УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИНИЦИИРОВАНИЯ Российский патент 2006 года по МПК F42B3/10 

Изобретение относится к области пиротехники и может быть использовано в конструкциях воспламенителей газогенераторов, ракетных двигателей и других устройствах пироавтоматики.

Существуют различные конструкции газогенераторов, ракетных двигателей и других технических средств, инициирование которых осуществляется огневым импульсом (форсом пламени), при этом само устройство инициирования, в свою очередь, задействуется от начального импульса (электрического, огневого, механического и т.д.). Вместе с тем, в определенных случаях, требуется, чтобы устройство инициирования в процессе срабатывания отсекалось от источника задействования (от внешней среды).

В патенте RU №2088886 (МПК⁶: F 42 B 3/12, БИ №24, 1997 г.) представлена конструкция пироэнергодатчика, использующегося для воспламенения топлив ракетных двигателей и приведения в действие агрегатов пироавтоматики ракетно-космической техники.

В данном случае имеется довольно сложная, а следовательно, малонадежная конструкция, включающая электровоспламенительный узел с инициирующим зарядом, передаточный и пиротехнический заряды, выполненные из пиротехнических составов (ПТС), отделенные от инициирующего заряда обтюрирующим устройством конического типа и решеткой с отверстиями. Наличие подвижного обтюрирующего конуса в конструкции должно обеспечивать перекрытие конической полости под действием продуктов сгорания передаточного заряда, т.е. отсекать электровоспламенительный узел от продуктов сгорания передаточного и пиротехнического зарядов.

Недостатком данного устройства является тот факт, что инициирование передаточного и пиротехнического зарядов, как уже упоминалось, недостаточно надежно, поскольку зависит от большого количества элементов, качества их изготовления и взаимной ориентации.

В патенте RU №2059859 (МПК⁶: F 02 K 9/08, БИ №13, 1996 г.) описано устройство инициирования ракетного двигателя. Устройство состоит из инициатора замедленного действия и воспламенителя, при этом инициатор установлен в сопловой заглушке с радиальными отверстиями и конусным каналом, расширяющимся в сторону инициирующего заряда. Инициирующий заряд отделен от конусного канала диском с отверстиями (решеткой). В конусной полости помещен шарик, диаметр которого больше диаметра отверстий в диске и диаметра цилиндрического канала, соединяющего коническую полость с радиальными отверстиями.

В данном случае задействование инициирующего заряда, передающего горение воспламенителю, осуществляется не электрическим способом, а за счет воздействия пороховых газов через радиальные отверстия в заглушке и цилиндрический канал, примыкающий к конической полости.

В данном устройстве происходит отсечка инициирующего и воспламенительного зарядов от внешней среды с помощью шарика (за счет газообразных продуктов сгорания инициирующего заряда) с целью обеспечения их нормального функционирования.

К недостаткам данной конструкции следует отнести наличие большого количества элементов (шарика, конической полости с узким каналом, разделительной решетки с отверстиями), которые, в конечном счете, усложняют конструкцию и снижают ее надежность. Задействование устройства происходит от пороховых газов, находящихся под давлением ˜3000 атм (в момент выстрела артиллерийского орудия), и процесс воздействия газов на инициирующий заряд через узкие каналы крайне ограничен во времени (несколько миллисекунд). Таким образом, обеспечить достаточную надежность задействования инициирующего заряда в данном случае крайне проблематично, в особенности, если задействование должно происходить от огневого импульса с параметрами давления, составляющими не более 100 атм.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному решению является устройство для инициирования, представленное в описании патента RU №2110038 (МПК⁶: F 42 B 3/10, БИ №12, 1998 г.).

В данном случае инициирующий и воспламенительный заряды разделены между собой металлической перегородкой. Оба заряда выполнены из пиротехнических составов, причем инициирующий заряд выполнен из состава, образующего твердые шлаки. Процесс передачи горения от инициирующего состава к воспламенительному осуществляется посредством разогрева металлической перегородки. В соответствии с описанием изобретения время срабатывания данного устройства составляет 0,1 с. Несмотря на указанную авторами изобретения простоту предлагаемого устройства, в его конструкции имеется канал с дном в виде полусферы, что требует применения специальной технологии при его изготовлении. Время срабатывания устройства, составляющее 0,1 с, не вполне может удовлетворять требованиям, предъявляемым к быстродействующим техническим средствам.

Задачей, решаемой настоящим изобретением, является существенное уменьшение времени срабатывания, возможность его регулирования с сохранением отсечки воспламенительного заряда от инициирующего (внешней среды) и упрощение конструкции в целом.

Технический результат, достигаемый при использовании изобретения, заключается в следующем:

- время срабатывания устройства составляет ˜0,01 с;

- обеспечивается возможность регулирования времени срабатывания;

- осуществляется отсечка устройства от внешней среды, что обеспечивает нормальное функционирование конструкции в целом;

- упрощается изготовление устройства и повышается технологичность снаряжения.

Для достижения указанного технического результата в известном устройстве для инициирования, содержащем корпус, в котором соосно через перегородку установлены инициирующий и воспламенительный заряды, выполненные из пиротехнических составов, причем инициирующий заряд выполнен из безгазового состава, образующего твердые продукты горения, согласно изобретению инициирующий заряд выполнен в виде двух элементов, соединенных каналом, заполненным безгазовым пиротехническим составом, образующим твердые продукты горения, при этом площади сечения элемента инициирующего заряда и воспламенительного заряда, разделенных перегородкой, соизмеримы, а диаметр соединительного канала (d) по отношению к диаметру инициирующего заряда (D), контактирующего с перегородкой, находится в соотношении d=(0,1÷0,3)×D при отношении диаметра соединительного канала к его длине, равном 0,2÷1,0.

С целью регулирования времени срабатывания металлическая перегородка может быть выполнена в виде свободно вложенной пластины из различного материала, иметь различную толщину, а также может быть сплошной или иметь периферийные отверстия или прорези.

В частном случае, элементы инициирующего заряда, разделенные узким каналом, могут иметь одинаковый диаметр (если они имеют цилиндрическую форму), что упрощает технологию изготовления и снаряжения. Равенство площадей сечений элемента инициирующего заряда и воспламенительного заряда, примыкающих к перегородке, обеспечивает эффективный разогрев последней, повышает надежность передачи горения и существенно сокращает время передачи горения. Возможность регулирования толщины перегородки, ее материала и формы позволяет, используя одну и ту же конструкцию, обеспечивать необходимое время срабатывания.

Выполнение инициирующего заряда в виде двух элементов, соединенных узким каналом, и применение безгазового пиротехнического состава, образующего твердые компактные шлаки и имеющего достаточно высокую скорость горения, позволяет эффективно передать горение воспламенительному заряду и обеспечить отсечку воспламенительного заряда от инициирующего (внешней среды) путем запирания узкого канала твердыми шлаками.

Подобранное соотношение размеров соединительного канала (диаметр, длина), размеры и конкретные пиротехнические составы элементов инициирующего и воспламенительного зарядов, материал и форма перегородки позволяют получить максимальный технический результат при использовании предлагаемого устройства для инициирования.

Конструкция предлагаемого устройства представлена на чертеже.

В корпусе 1 расположены соосно инициирующий заряд 2 и воспламенительный заряд 3, разделенные перегородкой 4. Инициирующий заряд 2 выполнен из пиротехнического состава, образующего твердые продукты горения, в виде двух элементов, соединенных узким каналом, который заполнен также составом, образующим твердые продукты горения. При горении пиротехнического состава заряда 3 могут образовываться как твердые, так и газообразные продукты горения.

Работа устройства осуществляется следующим образом. При задействовании инициирующего заряда 2 внешним импульсом (пороховыми газами) происходит передача горения от инициирующего заряда 2 через перегородку 4 к воспламенительному заряду 3. При горении воспламенительного заряда 3 образуются газообразные продукты, которые поджимают перегородку 4 к твердым продуктам горения инициирующего заряда, что дополнительно уплотняет последние. Эффективность запирания узкого канала достигается подбором его размеров (диаметра и длинны) и подбором пиротехнического состава инициирующего заряда 2, образующего твердые продукты горения, при этом повышение эффективности запирания обеспечивается именно за счет наличия перегородки 4. Перегородка может быть выполнена в виде свободно вложенной пластины как сплошной, так и с периферийными отверстиями или прорезями, что повышает надежность передачи горения от инициирующего заряда 2 к воспламенительному заряду 3 и сокращает время срабатывания инициирующего устройства.

Осуществив подбор пиротехнических составов с необходимыми характеристиками, удалось реализовать время срабатывания предлагаемого инициирующего устройства, составляющее менее 0,01 с. Инициирующий заряд был выполнен из безгазового состава на основе KClO₄, Ti и Al, патент RU №2091359 (МПК⁶: С 06 В 29/04, БИ №27, 1997), обладающего достаточно высокой скоростью горения >200 мм/с. Соотношение диаметра соединительного канала и элемента инициирующего заряда, контактирующего с перегородкой, находилось в соотношении d=0,2×D. Отношение диаметра соединительного канала к его длине составляло 0,65. Перегородка, выполненная из стали толщиной 0,3мм, имела несколько периферийных прорезей. Воспламенительный заряд был выполнен из состава на основе Pb₃O₄ и Zr, при этом его диаметр был равен диаметру элемента инициирующего заряда, контактирующего с перегородкой.

Данное устройство было многократно испытано в температурном диапазоне от +50°С до -50°С при задействовании его от внешнего огневого импульса (пороховых газов) и показало свою эффективную работоспособность как на модельных сборках, так и в составе конструкции газогенератора.

Использование: в пиротехнике, в конструкциях воспламенителей. Сущность изобретения заключается в том, что в корпусе соосно через перегородку установлены инициирующий и воспламенительный заряды, выполненные из пиротехнических составов. Инициирующий заряд выполнен из безгазового пиротехнического состава, образующего твердые продукты горения, в виде двух элементов, соединенных каналом. Площадь поперечного сечения элемента инициирующего заряда, контактирующего с перегородкой, соизмерима с площадью поперечного сечения воспламенительного заряда. Перегородка может быть выполнена в виде пластины, как сплошной, так и с периферийными отверстиями или прорезями. Элемент инициирующего заряда, контактирующий с перегородкой, и соединительный канал могут быть выполнены цилиндрической формы с соотношением размеров d=(0,1-0,3)·D и d/L=0,2-1,0, где d - диаметр соединительного канала; D - диаметр элемента инициирующего заряда, контактирующего с перегородкой; L - длина соединительного канала. Технический результат: время срабатывания составляет ˜0,01 с; возможность отсечки устройства от внешней среды; возможность регулирования времени срабатывания. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для инициирования, содержащее корпус, в котором соосно через перегородку установлены инициирующий и воспламенительный заряды, выполненные из пиротехнических составов, при этом инициирующий заряд выполнен из безгазового пиротехнического состава, образующего твердые продукты горения, отличающееся тем, что инициирующий заряд выполнен в виде двух элементов, соединенных каналом, заполненным безгазовым пиротехническим составом, образующим твердые продукты горения, при этом площадь поперечного сечения элемента инициирующего заряда, контактирующего с перегородкой, соизмерима с площадью поперечного сечения воспламенительного заряда.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что элемент инициирующего заряда, контактирующего с перегородкой, и соединительный канал выполнены цилиндрическими и находятся в соотношении

d=(0,1...0,3)×D и d/L=0,2...1,0,

где d - диаметр соединительного канала;

L - длина соединительного канала;

D - диаметр элемента инициирующего заряда, контактирующего с перегородкой.