ПИРОПАТРОН ДЛЯ КАТАПУЛЬТНОГО КРЕСЛА ПИЛОТИРУЕМОГО ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА Российский патент 2004 года по МПК F02K9/08 

Патентуемое изобретение относится к области создания систем аварийного спасения (САС) экипажей летательных аппаратов (ЛА), а именно к разработке энергоисточников стреляющих механизмов (СМ) катапультных кресел (КК) - пиропатронов (ПП) катапультирования.

Известно, что при аварийном покидании ЛА используются катапультные системы различных модификаций. В качестве энергоисточников для таких систем применяют, как правило, твердотопливные шашки ракетного топлива размещаемые в корпусе (гильзе) пиропатрона. Система катапультирования включает использование нескольких отдельных пиромеханизмов:

- для отстрела фонаря кабины летчика;

- для фиксации летчика в катапультном кресле;

- для непосредственного обеспечения выброса пилота, зафиксированного в КК, из кабины ЛА;

- для стабилизации КК в воздушном пространстве;

- для придания КК требуемой скорости;

- для включения парашютной системы.

Объектом патентования в данном случае является ПП для непосредственного обеспечения выброса пилота из ЛА.

Схема выброса (фиг.1) предусматривает установку ПП (1) в неподвижной (скрепленной с ЛА) трубе (2) телескопического стреляющего механизма. При срабатывании ПП за счет энергии расширяющихся пороховых газов происходит раздвижка труб телескопического механизма и летчик, жестко зафиксированный в КК (4), отстреливается вместе с подвижной трубой (3) СМ от ЛА.

В научно-технической и патентной литературе практически отсутствует информация об указанных энергоисточниках. К числу аналогов патентуемого технического решения можно отнести пат. США №469739; ж. "Наука и техника", №10, 2001, с. 2-6, 10-12; E. Babcock. A paper way to eject at low altitudes. Appraach, 1977, VIII, v.23, # 2, p.18-21; Roberts R.A. Elying Ejection Seat Proceedings of the 7-th National Flyght Safety Survival and Personal Equipment Synposium, Las Vegas, Ost. 27-30, 1969, р.512-528.

Учитывая, что процесс катапультирования весьма кратковременен, авторы считают, что наиболее близкими аналогами патентуемого технического решения являются конструкции артиллерийского выстрела (БСЭ, М.: Советская энциклопедия, 1970 г., т.2, с. 263) и патрона (БСЭ, М.: Советская энциклопедия, 1975 г., т.19, с. 284), принятая авторами за прототип.

Аналогия артвыстрела и САС заключается в следующем сопоставлении:

- "снаряд - катапультное кресло" (КК);

- "патрон артиллерийского выстрела - пиропатрон КК".

Патентуемая конструкция и конструкция прототипа характеризуются:

- кратковременностью рабочего процесса;

- необходимостью обеспечения высокого газообразования;

- горением твердотопливных зарядов (пороховых элементов) в переменном, расширяющемся объеме;

- необходимостью форсирования рабочего процесса в момент запуска.

Однако если при артиллерийском выстреле уровень перегрузок, испытываемых снарядом, обуславливается (ограничивается) только конструктивным исполнением ствола и самого снаряда (уровень прочности, теплостойкость и т.п.), то при создании энергоисточников к средствам катапультирования уровень перегрузок весьма жестко ограничен как по верхнему, так и по нижнему пределу. При этом верхний предел связан с необходимостью обеспечения сохранения жизнеспособности летчика, а нижний – обеспечением гарантированного увода катапультируемой системы от столкновения с килем (фюзеляжем) терпящим бедствие ЛА.

Технической задачей изобретения является создание технически эффективных энергоисточников (ПП) для непосредственного катапультирования летчика из ЛА, обеспечивающих высокую надежность и приемлемый уровень перегрузок для САС летного состава при потребной скорости катапультирования.

Указанная техническая задача решается за счет использования в пиропатроне катапультирования оптимальных конструкций основного и дополнительного (форсажного) зарядов с использованием фиксирующих и прокладочных элементов и разработки конструктивных мероприятий по надежности их функционирования.

В прототипе (в артвыстреле) применяются либо зерненные заряды, иногда выполненные многоканальными, либо тонкотрубчатые многошашечные заряды всестороннего горения. Использование таких зарядов в качестве основных в ПП для САС невозможно как в связи с высокими реализуемыми перегрузками, неприемлемыми с точки зрения жизнеобеспечения летчика, так и из-за высоких давлений, реализуемых в СМ в процессе отстрела (диаграмма 5 на фиг.2).

Отличительной особенностью патентуемого решения является выполнение основного заряда пиропатрона из канальных твердотопливных шашек, бронированных по наружной поверхности, что уменьшает их газопроизводительность в начальный период, но позволяет создать благоприятные условия работы корпуса пиропатрона и приемлемый уровень перегрузок при обеспечении прогрессивности газоприхода в условиях расширяющегося объема. Для компенсации тепловых потерь в начальный период в конструкцию ПП введен малогабаритный дополнительный заряд (ДЗ) из тонкосводных баллиститных твердотопливных шашек всестороннего горения или из гранулированного пороха.

Изобретение иллюстрируется чертежами:

фиг.1 - схема выброса пилота из ЛА:

1 - пиропатрон;

2 - неподвижная труба телескопического СМ;

3 - подвижная труба СМ;

4 - катапультируемая масса;

фиг.2 - диаграммы "давления - время" ПП:

5 - диаграмма при отсутствии ДЗ;

6 - диаграмма для патентуемой конструкции;

7 - диаграмма для прототипа;

Р_mах - максимальное давление в трубах телескопического механизма;

фиг.3, фиг.4 - конструкция патентуемого пиропатрона:

8 - гильза;

9 - основной заряд;

10 - бронировка;

11 - дополнительный (форсажный) заряд;

12 - петарда;

13 - колосник;

14 – прокладка;

15 – капсюль-воспламенитель;

16 - пыж.

Эксперименты показали, что для обеспечения оптимальной диаграммы "давление - время" (фиг.2) масса дополнительного заряда должна составлять 0,1... 0,3 массы основного заряда. Это позволяет обеспечить с форсажным ДЗ более высокий импульс давления на начальном участке (диаграмма 6) и уменьшенное значение максимального давления (Р_mах) по сравнению с ПП без ДЗ (диаграмма 7). При этом зависимости "перегрузка - время" при катапультировании аналогичны характеру кривых "давление - время", приведенных на фиг.2. Использование ДЗ массой менее 0,1 от массы основного заряда не позволяет эффективно форсировать режим выброса КК с летчиком (низкая скорость катапультирования), а применение ДЗ более 0,3 от массы основного заряда приводит к недопустимым перегрузкам с точки зрения обеспечения жизнеспособности пилота. При этом введение в конструкцию пиропатрона ДЗ не только компенсирует тепловые потери начального периода работы устройства, но и реализует оптимальную диаграмму "давление - время" с уменьшением Р_mах в "заснарядном пространстве" (фиг.2), что позволяет снизить массу СМ в целом.

Для надежного зажжения основного заряда предлагается использовать петарду из прессованного дымного ружейного пороха (ДРП), выполненную в виде таблетки с рифленой торцевой поверхностью, обращенной к капсюлю-воспламенителю.

С целью демпфирования высоких перегрузок, воздействующих на топливные шашки основного заряда в момент катапультирования, между опорными торцами твердотопливных шашек, контактирующих с петардой и колосником (фиксирующий элемент), устанавливаются картонные прокладки. Тем самым исключается разрушение шашек и аномальный режим работы ПП.

Помимо указанных, отличительным признаком патентуемой конструкции является также использование для основного заряда баллиститных топлив, в состав которых введено не менее 2% фталатаникеля свинца (ФНС), что способствует уменьшению температурного градиента скорости горения топлив и соответственно уменьшает разброс по перегрузкам при катапультировании летного состава из ЛА.

Вариант реализации заявляемой конструкции показан на фиг.3 и 4. Пиропатрон представляет собой латунную гильзу (8), внутри которой размещены: основной заряд (9) с бронировкой (10) по наружной поверхности, форсажный ДЗ (11), петарда (12), колосник (13), картонная прокладка (14) и капсюль-воспламенитель (15). В верхней части пиропатрона установлен пыж (16) и выполнена завальцовка.

При срабатывании капсюля-воспламенителя поджигается петарда, воспламеняющая основной и дополнительный заряды. Образующиеся при горении зарядов газы вскрывают пыж и поступают в телескопический механизм катапультного кресла. Под действием нарастающего давления происходит раздвижка труб телескопического механизма и осуществляется выброс летчика из кабины летательного аппарата.

Основной технический результат по патентуемому техническому решению удается обеспечить за счет достижения требуемых скоростей отстрела катапультируемой массы при снижении действующих на летчика перегрузок.

Техническим результатом изобретения также является повышенная надежность ПП катапультирования (более низкий уровень максимального давления в СМ; демпфирование перегрузок, воздействующих на пороховые элементы заряда) и обеспечение узкого диапазона по перегрузкам (n), гарантирующего жизнеобеспечение летчика, как за счет достаточно высокого нижнего предела n>12 (исключается столкновение КК с фюзеляжем самолета), так и за счет низкого верхнего предела n<18 (исключается потеря жизнеспособности летчика от прямого воздействия перегрузок).

Работоспособность патентуемой конструкции ПП проверена с положительными результатами при испытаниях катапультного кресла при следующих параметрах:

- катапультируемая масса - от 130 до 170 кг;

- габаритные размеры ПП - калибр 38 мм, длина 200-240 мм;

- материал гильзы - латунь;

- основной заряд - семь канальных бронированных шашек диаметром 10 мм из баллиститного топлива с содержанием ФНС 2,5%, общей массой - 85 г;

- форсажный ДЗ - набор канальных тонкосводных шашек диаметром 5 мм длиной 25 мм, общей массой - 20 г;

- петарда - таблетка рифленая по торцам из ДРП диаметром 32 мм, толщиной 10 мм.

При испытаниях получен уровень перегрузок (нижний предел n=13 при температуре минус 60°С, верхний предел n=18 при температуре 60°С), удовлетворяющий условиям надежного катапультирования и жизнеобеспечения летчика.

Пиропатрон системы аварийного спасения экипажей летательных аппаратов включает гильзу, капсюль-воспламенитель, петарду, твердотопливные шашки, пыж, колосник и прокладочные элементы. Твердотопливные шашки выполнены канальными и бронированными по наружной поверхности. Петарда выполнена из прессованного дымного ружейного пороха с рифленой поверхностью, обращенной к капсюлю-воспламенителю. Между торцами топливных шашек, контактирующих с петардой и колосником, установлены картонные прокладки. Пиропатрон снабжен дополнительным форсажным зарядом из тонкосводных твердотопливных шашек или гранулированного пороха всестороннего горения массой 0,1...0,3 от массы основного заряда. Изобретение позволит повысить надежность пиропатрона системы катапультирования. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Пиропатрон к системе аварийного спасения экипажей летательных аппаратов, включающий гильзу, капсюль-воспламенитель, петарду, твердотопливные шашки, пыж, колосник и прокладочные элементы, отличающийся тем, что твердотопливные шашки выполнены канальными, бронированными по наружной поверхности, петарда выполнена из прессованного дымного ружейного пороха с рифленой поверхностью, обращенной к капсюлю-воспламенителю, а между торцами топливных шашек, контактирующих с петардой и колосником, установлены картонные прокладки, при этом пиропатрон снабжен дополнительным форсажным зарядом из тонкосводных твердотопливных шашек или гранулированного пороха всестороннего горения массой 0,1...0,3 от массы основного заряда.2. Пиропатрон по п.1, отличающийся тем, что твердотопливные шашки основного заряда выполнены из баллиститного пороха, содержащий фталат-никель свинца в количестве не менее 2% (мас. доли).