ТРУБЧАТЫЙ УСКОРИТЕЛЬ Российский патент 2003 года по МПК F41F1/00 

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к устройствам для метания одновременным "симультационным" сгоранием горючего вещества, предназначенного для высокоскоростного метания твердых тел, и может быть использовано для создания двигательных установок в конструкциях как для резко увеличивающихся динамических нагрузок (снаряды, ракеты), так и для плавно увеличивающихся динамических нагрузок (космические транспортные системы).

При определении уровня техники использовались общедоступные сведения, представленные в следующих источниках информации:
опубликованные описания к охранным документам, заявки на изобретения;
советские и иные издания, имеющиеся в библиотеке;
сообщения, переданные посредством радио, телевидения, кино и т.п.

В качестве прототипа принят трубчатый ускоритель по патенту RU 2072501.

Анализ этих сведений показал, что известные, широко применяемые двигательные установки (реактивные двигательные установки на основе ракетного двигателя) позволяют разгонять твердые тела в космосе до скоростей 7,9-16,67 км/с (1-я, 2-я, 3-я космическая скорость). В нижних слоях атмосферы до 3000 м/с (до 10 М).

К недостаткам подобных двигательных установок следует отнести достаточно большой расход топлива, следовательно, и большая масса конструкции в целом. Так, для достижения космических скоростей соотношение веса заряда и веса метаемого тела (полезная нагрузка) составляет до 1\500, что значительно повышает сложность конструкции (вес, объем, общие габариты), многократно увеличивает время изготовления и обслуживания, и, соответственно, увеличивается общая стоимость продукта со всей инфраструктурой. Кроме того, используемые виды топлива и окислителей оказывают сильное воздействие на человека, в т.ч. обслуживающий персонал и экологию окружающей среды, что, соответственно, усложняет их производство, применение и утилизацию.

Задачей изобретения является создание трубчатого ускорителя (ТУ), который позволит плавно запускать изделия, повысить вес и объем полезной нагрузки и снизить вес метательного заряда по отношению к весу метаемого, упростить конструкцию в целом, применить щадящий для человека и экологии окружающей среды вид топлива. Увеличить дальность и скорость полета изделий, соответствующие по полезной нагрузке существующим аналогам. Уменьшить стоимость изделий на всех этапах изготовления и эксплуатации при выполнении задач, аналогичных существующим в данное время.

Технический результат, который может быть получен при его использовании, заключается в том, что повышается КПД энергии топлива на единицу полезной нагрузки, тем самым уменьшаются характеристики (вес, объем) конструкции в целом для выполнения аналогичных задач, что позволяет строить изделия на ТУ компактно.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в трубчатом ускорителе, который содержит корпус с размещенными в нем полезной нагрузкой, движительным зарядом и средством инициирования, движительный заряд размещен в камерах сгорания, образованных межкамерными перегородками и выполненных с возможностью изменения их объема, при этом камеры сгорания соединены электрической цепью, средство инициирования выполнено в виде электровоспламенителей, установленных в движительном заряде, а камера сгорания, являющаяся крайней к выходу из упомянутого корпуса, предназначена для динамического запирания последнего и снабжена запирающей перегородкой.

Кроме того, количество камер сгорания составляет две или более.

Корпус трубчатого ускорителя выполнен в виде цилиндрического стакана с увеличением его наружного диаметра к месту размещения движительного заряда.

Сущность предлагаемого ТУ показана на фиг. 1 и 2. ТУ состоит из корпуса, представляющего собой полую металлическую трубу с дном (стакан) (1), топливный бак для движительного заряда (5), камеры сгорания (6а, 6б, 6в) с регулятором объема (12) в рабочей полости (4), движительного заряда (8) в оболочке (9) с регулируемыми электровоспламенителями (7) в комплекте с регулятором воспламенения (11), соединенными в электроцепь, запирающей перегородки (2) и полезной нагрузки (3) в корпусе (1); камеры сгорания (6а, 6б, 6в) разделены межкамерными перегородками (10).

Корпус (1) с полезной нагрузкой (3) разгоняется с помощью движительного заряда в корпусе (5), конструкция которого обеспечивает последовательное срабатывание движительного заряда (8) в рабочей полости (4) и соответственно постепенный разгон корпуса (1) и полное сгорание горючего вещества движительного заряда (8) от регулируемых воспламенителей (7), размещенного в регулируемых камерах сгорания (6а, 6б, 6в), при котором устройство еще не разрушается из-за взрыва от перегрузки давления.

Движительный заряд, размещаемый в регулируемых по объему камерах сгорания с регулируемыми электровоспламенителями, соответствует условию скорости горения:
n<n(s); n(s)=V/V(m); n=n(s)-n(s)K, где:
n - количество регулируемых электровоспламенителей;
n(s) - количество электровоспламенителей, соответствующее взрыву;
s - скорость горения соответствующая взрыву,
V(m) - объем возгорания метательного заряда от одного электровоспламенителя в единицу времени;
V - oбъем всей оболочки метательного заряда;
К - коэффициент от 0,4~0,9 устанавливается в зависимости от решаемых задач, разделенных между собой межкамерными перегородками и соединенных электрической цепью; метаемое тело, состоящее из полезной нагрузки и корпуса в виде трубы, с дном (стакан) из металла, длина которого соответствует условию
L=L(д.зар)+Р L(сгор), где
L - общая длина канала трубы (глубина стакана);
L(д.зар) - максимальная длина оболочки движительного заряда;
L(сгор) - длина канала, соответствующая полному сгоранию горючего вещества максимального заряда;
Р - кофициент от 2 до "С" для стабилизации полета метаемого тела;
"С" - давление продуктов полного сгорания горючего вещества от воспламенителей в количестве n, соответствующее давлению при полном сгорании данного горючего вещества от одного воспламенителя;
L(д.зар)=L(к.сгор)n+L(мп)n, где
L(к.сгор) - максимальная длина камеры сгорания;
n - количество камер сгорания от 2-х до n - в зависимости от поставленных задач;
L(мп) - толщина межкамерной перегородки.

Для одновременного инициирования электровоспламенители с регулятором воспламенения соединены в электрическую цепь. Характеристики ТУ варьируются в зависимости от решаемых задач, путем изменения всех элементов конструкции, завязанных в единое целое.

В предлагаемом ТУ разгон метаемого тела осуществляется благодаря заполнению трубы (стакана) движительным зарядом, разделенным на регулируемые камеры сгорания с несколькими регулируемыми воспламенителями, что позволило плавно повышать скорость метаемого тела при сжатии расхода движительного заряда (уменьшении отношения веса заряда горючего вещества к весу тела), уменьшить длину канала разгона, уменьшить общий вес конструкции, увеличить размеры и вес метаемого тела, увеличить длину траектории полета после выхода из канала разгона.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

После подачи электроэнергии через регулятор воспламенения (11) на "ТУСС К" с помощью последовательно соединенных регулируемых электровоспламенителей (7) происходит одновременное воспламенение горючего вещества движительного заряда (8) в регулируемых камерах сгорания (6а, 6б, 6в), установленных через регулятор объема (12) на минимальный объем. Внутри регулируемых камер сгорания (6а, 6б, 6в) создается давление, соответствующее условию скорости горения. Продукты горения горючего вещества (газ, сжатый до высокой плотности), расширяясь в рабочей полости (4), давят на дно стакана корпуса (1) и межкамерные перегородки (10). Под давлением газов в регулируемых камерах сгорания (6а, 6б, 6в) межкамерные перегородки (10) приходят в движение, при этом в камере сгорания (6а) давление газов толкает перед собой корпус двигателя (1), межкамерная перегородка (10) давит на камеру сгорания (6б); в камере сгорания (6б) одна межкамерная перегородка (10) давит на камеру сгорания (6а), другая межкамерная перегородка (10) камеры сгорания (6б) давит на камеру сгорания (6в); в камере сгорания (6в) часть газов через межкамерную перегородку (10) давит на камеру сгорания (6б), другая часть газов камеры сгорания (6в) выталкивает запирающую перегородку (2) из рабочей полости (4) корпуса трубы (1) наружу. Крайняя к выходу камера сгорания (6в) работает как запирающий механизм, тем самым обеспечивается соответствующее срабатывание газов остальных камер сгорания (6а, 6б,...6n), обеспечивая давление на дно стакана корпуса (1), приводя в движение всю конструкцию в корпусе (1). Рабочая полость (4) с регулируемыми камерами сгорания (6а, 6б, 6в), установленными через регулятор объема (12), на величину объема, следующую после минимального значения, снова заполняется движительным зарядом из топливного бака в корпусе (5), подается электроэнергия на регулируемые электровоспламенители (7), установленные для воспламенения движительного заряда в соответствующем измененном (от минимального) объеме регулируемых камерах сгорания (6а, 6б, 6в) с помощью регулятора воспламенения (11). Далее, цикл действий повторяется по нарастающей.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к двигательным установкам для высокоскоростного метания твердых тел. Сущность изобретения заключается в том, что движительный заряд размещен в камерах сгорания, образованных межкамерными перегородками и выполненных с возможностью изменения их объема. Камеры сгорания соединены электрической цепью. Средство инициирования выполнено в виде электровоспламенителей, установленных в движительном заряде. Камера сгорания, являющаяся крайней к выходу из упомянутого корпуса, предназначена для динамического запирания последнего и снабжена запирающей перегородкой. Реализация изобретения позволяет увеличить массу метаемого тела и дальность его полета. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Трубчатый ускоритель, содержащий корпус с размещенными в нем полезной нагрузкой, движительным зарядом и средством инициирования, отличающийся тем, что движительный заряд размещен в камерах сгорания, образованных межкамерными перегородками и выполненных с возможностью изменения их объема, при этом камеры сгорания соединены электрической цепью, средство инициирования выполнено в виде электровоспламенителей, установленных в движительном заряде, а камера сгорания, являющаяся крайней к выходу из упомянутого корпуса, предназначена для динамического запирания последнего и снабжена запирающей перегородкой.2. Трубчатый ускоритель по п.1, отличающийся тем, что количество камер сгорания составляет две или более.3. Трубчатый ускоритель по п.1, отличающийся тем, что упомянутый корпус выполнен в виде цилиндрического стакана с увеличением его наружного диаметра к месту размещения движительного заряда.