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 с высокими динамическими нагрузками (снаряды, ракеты).

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.

Анализ этих сведений показал, что известные, широко применяемые, двигательные установки (реактивные двигательные установки на основе ракетного двигателя) позволяют разгонять тела в космосе до современных космических скоростей, а в нижних слоях атмосферы - до 3000 м/сек (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.

В качестве прототипа принят трубчатый ускоритель по патенту RU 2072501, которому также присущи указанные выше недостатки.

Задачей изобретения является создание трубчатого ускорителя (ТУ), который позволит 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 габариты конструкции для выполнения аналогичных задач, что позволяет строить изделия на ТУ компактно.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в трубчатом ускорителе, который содержит корпус с полезной нагрузкой, рабочими полостями, с размещенными в них движительным зарядом и средством его инициирования, камеры сгорания, образованные межкамерными перегородками, размещены в рабочих полостях, которые выполнены с возможностью их постепенного включения с соблюдением условия симметрии стабилизации и сглаживания набора скорости. Камеры сгорания соединены электрической цепью. Средство инициирования выполнено в виде электровоспламенителей, установленных в движительном заряде. Камера сгорания, являющаяся ближайшей 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 ТУ показана на фиг.1, 2, и 3. ТУ состоит из корпуса, представляющего собой полую металлическую трубу с дном (стакан) (1) , с рабочими полостями (4), в соответствии с условием симметрии стабилизации и сглаживания набора скорости, в корпусах, представляющих собой полые металлические трубы с дном (стакан) (11), движительного заряда в топливном баке (5), камер сгорания (6а, 6б, 6в) в рабочих полостях (4), движительного заряда (8) в оболочке (9) с электровоспламенителями (7), 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) постепенно разгоняется с помощью движительного заряда в корпусе (5), конструкция которого обеспечивает постепенное срабатывание движительного заряда (8) в рабочих полостях (4) в соответствии с условием симметрии стабилизации и сглаживания набора скорости и соответственно, постепенный разгон корпуса (1) и полное сгорание горючего вещества движительного заряда (8) от воспламенителей (7), размещенного в камерах сгорания (6а, 6б, 6в), при котором устройство еще не разрушается из-за взрыва от перегрузки давления.

Постепенное включение рабочих полостей соответствует условию симметрии стабилизации и сглаживания набора скорости:
R>Т(с); R=m Т(с);
где R - количество рабочих полостей, кратное количеству тактов сглаживания в полном цикле;
m - количество симметричных рабочих полостей в одном такте, где m≥2.

Т(с) - количество тактов сглаживания в полном цикле, где
Т(с)=T(t)/ΔT(t)
ΔT(t)=T(t)/к;
Т(т)=ΔT(t) [Т(с)-{Т(с)-Z}],
где Т(t) - цикл, полное время срабатывания одного такта;
ΔT(t) - приращение времени;
к - коэффициент сглаживания, где к≥2;
Т(т) - время работы рабочих полостей в цикле;
Z - порядковый номер такта рабочих полостей в цикле от 0 до Т(с).

Движительный заряд, размещаемый в камерах сгорания с электровоспламенителями соответствует условию скорости горения:
n<n(s); n(s)=V/V(m); n=n(s)-n(s)К,
где n - количество электровоспламенителей;
n(s) - количество электровоспламенителей, соответствующих взрыву;
s - скорость горения, соответствующая взрыву;
V(m) - объем возгорания метательного заряда от одного электровоспламенителя в ед. времени;
V - объем всей оболочки метательного заряда;
К - коэффициент от 0,4~0,9 устанавливается в зависимости от решаемых задач.

В корпусе располагаются рабочие полости в количестве четырех штук, длина которых соответствует условию:
L=L(д.зар)+Р•L(сгор.),
где L - общая длина канала трубы (глубина стакана);
L(д.зар) - длина оболочки движительного заряда;
L(д.зар)=L(к.сгор)n+L(мп)n,
где L(к.сгор) - длина камеры сгорания;
n - количество камер сгорания от 2 до n;
L(мп) - толщина меж камерной перегородки;
L(сгор. ) - длина канала, соответствующая полному сгоранию горючего вещества;
Р - коэффициент 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 горючего вещества от одного воспламенителя.

Для одновременного инициирования электровоспламенители соединены в электрическую цепь. Характеристики Д2СМ ПВ варьируются, в зависимости от решаемых задач, путем изменения всех элементов конструкции, завязанные в единое целое.

В предлагаемом ТУ плавный разгон осуществляется благодаря заполнению трубы (стакана) рабочей полости каждого такта сглаживания движительным зарядом, разделенным на камеры сгорания с несколькими воспламенителями, что позволило повысить скорость тела при сжатии расхода движительного заряда (уменьшении отношения веса заряда горючего вещества к весу тела), уменьшить длину канала разгона, уменьшить общий вес конструкции, увеличить вес метаемого тела, и траекторию полета после выхода из канала разгона.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

После подачи электроэнергии на ТУ, что соответствует времени Т(т)=0 (начальное время отсчета) в рабочих полостях (4) первого такта цикла в соответствии с условием симметрии стабилизации и сглаживания набора скорости с помощью последовательно соединенных электровоспламенителей (7) происходит одновременное воспламенение горючего вещества движительного заряда (8) в камерах сгорания (6а, 6б, 6в). Внутри камер сгорания (6а, 6б, 6в) создается давление, соответствующее условию скорости горения. Продукты горения горючего вещества (газ, сжатый до высокой плотности), расширяясь в рабочих полостях (4) давят через дно стаканов корпусов (11), на дно стакана корпуса (1) и межкамерные перегородки (10). Под давлением газов в камерах сгорания (6а, 6б, 6в) межкамерные перегородки (10) приходят в движение, при этом: в камере сгорания (6а), одна межкамерная перегородка (10) толкает перед собой корпус (11), которая в свою очередь толкает перед собой корпус (1), межкамерная перегородка (10) давит на камеру сгорания (6б); в камере сгорания (6б) межкамерная перегородка (10) давит на камеру сгорания (6а), межкамерная перегородка (10) камеры сгорания (6б) давит на камеру сгорания (6в); в камере сгорания (6в) межкамерная перегородка (10) давит на камеру сгорания (6б), другая межкамерная перегородка (10) камеры сгорания (6в) выталкивает запирающую перегородку (2) из рабочей полости (4) корпусов труб (11) наружу. Крайняя к выходу камера сгорания (6в) работает как запирающий механизм, тем самым обеспечивается срабатывание газов остальных камер сгорания (6а, 6б,... 6n), обеспечивая давление на дно стакана корпуса (1) через днища стаканов корпусов (11), приводя в движение всю конструкцию в корпусе (1). Рабочие полости (4) следующего такта цикла в соответствии с условием симметрии стабилизации и сглаживания набора скорости через время Т(т), соответствующие работающим тактам, заполняются движительным зарядом из топливного бака в корпусе (5), и цикл действий данного такта повторяется аналогично первому такту. После срабатывания рабочих полостей (4) последнего такта полного цикла, снова рабочие полости (4) первого такта цикла в соответствии с условиями симметрии стабилизации и сглаживания заполняются движительным зарядом из топливного бака в корпусе (5), и весь цикл действий повторяется.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к двигательным установкам для высокоскоростного метания твердых тел. Сущность изобретения заключается в том, что камеры сгорания, образованные межкамерными перегородками, размещены в рабочих полостях, которые выполнены с возможностью их постепенного включения с соблюдением условия симметрии стабилизации и сглаживания набора скорости. Камеры сгорания соединены электрической цепью. Средство инициирования выполнено в виде электровоспламенителей, установленных в движительном заряде. Камера сгорания, являющаяся ближайшей 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, 3 ил.

1. Трубчатый ускоритель, содержащий корпус с полезной нагрузкой, рабочими полостями с размещенным в них движительным зарядом и средством его инициирования, отличающийся тем, что камеры сгорания, образованные межкамерными перегородками, размещены в рабочих полостях, которые выполнены с возможностью их постепенного включения с соблюдением условия симметрии стабилизации и сглаживания набора скорости, при этом камеры сгорания соединены электрической цепью, средство инициирования выполнено в виде электровоспламенителей, установленных в движительном заряде, а камера сгорания, являющаяся ближайшей 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.