БЛОК ГАЗОРЕАКТИВНОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ Российский патент 2001 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 устройств 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.

Система, принятая за прототип, функционирует следующим образом.

По командам устройства автоматики газораспределитель, установленный в канале управления вихревого клапана, подает рабочее тело в камеру вихревого клапана, который под действием рабочего тела закрывается. При отсутствии команды управления газораспределитель направляет рабочее тело через дроссель, вихревой клапан открыт и создает тягу, а рабочее тело из канала управления через дроссель сбрасывается в атмосферу.

Однако, широкое изменение давления торможения на поверхности летательного аппарата, особенно реактивного снаряда реактивных систем залпового огня, обуславливает пропорциональное изменение сопротивления выходу рабочего тела из канала управления. В свою очередь, изменение сопротивления выходу рабочего тела из канала управления обуславливает изменение давления в канале управления активного вихревого клапана, которое определяет степень открытости клапана. Таким образом, в ходе полета летательного аппарата создаваемые системой - прототипом управляющие усилия изменяются в широких пределах, что не позволяет обеспечить стабильность управления на всех режимах полета при постоянных характеристиках устройств автоматики.

Таким образом, задачей технического решения - прототипа являлась разработка газореактивной системы управления, работающей на продуктах сгорания твердого ракетного топлива.

Общими признаками с предлагаемым авторами блоком газореактивной системы управления является наличие устройств автоматики, аккумулятора давления на твердом ракетном топливе, газораспределителя, дросселей.

В отличие от прототипа, предлагаемый авторами блок газореактивной системы управления снабжен газовой камерой, изолированной от атмосферы, при этом дроссели открыты в газовую камеру, а ее объем определен соотношением:
V = 2,0...2,5 (K • P • F_др • t),
где K - расчетно-экспериментальный переходный коэффициент, учитывающий потери в газовом тракте и параметры истечения через дроссели;
P - среднее рабочее давление в аккумуляторе давления;
F_др - суммарная площадь выходных сечений дросселей;
t - время работы системы управления.

Именно это позволяет сделать 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 газореактивной системы управления летательным аппаратом, работающей на продуктах сгорания твердого ракетного топлива со стабильным усилием управления, не зависящим от условий полета летательного аппарата.

Новая совокупность конструктивных элементов, выражающаяся в наличии узла, нового в сравнении с прототипом, наличии и форме выполнения связей, а также соотношения параметров узлов, позволяют, за счет:
- снабжения блока газореактивной системы управления газовой камерой, изолированной от атмосферы, и открытия дросселей в эту камеру - исключить влияние внешних воздействующих факторов полета, в том числе, скорости, на параметры истечения рабочего тела из каналов управления;
- выполнения газовой камеры с объемом, определенным соотношением V = 2,0. . . 2,5 (K • P • F_др • t) - обеспечить постоянное критическое истечение рабочего тела из каналов управления в газовую камеру, определяющее неизменные параметры рабочего тела в вихревых клапанах.

Сущность изобретения заключается в том, что блок газореактивной системы управления, содержащий аккумулятор давления, газораспределитель, дроссели и устройства автоматики, в отличие от прототипа, согласно изобретению снабжен газовой камерой, изолированной от атмосферы, при этом дроссели открыты в газовую камеру, а ее объем определен соотношением:
V = 2,0 - 2,5 (K • P • F_др • t),
где K - расчетно-экспериментальный переходный коэффициент, учитывающий потери в газовом тракте и параметры истечения через дроссели;
P - среднее рабочее давление в аккумуляторе давления;
F_др - суммарная площадь выходных сечений дросселей;
t - время работы системы управления.

На чертеже изображен общий вид предлагаемого блока газореактивной системы управления.

Предлагаемый блок газореактивной системы управления состоит из аккумулятора давления 1 на твердом ракетном топливе, оконечных устройств 2 (вихревые клапаны, струйные или механические усилители), газораспределителя 3, дросселей 4, устройств автоматики 5 и газовой камеры 6. Газовая камера 6 отделена от атмосферы и устройств автоматики 5, а дроссели 4 газораспределителя 3 открыты в газовую камеру 6. Для обеспечения постоянного критического истечения рабочего тела в газовую камеру 6, определяющего неизменные параметры рабочего тела, газовая камера 6 выполнена с объемом, определенным соотношением V = 2,0...2,5 (K • P • F_др • t), в котором
P - расчетное среднее рабочее давление в аккумуляторе давления 1;
F_др - суммарная площадь выходных сечений дросселей 4;
t - расчетное максимальное время работы системы управления.

Коэффициент K может быть определен, например, с использованием зависимости 8.31 труда Б.А.Райсберга, Б.Т.Ерохина, К.П.Самсонова, Основы теории рабочих процессов в ракетных системах на твердом топливе, М., Машиностроение, 1972, стр. 176, как

где ϕ- коэффициент расхода через дроссель, отнесенный к давлению торможения в аккумуляторе давления 1;
k - показатель изентропы продуктов сгорания твердого топлива аккумулятора давления 1;
R - газовая постоянная продуктов сгорания твердого топлива аккумулятора давления 1;
T - температура продуктов сгорания твердого топлива аккумулятора давления 1;
ρ- средняя плотность продуктов сгорания твердого топлива в газовой камере 6.

Описанный блок газореактивной системы управления работает следующим образом.

При горении твердого ракетного топлива в аккумуляторе давления 1 продукты его сгорания, являющиеся рабочим телом газореактивной системы управления, поступают к вихревым клапанам 2 и газораспределителю 3. По командам устройств автоматики 5 газораспределитель 3 подает управляющее давление в камеру одного из вихревых клапанов 2, под действием которого последний закрывается. При отсутствии команды управления рабочее тело из канала управления через дроссель 4 газораспределителя 3 сбрасывается в газовую камеру 6, вихревой клапан 2 открыт и создает тягу. Поскольку объем газовой камеры 6 определен из условия постоянства критического истечения рабочего тела через дроссели 4 в газовую камеру 6, параметры рабочего тела, поступающего к вихревым клапанам 2 и газораспределителю 3, сохраняются неизменными в течение всего времени работы системы управления, обеспечивая стабильность управления на всех режимах полета.

Выполнение блока газореактивной системы управления в соответствии с изобретением позволило за счет исключения влияния внешних воздействующих факторов полета на параметры истечения рабочего тела из газораспределителя и сохранения критического истечения рабочего тела в течение всего полета объекта управления, обеспечить неизменность параметров рабочего тела газореактивной системы управления.

Все это, вместе взятое, позволило обеспечить стабильность работы блока газореактивной системы управления летательным аппаратом на всех режимах полета.

Указанный положительный эффект подтвержден лабораторными и огневыми стендовыми испытаниями опытных образцов блока газореактивной системы управления, выполненного в соответствии с изобретением, а также летно-конструкторскими испытаниями опытных образцов реактивного снаряда с заявляемым блоком газореактивной системы управления.

Изобретение относится к области систем управления реактивных снарядов. Блок газореактивной системы управления содержит аккумулятор давления, газораспределитель, дроссели, устройства автоматики и снабжен газовой камерой, изолированной от атмосферы. При этом дроссели открыты в газовую камеру, а ее объем определен соотношением, приведенным в описании изобретения. Использование изобретения позволяет повысить стабильность работы системы управления реактивного снаряда на всех режимах полета. 1 ил.

Блок газореактивной системы управления, содержащий аккумулятор давления, газораспределитель, дроссели и устройства автоматики, отличающийся тем, что он снабжен газовой камерой, при этом дроссели открыты в газовую камеру, а ее объем определен соотношением
V = 2,0 - 2,5(К • Р • F_др • t),
где К - расчетно-экспериментальный переходной коэффициент, учитывающий потери в газовом тракте и параметры истечения через дроссели;
Р - среднее рабочее давление в аккумуляторе давления;
F_др - суммарная площадь выходных сечений дросселей;
t - время работы системы управления.