ФЕЙЕРВЕРОЧНАЯ РАКЕТА Российский патент 2002 года по МПК F42B4/06 

Изобретение относится к фейерверочным изделиям и может быть использовано для создания различных зрелищных эффектов при проведении праздничных, увеселительных мероприятий, в том числе при индивидуальном применении.

Известны аналогичные ракеты, например, "Фейерверочная ракета со стабилизатором", описанная в книге: В.М. Солодовников. Пиротехника. Производство и сжигание фейерверка. НКОП СССР Государственное издательство оборонной промышленности. М.-Л., 1938 г., с.65, рис. 17а.

Эта ракета состоит из корпуса, в котором размещаются ракетный двигатель и пиротехнический фейерверочный заряд. На корпусе ракеты закреплены стабилизаторы, выполненные в виде нескольких выступов, изготовленных из листового материала (картон, фанера, шпон) и расположенных вдоль продольной оси ракеты.

Как правило, эти ракеты имеют низкую устойчивость и направленность полета, особенно на начальном участке траектории. Аэродинамическую устойчивость такие ракеты приобретают лишь после достижения определенной скорости, когда скоростной напор набегающего воздуха, воздействующий на перья стабилизатора, становится достаточным для создания стабилизирующего момента, разворачивающего ракету в направлении вектора скорости.

Поэтому для запуска таких ракет используются специальные пусковые устройства, обеспечивающие направленность полета ракеты до достижения ею скорости, при которой обеспечивается аэродинамическая устойчивость. Примером такого устройства может служить жесткий металлический штырь, по которому скользит направляющая трубка, прикрепленная к ракете.

Эти ракеты зачастую имеют недостаточную устойчивость не только при малых, но и при высоких скоростях полета, т.к. у них отсутствуют конструктивные элементы, позволяющие сглаживать изменения направления вектора тяги двигателя, неизбежно возникающие в процессе его работы по целому ряду причин (неравномерная зашлаковка, неравномерный разгар сопла и т.п.).

Существенным недостатком аналогичных ракет является также невозможность управления формой светящегося факела продуктов сгорания ракетного двигателя, особенно в тех случаях, когда этот факел является неотъемлемой частью фейерверочного эффекта, создаваемого ракетой.

Кроме того, введение необходимого (особенно для ракет с оперенным стабилизатором) элемента, каким является направляющая трубка, закрепляемая, как правило, на наружной цилиндрической части корпуса ракеты, ухудшает внешний вид и усложняет технологию художественного оформления фейерверочной ракеты.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) является "Игрушечная ракета" (пат. США 3068792, кл. 102-34.1 от 18.12,1962 г.).

Ракета (фиг.1) представляет собой прочный корпус 1, внутри которого размещается ракетный двигатель 2 и пиротехнический заряд 3. Направленность полета ракеты в верхней части траектории обеспечивается несколькими перьевыми стабилизаторами 4, а направленность при старте - направляющим штырем 5 и направляющей трубкой 6.

Однако приведенная конструкция ракеты имеет ряд недостатков:
- низкие направленность и устойчивость полета после схода ракеты с направляющего штыря, которые обусловлены изменениями направления вектора тяги двигателя, вызванными неравномерным разгаром сопла, либо неравномерной его зашлаковкой, либо воздействием внешних возмущающих факторов;
- высокий разброс по высоте подъема ракеты;
- непрогнозируемый фейерверочный эффект, создаваемый светящимися продуктами сгорания ракетного двигателя на активном участке траектории из-за изменений направления набегающего потока воздуха при недостаточной направленности и устойчивости ракеты в полете;
- ухудшение внешнего вида ракеты (асимметрия) из-за необходимости закрепления направляющей трубки на цилиндрической части корпуса ракеты, что кроме прочего приводит к отклонению точки приложения сил аэродинамического сопротивления от продольной оси ракеты.

Задачей предлагаемого изобретения является создание фейерверочной ракеты с более высокими показателями направленности и устойчивости полета, особенно на начальном участке траектории, с повышенным, заранее выбранным фейерверочным эффектом на активном участке траектории полета ракеты, с более низким разбросом по высоте подъема и с улучшенным внешним видом.

Решение указанной задачи достигается тем, что в фейерверочной ракете, состоящей из корпуса, ракетного двигателя, пиротехнического заряда, блока стабилизации и направляющей трубки, на наружной поверхности корпуса закрепляется внешняя оболочка, которая может иметь форму многоугольной призмы или усеченной пирамиды, цилиндра или усеченного конуса. Внешняя оболочка образует равномерно расположенные между нею и корпусом ракеты воздуховоды. При этом нижний срез внешней оболочки расположен в области среза сопла двигателя. В одном из воздуховодов размещена направляющая трубка, служащая для обеспечения направленности и устойчивости полета ракеты при старте. Возможен вариант исполнения, когда роль направляющей трубки выполняет один из воздуховодов.

Наличие внешней оболочки, образующей вдоль корпуса ракеты равномерно расположенные по его внешнему периметру воздуховоды с выходными отверстиями в области среза сопла, позволяет организовать такое взаимодействие набегающего потока воздуха и струи продуктов сгорания двигателя, которое позволяет значительно увеличить скорости потока воздуха в воздуховодах вокруг корпуса ракеты за счет эффекта инжекции. Это позволяет повысить устойчивость ракеты и особенно на начальном участке траектории полета, что дает возможность уменьшить длину направляющего штыря, а это в свою очередь упрощает конструкцию потребительской упаковки фейерверочных ракет, предназначенных для индивидуального применения.

Кроме того, это позволяет управлять и зрелищным эффектом, который создается светящимися продуктами сгорания двигателя, за счет заранее выбранной организации потока набегающего воздуха (усиление турбулентности потока, создание зоны повышенного давления или зоны разрежения в области среза сопла).

Повышение устойчивости и направленности полета ракеты после схода с направляющей осуществляется за счет компенсации и сглаживания изменений направления вектора тяги двигателя в случае разгара или зашлаковки сопла, а также внешних возмущений, связанных с колебаниями воздушной среды, технологическими отклонениями при изготовлении фейерверочной ракеты. Этот эффект обусловлен возникновением дополнительного стабилизирующего момента при изменениях направленности струи истекающих продуктов сгорания двигателя или при отклонениях ракеты от начального направления полета. Наличие такого эффекта позволяет значительно уменьшить размах перьев стабилизатора.

Повышение направленности полета ракеты позволяет уменьшить разброс по высоте подъема за счет уменьшения различий по форме и наклону траектории полета.

Кроме того, наличие внешней оболочки позволяет улучшить внешний вид ракеты, т.к. направляющая трубка полностью или почти полностью скрыта за внешней оболочкой.

Выбор размеров и формы внешней оболочки (многоугольная призма, или усеченная пирамида, или цилиндр, или усеченный конус) может быть продиктован следующими обстоятельствами:
- выбором приоритетов между задачами: с одной стороны, повышения устойчивости и сохранения направленности полета ракеты, а с другой стороны, необходимости моделирования определенных геометрических форм и очертаний ракеты;
- выбором формы струи светящихся продуктов сгорания, создающих определенный зрелищный эффект на траектории полета (длинный узкий шлейф, короткий и размытый шлейф, закрученный шлейф и т.д.);
- конструктивными особенностями блока стабилизации, например, наличием и количеством перьев-стабилизаторов;
- технологичностью изготовления в зависимости от выбранного материала оболочки.

В случае, когда необходимо создать масштабную модель какой-либо известной ракеты, форма внешней оболочки, безусловно, должна соответствовать форме отдельных элементов моделируемой ракеты.

Если же в процессе проектирования существует определенная свобода выбора формы и размеров ракеты, следует руководствоваться критериями технологичности, экономичности или товарного вида ракеты.

В тех случаях, когда наряду с решением задач повышения устойчивости ракеты в полете необходимо определенным образом сформировать струю светящихся или аэрозольных продуктов сгорания, следует отдавать предпочтение таким формам внешней оболочки, как усеченный конус или усеченная пирамида.

Фейерверочная ракета (фиг.2) состоит из корпуса 1, в котором размещаются ракетный двигатель 2, приводимый в действие за счет огнепроводного шнура 3, и пиротехнический заряд 4. В верхней части корпуса ракеты установлен обтекатель 5, а в нижней - крепится оболочка 7 со стабилизаторами 8. В полости между внешней оболочкой и корпусом ракеты установлена направляющая трубка 9, предназначенная для обеспечения необходимой направленности полета ракеты за счет свободного скольжения ее по направляющему штырю 10.

Оболочка 7, как уже отмечалось, может иметь в поперечном сечении форму:
- окружности (фиг.2в), что характерно для цилиндрической формы оболочки или формы усеченного конуса;
- многоугольника (фиг.2а и 2б) - прямоугольная призма, усеченный конус;
- сложной криволинейной фигуры (фиг.2г).

Полый продольный выступ может выполнять роль направляющей трубки.

В тех случаях, когда внутренняя поверхность оболочки не имеет контакта с корпусом ракеты по всей длине образующей (оболочка в форме цилиндра, усеченной пирамиды, усеченного конуса), для соединения оболочки с корпусом могут быть использованы выступы 6 на наружной поверхности корпуса или на внутренней поверхности оболочки.

В качестве пиротехнического заряда могут быть использованы различные по форме и конструктивному исполнению пироэлементы, создающие различные зрелищные эффекты.

Ракета работает следующим образом.

При подготовке к запуску ракету устанавливают на ровную горизонтальную площадку, пропуская направляющий штырь 10 через направляющую трубку 9. Поджигают огнепроводный шнур 3, который воспламеняет двигатель ракеты 2. На стартовом участке ракета движется по направляющему штырю 10.

В процессе работы двигателя образуются высокотемпературные газообразные и конденсированные продукты сгорания. Наличие большого количества конденсированных продуктов сгорания создает на траектории полета ракеты длинный светящийся шлейф, что значительно усиливает зрелищный эффект. Использование внешней оболочки позволяет не только придавать светящемуся шлейфу определенную форму, но и в определенной степени управлять его интенсивностью.

По окончании работы двигателя 2, когда горящий свод достигает верхнего торца заряда двигателя, происходит воспламенение пиротехнического заряда 4 с выбросом горящих элементов этого заряда из корпуса ракеты.

Предлагаемая ракета была изготовлена на экспериментальной базе ФНПЦ "НИИ прикладной химии". К серийному выпуску принята ракета, выполненная с оболочкой в виде треугольной призмы, что позволило изготавливать ее в виде одной детали со стабилизаторами методом склейки из единой выкройки. Улучшение внешнего вида ракеты достигнуто за счет нанесения на стабилизаторы, оболочку и верхнюю цилиндрическую часть ракеты красочного оформления, выполненного типографским способом, а также за счет того, что направляющая трубка скрыта внутри оболочки.

Проведенными испытаниями показано, что ракета хорошо сохраняет направленность полета после схода с направляющего штыря и имеет высокую устойчивость на всей траектории полета. Фейерверочный эффект ракеты дополнен ярким светящимся шлейфом, создаваемым за счет высокотемпературных конденсированных частиц, образующихся при сгорании искро-форсового заряда двигателя, и формируемым потоком воздуха, истекающего из воздуховодов оболочки в виде расширяющегося конуса с пульсирующими хвостами высокой яркости.

Предлагаемая фейерверочная ракета относится к фейерверочным изделиям и может быть использована для создания различных (в зависимости от типа пиротехнического заряда и особенностей конструктивного исполнения) зрелищных эффектов при проведении праздничных торжеств и увеселительных мероприятий. Фейерверочная ракета состоит из корпуса, в котором размещаются ракетный двигатель и пиротехнический заряд, блок стабилизации, направляющая трубка. На наружной поверхности корпуса размещена оболочка. В зазорах между внутренней поверхностью оболочки и наружной поверхностью корпуса имеются продольные воздуховоды, выходные отверстия которых находятся в области среза сопла двигателя. При этом направляющая трубка размещена в одном из воздуховодов. Возможен вариант исполнения, когда воздуховод выполняет роль направляющей трубки. Задействование ракеты осуществляется путем зажигания огнепроводного шнура от любого источника открытого пламени. Изобретение повышает надежность обеспечения заданной направленности и устойчивости на всей траектории полета ракеты и безопасность эксплуатации. 2 ил.

1. Фейерверочная ракета, состоящая из корпуса, ракетного двигателя, пиротехнического заряда, блока стабилизации и направляющей трубки, отличающаяся тем, что на наружной поверхности корпуса закреплена оболочка, образующая равномерно расположенные между корпусом и оболочкой воздуховоды, выходные отверстия которых находятся в области среза сопла двигателя. 2. Фейерверочная ракета по п. 1, отличающаяся тем, что направляющая трубка размещена в одном из воздуховодов.