ТВЕРДОТОПЛИВНЫЙ ГАЗОГЕНЕРАТОР Российский патент 2005 года по МПК F02K9/95 F23R5/00 

Изобретение относится к области ракетной техники и может быть использовано при проектировании, отработке и изготовлении твердотопливных газогенераторов (ГГ), в частности для катапультных систем ракет и др. устройств.

Одной из основных особенностей катапультных устройств является горение их твердотопливных зарядов в переменном расширяющемся объеме. Это требует разработки специальных конструкций зарядов и схем их воспламенения, обеспечивающих, с одной стороны, надежное зажжение заряда, а с другой - приемлемый характер зависимости "давление-время" Р(τ), гарантирующей как необходимый уровень усилий, передаваемых катапультируемой массе, так и обеспечивающих условия работоспособности (неразрушение) газогенератора и катапультного устройства в целом.

С этой целью желательно реализовать максимально равномерную, близкую к нейтральной кривую "давление-время" в "заснарядном пространстве″ катапультируемой массы.

В аналогах (DE 2028539 B2, FR 2623249 A1, DE 2605768 A1, DE 2623581 A1, DE 2757764 A1, DE 2912874 A1, Ж. "Наука и техника", №10, 2001, стр.2-6, 10-12) указанная проблема в основном решается за счет использования в газогенераторах (пиропатронах) многошашечных канальных зарядов, что позволяет реализовать прогрессивный закон горения и частично компенсировать тепловые и газодинамические потери в расширяющемся объеме. Недостаток аналогов - сложная, трудоемкая в изготовлении конструкция твердотопливных зарядов.

Наиболее близким аналогом патентуемого топливного газогенератора является изобретение по пат. RU 2213245, совпадающее с ним по большинству сходных признаков, принятое авторами за прототип. Недостатком прототипа является низкая эксплуатационная эффективность конструкции заряда в составе газогенератора, в части отсутствия (невозможности) условий для реализации программированного по времени срабатывания заряда и обеспечения прогрессивной кривой "давление-время".

Технической задачей патентуемого изобретения является разработка конструкции газогенератора с зарядом твердого топлива, обеспечивающего надежный старт с пусковой установки катапультирования ракеты и допустимые (приемлемые) нагрузки, в первую очередь по давлению в камере ГГ, на конструкцию генератора и пусковое катапультное устройство ракеты, а также возможность программирования зависимости ″давление-время″ и компактность устройства.

Технический результат изобретения достигается за счет оснащения твердотопливного газогенератора, содержащего камеру сгорания и переднюю крышку, секционным зарядом из гранулированного твердого топлива, выполненного в виде герметичной секционной оболочки (патронташа) из полимерной пленки, свернутой в цилиндр с центральным каналом, при этом каждая секция оболочки заполнена твердым топливом до плотной упаковки, а свернутая оболочка (патронташ) прилегает к внутренней поверхности корпуса газогенеретора без зазора. При этом внутрь канала установлена частично перфорированная трубка-запальник, скрепленная с передней крышкой ГГ и наглухо либо с наличием дросселирующего отверстия - с опорной решеткой, а на участке, примыкающем к опорной решетке (на длине 1/5...1/4 от решетки), трубка-запальник перфорирована радиальными отверстиями. В опорной решетке выполнены отверстия для пропуска газов к расходному блоку ГГ. При этом пиропатрон размещен со стороны передней крышки, а твердотопливный заряд выполнен в виде секций, заполненных дымным ружейным порохом (ДРП), в том числе крупнозернистым дымным порохом (КЗДП), либо гранулами баллиститного ракетного топлива, либо смесью ДРП и КЗДП различной дисперсности, либо смесью гранул баллиститного ракетного топлива и дымного ружейного пороха, либо смесью пороха ДРП-2 и КЗДП-2 в соотношении 1:8...1:10, причем каждая секция оболочки заряда выполнена с плотной упаковкой на всю длину камеры сгорания (корпуса) газогенератора. В качестве материала полимерной пленки используется полиэтилентерефталат, ламинированный полиэтиленом.

Конструкция патентуемого твердотопливного гзогенератора и схема его использования в катапультной системе приведены на фиг.1, фиг.2.

Фиг. 1. Конструкция патентуемого ГГ:

1 - трубка-запальник;

2 - передняя крышка;

3 - дросселирующее отверстие;

4 - опорная решетка;

5 - радиальные отверстия;

6 - отверстия в опорной решетке;

7 - пиропатрон;

8 - секции твердотопливного заряда;

9 - камера сгорания.

Фиг.2. Схема размещения ГГ в пусковом блоке ракеты:

10 - газогенератор (ГГ);

11 - ракета;

12 - пусковая труба.

При подаче импульса (фиг.1) на пиропатрон (7) последний срабатывает и газы пиропатрона перемещаются в сопловую оконечность трубки-запальника (1) и поступают к секциям твердотопливного заряда (8) через перфорированные радиальные отверстия (5), первоначально поджигая сопловую часть заряда. Газы пиропатрона и воспламеняющегося под их воздействием заряда распространяются по зазорам между трубкой-запальником и зарядом как в сторону переднего днища (2), так и к опорной решетке (4) с определенной задержкой по времени (за счет тепловых и газодинамических потерь при движении газов в зазорах и определенного времени, необходимого для проплавления полимерной пленки). За счет плотной упаковки навески в секциях твердотопливного заряда его выгорание происходит по механизму, близкому к горению моноблочных твердотопливных шашек, то есть достаточно монотонно, а не сразу по всему объему заряда. Этому способствует выполнение перфорации радиальных отверстий трубки-запальника, протяженностью не менее 1/5 ее длины от опорной решетки (гарантирующее надежное зажжение заряда) и не более 1/4 длины, что позволяет обеспечить монотонное ("растянутое во времени") выгорание заряда. Отмеченные технические особенности ГГ дают возможность согласовать газоприход от ГГ (фиг.2) с расширяющимся переменным объемом между ГГ (10) и катапультируемой ракетой (11) в вертикальном пусковом блоке (трубе) (12) и обеспечить при допустимом уровне давления в камере сгорания газогенератора эффективный отстрел катапультируемой массы ракеты.

Технический эффект патентуемого изобретения достигается за счет:

- установки трубки-запальника в центральный канал свернутой в трубку оболочки (патронташа) заряда;

- выполнения трубки-запальника на длину камеры сгорания от передней крышки до опорной решетки и либо заглушенной на опорной решетке, либо с выполнением дросселирующего отверстия (3) для частичного выпуска продуктов сгорания непосредственно из запальника в расходный блок ГГ;

- выполнения перфорации в оконечности трубки-запальника, примыкающей к опорной решетке, на длине 1/5...1/4 от решетки;

- размещения пиропатрона внутри или за пределами трубки-запальника со стороны переднего днища;

- использования в качестве твердого топлива гранулированной навески дымного ружейного пороха, либо баллиститного топлива, причем для обеспечения плотной упаковки может использоваться комбинированная навеска, включающая как дымный ружейный порох, так и баллиститный различных гранулометрических размеров;

- использования в качестве материала оболочки заряда полиэтилентерефталатной пленки, ламинированной полиэтиленом.

Патентуемая конструкция реализована для катапультной ракетной системы со следующими параметрами пускового ГГ:

- стальной корпус с габаритными размерами: длина 300 мм, диаметр 70 мм;

- заряд-порох КЗДП-1 массой 480...550 грамм, размещенный в трех секциях патронташа из полимерной пленки;

- трубка-запальник: диаметр 10 мм с 16 отв. диаметром 5 мм, расположенными на ˜ 1/4 длины от опорной решетки ГГ;

- пиропатрон.

Твердотопливный газогенератор для катапультного устройства ракеты включает корпус с передней крышкой, опорную решетку, пиропатрон и заряд из гранулированного твердого топлива. Заряд твердого топлива размещён в герметичной секционной оболочке из полимерной пленки в виде патронташа, свернутого в цилиндр с центральным каналом и прилегающего к внутренней поверхности корпуса. В центральный канал установлена частично перфорированная трубка-запальник, скрепленная с передней крышкой газогенератора и опорной решеткой. Перфорированный участок трубки-запальника примыкает к опорной решетке и составляет 1/5...1/4 ее длины от решетки. Пиропатрон установлен в передней крышке и газодинамически связан с трубкой-запальником. Секции патронташа выполнены на полную длину камеры сгорания корпуса газогенератора. Изобретение обеспечит эффективный запуск ракеты из пусковой трубы при минимальном воздействии на конструкцию газогенератора. 10 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Твердотопливный газогенератор для катапультного устройства ракеты, включающий корпус с передней крышкой, опорную решетку, пиропатрон и заряд из гранулированного твердого топлива, размещенный в герметичной секционной оболочке из полимерной пленки в виде патронташа, свернутого в цилиндр с центральным каналом, при этом каждая секция патронташа заполнена твердым топливом до плотной упаковки, а свернутый патронташ прилегает к внутренней поверхности корпуса, отличающийся тем, что в центральный канал установлена частично перфорированная трубка-запальник, скрепленная с передней крышкой газогенератора и опорной решеткой, при этом перфорированный участок трубки-запальника примыкает к опорной решетке и составляет 1/5...1/4 ее длины от решетки, а пиропатрон установлен в передней крышке с обеспечением газодинамической связи с трубкой-запальником, причем секции патронташа выполнены на полную длину камеры сгорания корпуса газогенератора.2. Твердотопливный газогенератор по п.1, отличающийся тем, что в качестве твердого топлива использован дымный ружейный порох.3. Твердотопливный газогенератор по п.2, отличающийся тем, что в качестве твердого топлива использована смесь дымного ружейного пороха различной дисперсности.4. Твердотопливный газогенератор по п.3, отличающийся тем, что в качестве твердого топлива использована смесь дымного ружейного пороха ДРП-2 и КЗДП-2 в соотношении 1:8...10.5. Твердотопливный газогенератор по п.2, отличающийся тем, что в качестве твердого топлива использована смесь дымного ружейного пороха ДРП-2 и КЗДП-2 в соотношении 1:8...10.6. Твердотопливный газогенератор по п.1, отличающийся тем, что в качестве твердого топлива использованы гранулы баллиститного ракетного топлива.7. Твердотопливный газогенератор по п.1, отличающийся тем, что в качестве твердого топлива использована смесь гранул баллиститного ракетного топлива и дымного ружейного пороха.8. Твердотопливный газогенератор по п.1, отличающийся тем, что в качестве твердого топлива использована смесь дымного ружейного пороха различной дисперсности.9. Твердотопливный газогенератор по п.8 отличающийся тем, что в качестве твердого топлива использована смесь дымного ружейного пороха ДРП-2 и КЗДП-2 в соотношении 1:8...10.10. Твердотопливный газогенератор по п.1, отличающийся тем, что в качестве твердого топлива использована смесь дымного ружейного пороха ДРП-2 и КЗДП-2 в соотношении 1:8...10.11. Твердотопливный газогенератор по любому из пп.1-10, отличающийся тем, что оболочка заряда выполнена из полиэтилентерефталатной пленки, ламинированной полиэтиленом, а трубка-запальник заглушена со стороны опорной решетки, в которой выполнено дросселирующее отверстие.