ФЕЙЕРВЕРОЧНАЯ РАКЕТА Российский патент 2008 года по МПК F42B4/08 

Изобретение относится к фейерверочным летающим изделиям и может быть использовано для создания различных зрелищных эффектов при проведении праздничных, увеселительных мероприятий, в том числе автономного применения в качестве сигнального средства.

Уровень данной области техники характеризует игрушечная ракета по патенту US 3068792, нац. кл. 102-34.1, 1962 г., которая включает несущий корпус, пиротехническое снаряжение и реактивный пороховой двигатель.

Продольная устойчивость ракеты в полете обеспечивается блоком стабилизации, содержащим распределенные по периметру пластины (перьевые стабилизаторы), закрепленные на оболочке, смонтированной на цилиндрическом корпусе ракеты.

В сопле реактивного двигателя, на торце пороховой шашки помещен воспламенительный заряд, сообщающийся с огнепередаточным шнуром.

На корпусе ракеты закреплена направляющая трубка, устанавливаемая на стационарный стартовый шток, по которому происходит направление ракеты в начале движения, когда аэродинамическая стабилизация отсутствует.

Аэродинамическую устойчивость эта ракета приобретает лишь после достижения определенной скорости, когда напор набегающего воздуха, воспринимаемый пластинчатыми стабилизаторами, становится достаточным для создания стабилизирующего момента, разворачивающего ось ракеты в направлении вектора скорости. Поэтому для запуска используется специальное стартовое устройство для направления первоначального движения ракеты, выполненное в виде стационарно закрепленного стержня, по которому скользит закрепленная на корпусе направляющая трубка.

Недостатком описанной ракеты является неудовлетворительная продольная устойчивость из-за асимметричного крепления направляющей втулки на наружной цилиндрической поверхности корпуса, чем ухудшается обтекаемость формы, не прогнозируемо изменяющая направление вектора тяги и, следовательно, траекторию полета.

Для разгона ракеты необходимо использовать протяженный стартовый стержень, в 1,5-2,5 раза превышающий длину ракеты.

Отмеченные недостатки устранены в ракете по патенту RU 2203472, F42В 4/08, 2003 г., которая по большинству совпадающих признаков выбрана в качестве наиболее близкого аналога предложенной.

Известная фейерверочная ракета содержит цилиндрический корпус, в котором размещены пиротехническое снаряжение и пороховой заряд реактивного двигателя, связанный с запальным огнепроводным шнуром.

На двигателе закреплена призматической формы оболочка блока стабилизации с продольными сквозными вырезами по граням, вдоль которых соосно ребрам многоугольной призмы оболочки закреплены пластинчатые лопасти стабилизаторов (хвостового оперения), расположенные в плоскостях соответствующих граней, то есть равно распределены по периметру блока стабилизации.

Наличие продольных прорезей у оболочки блока стабилизации позволяет снизить потери тяги двигателя, связанные с неполным расширением струи продуктов сгорания ракетного топлива.

Характерной особенностью этой ракеты является закрепление пластинчатых стабилизаторов на краях вырезов под углом к плоскости соответствующей грани оболочки 5-120° для использования энергии расширяющегося потока продуктов сгорания для закрутки ракеты вокруг ее продольной оси.

Угол меньше 5° приводит к неэффективному использованию мощности двигателя в связи с большими потерями энергии на закрутку, больше 120° - создает малый крутящий момент.

Закрутка ракеты осуществляется за счет того, что истекающие через прорези оболочки продукты сгорания создают на поверхностях стабилизаторов избыточное давление, создающее крутящий момент. Вращение ракеты вокруг продольной оси придает ей гироскопическую устойчивость, дополнительно стабилизируя направление движения.

Наиболее интенсивная закрутка ракеты и, следовательно, ее продольная устойчивость, происходит на старте, когда стартовый стержень препятствует свободному осевому истечению продуктов сгорания, перераспределяя основной их поток через прорези на пластинчатые стабилизаторы.

Выбор длины пластинчатых стабилизаторов относительно протяженности вырезов выбирают из условий необходимой интенсивности закрутки ракеты без заметной потери высоты ее подъема.

В известной ракете оболочка используется в качестве направляющего элемента при установке с минимальным зазором на короткий центральный стартовый стержень.

Отсутствие наружной, эксцентрично закрепленной на корпусе, направляющей трубки позволяет исключить несимметричность распределения сил сопротивления от набегающего потока воздуха при полете, чем сократить отклонения ракеты от директории.

Однако недостатками известной конструкции являются следующие.

Неудовлетворительная функциональная надежность из-за прогаров пластинчатых стабилизаторов, длительно контактирующих с высокотемпературными продуктами сгорания, что искажает заданную аэродинамику ракеты и траекторию полета.

Во-вторых, крепление пластин стабилизаторов под разными углами к граням призматической оболочки усложняет техпроцесс изготовления блока стабилизации, что повышает трудоемкость и потребительскую стоимость фейерверочных ракет.

Кроме того, для жесткого крепления блока стабилизации на двигателе ракеты его смещают от продольной оси до примыкания к смежным граням призматической оболочки, так как при сборке имеются неизбежные зазоры между сопрягаемыми деталями. Этот конструктивный недостаток является причиной системного эксцентриситета приложения сил аэродинамического сопротивления относительно тяги ракетного двигателя, отклоняющего ракету от заданной траектории. Отмеченный недостаток усугубляет последствия при вращении ракеты, которая отклоняется от директории по расширяющейся спирали.

Задачей, на которую направлено настоящее изобретение, является устранение отмеченных недостатков за счет упрощения серийной технологии изготовления ракет и повышение их функциональной надежности.

Требуемый технический результат достигается тем, что в известной фейерверочной ракете, содержащей корпус, несущий пиротехническое снаряжение, и реактивный двигатель с пороховым зарядом, инициируемым посредством огнепроводного шнура, а также смонтированную на цилиндрическом двигателе многогранную призматической формы оболочку блока стабилизации с закрепленными вдоль сквозных продольных вырезов пластинами, согласно изобретению пластины блока стабилизации расположены соосно ребрам призматической оболочки в соответствующих плоскостях ее граней, при этом блок стабилизации выполнен из одного листа, а форма продольных вырезов в каждой грани оболочки идентична профилю вырубленных в них пластин стабилизаторов, которые сформированы поворотом примыкающих граней, где размещены вырезы, относительно общего ребра призматической оболочки, лепестки граней которой, образованные срезами верхних концов ее ребер, непосредственно примыкают к поверхности вписанного цилиндрического двигателя, причем срезы ребер призматической оболочки формируют окна аэрации.

Отличительные признаки обеспечили повышение функциональной надежности ракеты за счет соосной сборки ее структурных частей в единый монолит и конструктивную организацию принудительного теплоотвода от пластинчатых стабилизаторов, а также упростили технологию изготовления блока стабилизации вырубкой из одного листа с одновременным формированием продольных вырезов и пластинчатых лопастей, разделенных биговкой ребер призматической оболочки.

Расположение пластин блока стабилизации соосно ребрам призматической оболочки в соответствующих плоскостях ее граней позволило изготавливать призматическую оболочку и пластинчатые лопасти из одного листа вырубкой по профилю развертки с биговкой линий сгиба вдоль ребер призмы.

Идентичность формы продольных вырезов и примыкающих пластин стабилизаторов обеспечила совмещение операций формования их полуфабрикатов посредством совместной вырубки, а также последующего пространственного оформления в общий блок стабилизации при сгибании поворотом примыкающих граней, где расположены вырезы, относительно общих ребер призматической оболочки.

Лепестки граней, образованные срезами верхних концов ребер призматической оболочки, имеющие относительную гибкость, обеспечивают непосредственное беззазорное примыкание к вписанному цилиндрическому двигателю, что позволяет их жестко соединить, в частности приклеить, образовав неразъемную конструкцию с общей центральной осью.

Крепление блока стабилизации к цилиндрическому ракетному двигателю посредством гибких лепестков призматической оболочки обеспечило минимизацию поперечного сечения призматической оболочки при повышении несущей прочности моноблока стабилизации в целом, а также повысило тягу и уменьшило аэродинамическое сопротивление, что в итоге повысило высоту подъема ракеты и зрелищный эффект от светящегося шлейфа из продуктов полного сгорания снаряжения.

При этом срезы ребер призматической оболочки, примыкая к поверхности двигателя, формируют окна аэрации по продольным каналам, образованным в углах призматической оболочки относительно цилиндрического двигателя, по которым набегающий поток воздуха поступает внутрь оболочки и охлаждает ее поверхность, защищая от воздействия высокотемпературного потока продуктов сгорания, выбрасываемых из сопла.

Приповерхностный слой автоматически нагнетаемого атмосферного воздуха из оболочки удаляется через вырезы граней по плоскостям стабилизаторов, частично экранируя теплопередачу и отводя тепло в атмосферу, чем сохраняется целостность пластин стабилизаторов в течение времени работы реактивного двигателя, то есть на активном участке полета ракеты.

Дополнительной функцией распределенных вдоль окон аэрации воздуховодов в оболочке блока стабилизации является продольная устойчивость ракеты за счет ориентированных по периметру потоков воздуха, инжектируемого высокоскоростной сопловой струей продуктов сгорания в реактивном двигателе.

Организация инжектирования атмосферного воздуха к центральной сопловой струе продуктов горения наполнения ракеты обеспечивает турбулезацию последней распределенными струями из каналов аэрации, которые на срезе сопла, в зоне разрежения, поступают радиально и активно перемешиваются с продуктами горения, чем повышается тяга.

За счет перемешивания с инжектируемым атмосферным воздухом разогретых металлических частиц пиротехнического состава корпуса в объеме оболочки блока стабилизации происходит их активное окисление и догорание с ярким цветным свечением в форсовом следе, создающее фейерверочный эффект.

Осесимметричная форма оболочки блока стабилизации, выполняющего функции стартовой направляющей, улучшает аэродинамическую форму ракеты, снижает сопротивление движению и угловые отклонения от заданной траектории полета. Продольная устойчивость направленного движения ракет стабилизирует высоту их подъема, форму и траекторию полета в заданных параметрах.

Гироскопическая устойчивость ракеты на стартовом участке подъема по направляющему стержню позволяет уменьшить площадь пластинчатых стабилизаторов, чем сократить потери на аэродинамическое торможение в полете и увеличить высоту подъема с протяженным форсовым шлейфом в виде расширяющегося конуса высокой яркости.

Следовательно, каждый признак необходим, а их совокупность является достаточной для достижения новизны качества, не присущей признакам в разобщенности, то есть поставленная техническая задача решена не суммой эффектов, а новым сверхэффектом суммы признаков.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображено:

на фиг.1 - фейерверочная ракета, аксонометрия;

на фиг.2 - то же, продольный разрез;

на фиг.3 - схема сборки собственно ракеты с блоком стабилизации;

на фиг.4 - вид по стрелке А на фиг.2.

Корпусные элементы предложенной фейерверочной ракеты выполнены из типографского картона с полимерным пленочным покрытием.

Фейерверочная ракета содержит продольно скрепленные между собой в последовательности корпус 1 с головным обтекателем 2, цилиндрический двигатель 3 с выходным соплом 4 и призматической формы оболочку 5 (в примере четырехгранная призма) блока 6 стабилизации с распределенными по периметру продольными пластинами 7 аэродинамического оперения (стабилизаторами).

Корпус 1 наполнен пиротехническим снаряжением 8 (фиг.2) цветного огня, включающим диспергированный металлический порошок (алюминий, магний, алюминиево-магниевый сплав, их смеси и др.), горение которого кроме яркого свечения дополнительно обеспечивает выраженный звуковой эффект.

В двигателе 3 размещен примыкающий к снаряжению 8 пороховой заряд 9, связанный с инициирующим воспламенение огнепроводным шнуром 10.

Блок 6 стабилизации (фиг.3) изготавливается вырубкой по профилю развертки из одной листовой заготовки с формированием угловых срезов 11 по верхнему торцу и продольных вырезов 12 по контуру пластин 7, ориентированных вдоль биговок (линий сгиба), представляющих собой в сборе ребра 13 призматической оболочки 5.

При сгибании граней 14 относительно ребер 13 оформляются нормально расположенные в блоке 6 стабилизации пластины 7 стабилизаторов и продольные вырезы 12, каждая из которых имеет общее сочленение вдоль одного ребра 13, но при этом размещены они в разных (примыкающих) гранях 14.

Совмещенные концы листового полуфабриката после сгибания для оформления призматической оболочки 5 скрепляются, при этом угловые срезы 11 образуют относительно подвижные лепестки 15 на верхних концах граней 14.

Далее при сборке блока 6 стабилизации с собственно ракетой (фиг.3) лепестки 15 крепятся (приклеиваются) в упор к торцу корпуса 1 на двигателе 3, плотно примыкая к его поверхности за счет обжатия сгибанием лепестков 15 в пределах упругой деформации материала, а срезы 11 формируют окна 16 аэрации (фиг.1 и 4) продольных воздуховодов до среза сопла 4, которые геометрически образуются в зазорах между углами призмы оболочки 5 и двигателем 3.

Функционирует предложенная фейерверочная конструкция ракеты следующим образом. Для запуска ракеты ее устанавливают на стартовый стационарный стержень оболочкой 5, в который опирается сопло 4.

Затем поджигают огнепередаточный шнур 10, тем сопловым импульсом которого воспламеняется пороховой заряд 9 реактивного двигателя 3.

При горении заряда 9 образуются газообразные и конденсированные частицы, которые высокоскоростным струйным потоком выбрасываются через сопло 4 в оболочку 5, где они расширяются.

На старте, когда через минимальные установочные зазоры между направляющим стационарным стержнем и оболочкой 5 не обеспечивается полного расхода продуктов горения заряда 9, возросшим давлением генерируемой газовой среды ракета поднимается, приобретая вращение от тангенциального истечения газов через вырезы 12 за счет направления по касательной, вдоль перпендикулярно односторонне расположенных пластин 7, что создает крутящий момент в виде импульса силы тяги.

Большая часть газовой среды, генерируемой горением заряда 9, расходуется через вырезы 12 оболочки 5, чем обеспечивается гироскопическая продольная устойчивость изделия на старте. Это позволяет в 3-6 раз сократить длину центрального направляющего стержня и заметно уменьшить площадь пластинчатых стабилизаторов 7.

Первое преимущество сокращает габариты потребительской упаковки фейерверочных ракет, а второе - увеличивает траекторию их полета.

Гироскопическая стабилизация ракеты дополняет ее аэродинамическую продольную устойчивость в полете, что обеспечивает минимальные отклонения от заданных формы и наклона траектории.

Высокоскоростной поток выбрасываемых через окно 4 газообразных продуктов горения заряда 9 создает реактивную силу подъема вращающейся вокруг продольной оси ракеты.

После сгорания реактивного порохового заряда 9 воспламеняется примыкающий торец снаряжения 8.

При горении пиротехнического снаряжения 8 образуется большой объем газообразных продуктов, в которых диспергированы раскаленные частицы металлического порошка, выбрасываемых центральной струей, формируемой соплом 4, через оболочку 6 в атмосферу в форме спирального искрового шлейфа, яркое свечение которого обеспечивается активным окислением на воздухе металлических частиц, что создает фейерверочный эффект.

Высокоскоростной поток продуктов горения из сопла 4 реактивного двигателя 3 инжектирует атмосферный воздух, поступающий по распределенным периферийным воздуховодам через окна аэрации 16. В зоне разрежения оболочки 5 (на срезе сопла 4) происходит турбулезация потоков и активное перемешивание продуктов горения с атмосферным воздухом, в результате чего разогретые металлические частицы состава 8 догорают с ярким свечением, являющимся основой фейерверочного эффекта.

На траектории полета ракеты воздух набегающего потока через окна аэрации нагнетается внутрь оболочки 5 и всесторонне обжимает воздушно-газовую смесь реактивной струи. При этом холодный атмосферный воздух, поступающий на периферию оболочки 5, вытесняется через сквозные вырезы 12 по поверхности стабилизаторов 7, предохраняя их от прямого воздействия высокотемпературных продуктов горения и прогаров, что обеспечивает расчетные режимы тяги реактивного двигателя 3 и продольной стабилизации ракеты.

Проведенный сопоставительный анализ предложенного технического решения с выявленными аналогами уровня техники, из которого изобретение явным образом не следует для специалиста по фейерверкам, показал, что оно не известно, а с учетом возможности промышленного серийного изготовления фейерверочных ракет можно сделать вывод о соответствии критериям патентоспособности.

Изобретение относится к фейерверочным летающим изделиям и может быть использовано для создания различных зрелищных эффектов при проведении праздничных, увеселительных мероприятий. Фейерверочная ракета содержит корпус, несущий пиротехническое снаряжение, и реактивный двигатель с пороховым зарядом, инициируемым посредством огнепроводного шнура, а также многогранную призматическую оболочку блока стабилизации с пластинами стабилизаторов, закрепленных вдоль продольных вырезов. Пластины блока стабилизации расположены соосно ребрам призматической оболочки в соответствующих плоскостях ее граней, при этом блок стабилизации выполнен из одного листа, а форма продольных вырезов в каждой грани оболочки идентична профилю вырубленных в них пластин стабилизаторов, которые сформированы поворотом примыкающих граней, где размещены вырезы, относительно общего ребра, призматической оболочки, лепестки граней которой, образованные срезами верхних концов ее ребер, непосредственно примыкают к поверхности вписанного цилиндрического двигателя, причем срезы ребер призматической оболочки формируют окна аэрации. Упрощается технология изготовления и сборки фейерверочной ракеты, увеличивается высота подъема, повышается продольная устойчивость на траектории полета. 4 ил.

Фейерверочная ракета, содержащая корпус, несущий пиротехническое снаряжение, и реактивный двигатель с пороховым зарядом, инициируемым посредством огнепроводного шнура, а также смонтированную на цилиндрическом двигателе многогранную призматической формы оболочку блока стабилизации с закрепленными вдоль ее сквозных продольных вырезов пластинами, отличающаяся тем, что пластины блока стабилизации расположены соосно ребрам призматической оболочки в соответствующих плоскостях ее граней, при этом блок стабилизации выполнен из одного листа, форма продольных вырезов в каждой грани оболочки идентична профилю вырубленных в них пластин стабилизаторов, которые сформированы поворотом примыкающих граней, в которых размещены вырезы, относительно общего ребра призматической оболочки, лепестки граней которой, образованные срезами верхних концов ее ребер, непосредственно примыкают к поверхности вписанного цилиндрического двигателя, а срезами ребер призматической оболочки образованы окна аэрации.