал питания, соосно с ним, установлен сплошной диск из материала, разлагающегося с выделением окислительной среды. На стороне диска, обращенной в сторону канала питания, выполнены концентрические кольцевые выступы. В канале питания дополнительной втулкой, установленной коаксиально с ним, сформирован коллектор, связанный с каналом питания отверстиями, размещенными по нормали к его оси, при этом заборные отверстия каналов управления открыты в коллектор. Изобретение позволяет исключить попадание в каналы управления конденсированной фазы сгорания твердого ракетного топлива и повысить стабильность работы системы управления. 1 ил.

Блок газореактивной системы управления, содержащий твердотопливный аккумулятор давления, газораспределитель с дросселями, выходные сопла, соединенные между собой каналами питания и управления, отличающийся тем, что на выходе аккумулятора давления перед входом в канал питания соосно с ним установлен сплошной диск из материала, разлагающегося с выделением окислительной среды, на стороне диска, обращенной в сторону канала питания, выполнены концентрические кольцевые выступы, а в канале питания дополнительной втулкой, установленной коаксиально с ним, сформирован коллектор, связанный с каналом питания отверстиями, размещенными по нормали к его оси, при этом заборные отверстия каналов управления открыты в коллектор.