УНИВЕРСАЛЬНАЯ ДВУХРЕЖИМНАЯ ТВЕРДОТОПЛИВНАЯ ТОРПЕДА Российский патент 2006 года по МПК F42B19/18 

Изобретение относится к области военно-морской техники, а его заявленные признаки могут быть использованы в других системах вооружений и в общем энергомашиностроении.

Известна реактивная авиационная торпеда РАТ-52 ("Оружие российского флота". Санкт-Петербург: "Судостроение", 1996). В качестве двигательно-движительного комплекса этой торпеды использовался ракетный двигатель, работающий на твердом пороховом заряде. К недостаткам такой энергетической установки следует отнести ее низкий к.п.д. и, как следствие, низкие транспортные характеристики торпеды (скорости 52÷53 узла, дистанция 500 м).

Известна однорежимная тепловая торпеда калибра 324 мм МК-46, разработанная в США (JANE S weapon systems 1979-80 (Справочник систем вооружений)).

В этой торпеде используется энергетическая установка в составе резервуара жидкого унитарного (однокомпонентного) топлива Otto-fuell и двухвальный биротативный аксиально-поршневой двигатель с неподвижной камерой сгорания и механизмом газораспределения по цилиндрам двигателя. Движитель - двухвальный винтовой.

Известна американская многорежимная тяжелая торпеда калибра 533 мм МК-48 (1. JANE'S weapon systems 1979-80. 2. Рекламный проспект "Heavyweight Torpedo МК-48. ADCAP. United States Navy" (тяжелая торпеда МК-48. ADCAP. Военно-морской флот США). 3. Судостроение за рубежом, №4. К. Зарубежная военно-морская техника, 1991, №6).

В энергетической установке этой торпеды используется то же топливо, что и в МК-46, и одновальный аксиально-поршневой двигатель с вращающимися камерой сгорания и механизмом газораспределения. Движитель - водомет. Эта торпеда принята за прототип. К недостаткам этой торпеды (как и МК-46) следует отнести:

- необходимость оборудования сложных пожарно-взрывобезопасных, экологически чистых участков заправки и разрядки энергетических отделений в промышленности и на флотах;

- сложность конструкции и трудоемкость самого резервуара топлива и системы его подачи в камеру сгорания поршневого двигателя в составе устройства наддува резервуара, высоконапорного насоса и регулирующих устройств.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение энерговооруженности, эксплуатационных характеристик, упрощение конструкции энергетического отделения и, как следствие, повышение его надежности при более высоких транспортных характеристиках торпеды.

Указанная задача достигается тем, что в состав энергетической установки торпеды включен твердотопливный пороховой заряд торцевого горения с камерой сгорания и аксиально-поршневой двигатель с механизмом газораспределения.

Повышение энерговооруженности торпеды обусловлено тем, что плотность твердотопливного заряда, рецептура которого освоена отечественной промышленностью в серийном производстве, на 25% выше чем однокомпонентного жидкого топлива при примерно одинаковой температуре и составе газа при сгорании топлив.

Обоснованием для использования такой энергетической установки, работающей в широком диапазоне противодавления при ходе торпеды на разных глубинах, является зависимость скорости горения твердого топлива от давления в камере сгорания

,

где W - скорость горения;

Р_КС - давление в к.с.;

ν - показатель степени (для используемых составов ν=0,1÷0,8),

и существенное свойство поршневого двигателя как объемной машины.

Это свойство проявляется в том, что при повышении противодавления (увеличении глубины хода) при незначительном снижении мощности (а значит, и оборотов двигателя) значительно повышаются давление в камере сгорания и скорость горения твердого топлива и тем самым поддерживается выходная мощность установки. Таким образом автоматически реализуется эффект самовыравнивания энергетической установки, работающей на продуктах сгорания твердого топлива, т.е. стабилизации оборотов, а значит, и скорости торпеды (с допустимой ошибкой) при ее ходе на глубинах использования.

При этом величина снижения оборотов двигателя определяется показателем степени в зависимости W=f(P_KC) и конструктивными параметрами поршневого двигателя.

В отличие от торпеды МК-48, в которой смена режимов осуществляется перенастройкой системы подачи жидкого однокомпонентного топлива, в заявленной торпеде для реализации второго кратковременного режима на выходе из камеры сгорания твердого топлива параллельно газоходу в поршневой двигатель установлена линия сброса газа за борт через регулятор давления "до себя", поддерживающего необходимое давление в камере сгорания в зависимости от забортного (Р₃). При этом управление регулятором давления осуществляется от бортовой электронной вычислительной машины через электроклапан, который перепускает забортное давление (Р₃) на включение-выключение регулятора, тем самым обеспечивая смену режима торпеды по скорости.

Предлагаемые технические решения для заявленной торпеды помимо достижения поставленных целей направлены, кроме того, и на решение важной задачи унификации систем вооружения в части используемых топлив.

Схематично предлагаемая торпеда представлена на чертеже и состоит из боевого зарядного отделения 1, приборного отделения 2 с бортовой электронной вычислительной машиной 3, энергетического отделения в составе твердотопливного порохового заряда торцевого горения 4, камеры сгорания 5, вращающегося механизма газораспределения в поршневой двигатель 6, аксиально-поршневого двигателя 7, с наклонным качающимся диском 8, выходного вала двигателя 9, регулятора давления 12, электроклапана 13 и хвостовой части 10 с водометным движителем 11.

Следует отметить, что в зависимости от выбранной кинематической схемы аксиально-поршневого двигателя механизм газораспределения может быть как вращающийся с приводом от выходного вала, так и неподвижный. С точки зрения заявленных признаков на изобретение это непринципиально.

Торпеда функционирует следующим образом. После выстреливания из торпедного аппарата или пусковой установки воспламеняется заряд твердого топлива и продукты сгорания через механизм газораспределения поступают в цилиндры поршневого двигателя на впуск и выпуск через вал за борт. При этом (если запуск энергетической установки производится на режиме малой мощности) по команде от бортовой вычислительной машины регулятор давления газа включен и в камере сгорания устанавливается давление (а значит, и скорость горения топлива) в зависимости от забортного давления для поддержания постоянной мощности двигателя (скорости торпеды) во всем диапазоне глубин хода. При отключении регулятора давления газа по команде от бортовой вычислительной машины в камере сгорания устанавливаются давление и скорость горения топлива, соответствующие режиму большей мощности, а значит, и скорости торпеды. При этом стабилизация этой мощности и скорости торпеды в диапазоне глубин хода обеспечивается за счет эффекта самовыравнивания энергетической установки.

В обоснование предлагаемого изобретения проведены расчеты для торпед калибра 324 и 533 мм, проведены предварительные тормозные испытания с использованием макетных зарядов твердого топлива и разработанных на предприятии аксиально-поршневых двигателей.

Изобретение относится к двухрежимным твердотопливным торпедам. Торпеда состоит из боевого зарядного отделения, приборного отделения с бортовой электронной вычислительной машиной, энергетического отделения и хвостового отделения с движителем. В энергетическом отделении размещены твердотопливный пороховой заряд торцевого горения с камерой сгорания и аксиально-поршневой двигатель с механизмом газораспределения, причем между камерой сгорания и механизмом газораспределения установлен сбросный канал газа за борт через регулятор давления газа, командная полость которого связана с забортным давлением, а его переключающее устройство - с линией управления от бортовой электронной вычислительной машины через электроклапан. Техническим результатом является повышение энерговооруженности и упрощение конструкции энергетического отделения торпеды. 1 ил.

Универсальная двухрежимная твердотопливная торпеда, состоящая из боевого зарядного отделения, приборного отделения с бортовой электронной вычислительной машиной, энергетического отделения, хвостового отделения с движителем, отличающаяся тем, что в энергетическом отделении размещен твердотопливный пороховой заряд торцевого горения с камерой сгорания и аксиально-поршневой двигатель с механизмом газораспределения, причем между камерой сгорания и механизмом газораспределения установлена линия сброса газа за борт через командную полость регулятора давления газа, переключающее устройство которого связано с линией управления от бортовой электронной вычислительной машины через электроклапан.