ДВИГАТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА БЕЗОТКАТНОГО ОРУДИЯ Российский патент 2008 года по МПК F02K9/08 F02K9/36 

Изобретение относится к ракетной технике, в частности к двигательным установкам бозоткатного орудия.

Основный отличием этого класса двигателей от ракетных двигателей твердого топлива (РДТТ) общего назначения является то, что двигатель не летит вместе с ракетой, а неподвижно закреплен в стволе безотказного орудия. Начальную скорость ракете сообщает давление пороховых газов, истекающих в заснарядное пространство из передних сопел двигателя. Возникающая при этом отдача нейтрализуется истечением газов в противоположном направлении через задние сопла. Такая схема нашла широкое применение в конструкции противотанковых ракетных комплексов.

Учитывая то, что ракете необходимо сообщить высокую начальную скорость за короткий промежуток времени (<0,1 с), в таких двигателях используется вкладной многошашечный канальный пороховой заряд, имеющий развитую поверхность горения и малую толщину горячего свода (0,7...1,4 мм).

Примером выполнения двигательной установки безоткатного орудия может служить вышибная двигательная установка ПТРК "Конкурс" ("Основы устройства и функционирования противотанковых управляемых ракет". Учебное пособие, издательство ТулГУ, г.Тула, 2003 г., стр.114, 115).

Двигательная установка содержит камеру сгорания, вкладной многошашечный пороховой заряд из тонкосводных одноканальных шашек, передние и задние сопла с заглушками и щелевыми диафрагмами с одинаковыми поперечными размерами щелей.

К недостатку двигательной установки, общему для всех двигателей с вкладным тонкосводным пороховым зарядом, можно отнести разрушение заряда на диафрагмах и последующий выброс из двигателя несгоревших остатков пороха, что снижает энергетическую эффективность двигателя и увеличивает разброс характеристик двигателя и ракеты. Причем наибольшее разрушение заряда происходит вначале от действия газов воспламенителя, и в конце горения, когда толщина горящего свода уменьшается до ˜0,1 мм и меньше. При такой толщине свода шашки из пироксилинового пороха, наиболее часто используемого в двигателях такого класса (как и в прототипе), разрушаются на диафрагмах на мелкие фрагменты и выносятся из двигателя в обе стороны.

Положение усугубляется неплоской опорной поверхностью диафрагмы, при которой шашка контактирует с опорной поверхностью одной точкой, а не всей поверхностью торца, что увеличивает контактные напряжения, а следовательно, и разрушение шашки.

В начале работы двигателя выброс происходит сразу же после вылета сопловых заглушек и при одинаковой их прочности также идет в обе стороны, через передние и задние сопла. Учитывая равенство проходных сечений передней и задней диафрагмы, выброс пороха через передние и задние сопла происходит примерно в равной степени.

Следует отметить, что в наибольшей степени на снижение энергетической эффективности двигательной установки влияет выброс пороха через задние сопла. При выбросе через передние сопла остатки шашек догорают в заснарядном пространстве, продолжая совершать полезную работу по ускорению ракеты. При выбросе через задние сопла остатки пороха догорают в атмосфере, не совершая полезной работы.

Задачей настоящего изобретения является повышение энергетической эффективности двигательной установки безоткатного орудия путем создания условий для преимущественного выброса пороха через передние сопла.

Указанная задача решается тем, что в двигательной установке безоткатного орудия, содержащей камеру сгорания, многошашечный канальный пороховой заряд, передние и задние сопла с заглушками и щелевыми диафрагмами, шашки заряда выполнены из термопластичного порохового состава, поперечный размер щелей передней сопловой диафрагмы выполнен большим, чем задней, прочность заглушек передних сопел выполнена меньшей, чем задних.

При этом опорные элементы передней диафрагмы выполнены с возможностью реформации в диаметральной плоскости, а в зазоре между внутренней поверхностью камеры и зарядом установлена прокладка.

Поперечное размеры щелей передней и задней диафрагм определяются из соотношение: δ_пер=1,1δ_зад.=D-2e₁,

где D - наружный диаметр шашки заряда;

2e₁ - толщина горящего овода шашки.

Выполнение поперечного размера щелей передней диафрагмы большим, чем задней, обеспечивает преимущественный выброс несгоревших остатков пороха через передние сопла в заснарядное пространство. Ту же задачу в период воспламенения заряда решает и выполнение передних заглушек меньшей прочности, чем задних. Выполнение опорных элементов передней диафрагмы с возможностью деформации в диаметральной плоскости дополнительно повышает вероятность выброса пороха именно через передние сопла. В случае нерасчетно большого радиального перепада давления в камере, часть опорных элементов деформируется, увеличивая поперечный размер щели, через которую шашка в конечной стадии горения проталкивается в передние сопла.

Выполнение шашек из термопластичного порохового состава уменьшает вероятность разрушения их на фрагменты - тормопластичная шашка при осевом нагружении проталкивается через переднюю диафрагму, деформируясь по размеру щели без существенного разрушения, энергетическая эффективность догорания шашек в этом случае выше, чем при разрушении их.

Поперечный размер щели в диафрагмах выбирается таким, чтобы в течение всего времени горения заряда диаметр шашек оставался не меньше щели. Диаметр канальных шашек в конце горения определяется выражением

d=D-2e₁,

где D - наружный диаметр шашки (начальный),

2e₁ - толщина горящего свода.

Чрезмерное уменьшение дели нежелательно, так как увеличивает гидравлическое сопротивление диафрагмы, а увеличение щели увеличивает неконтролируемый выброс пороха. Практика экспериментальной отработки двигательной установки показала, что оптимальным вариантом для передней диафрагмы является выполнение поперечного размера щели на ˜10% большим, чем в задней, и равным конечному диаметру шашки, т.е. δ_пер.=1,1δ_зад.=D-2e₁.

Установка в зазоре между внутренней поверхностью камеры и зарядом прокладки обеспечивает расположение шашек вдоль оси двигателя. При расположении шашек под углом к оси двигателя повышается вероятность разрушения шашек от совместного действия изгибных напряжений и внутреннего давления, особенно в начале работы двигателя, когда перепад давления между каналом шашки и ее наружной поверхностью максимальный.

На фиг.1 представлен вариант конструкции предлагаемой двигательной установки. На фиг.2, 3 показаны передняя и задняя сопловые диафрагмы соответственно.

Двигательная установка включает камеру сгорания 1, многошашечный заряд из одноканальных шашек 2, шесть передних сопел 3 с наружными заглушками 4 (давление срыва 5...10 кгс/см²), двенадцать задних сопел 5 с внутренними сопловыми заглушками 5 (давление вылета 40...30 кгс/см²). У передних сопел 3 установлена целевая диафрагма 7 с прямыми параллельными колосниками, а у задних сопел 5 - щелевая диафрагма 8 с круговыми опорными элементами. Высота колосников передней диафрагмы 7 значительно больше ширины, а в задней диафрагме наоборот - высота опорных элементов значительно меньше ширины, что обуславливает особенности деформирования опорных элементов передней и задней диафрагм. У задних сопел 5 установлен воспламенитель 9, а в зазоре между внутренней поверхностью камеры и зарядом 2 - прокладка 10. Прокладка 10 выполнена из плотного картона и в зависимости от величины зазора может иметь несколько витков.

Работает двигательная установка следующим образом.

При срабатывании воспламенителя 9 зажигается пороховой заряд 2, после чего вылетают сначала менее прочные заглушки 4 передних сопел 3, затем - более прочные заглушки 6 задних сопел 5. В случае разрушения торцев шашек от силового действия газов воспламенителя, частички пороха вылетают преимущественно через открывшиеся передние сопла 3 в заснарядное пространство, где догорают, совершая полезную работу по ускорению ракеты. При дальнейшем горении заряда истечение продуктов сгорания идет как через передние сопла 3, так и через задние сопла 5. Диафрагмы 7 и 3 удерживают заряд 2 в камере 1. Прокладка 10 препятствует перекосу шашек заряда в камере, уменьшая вероятность разрушения их при изгибе. В конечной стадии горения часть шашек (недогоревших, например, вследствие наличия разносводности) проталкивается через переднюю сопловую диафрагму, имеющую больший поперечный размер щелей, деформируясь при этом по размеру щели без разрушения. Отсутствие разрушения повышает эффективность догорания шашек в заснарядном пространстве.

Таким образом, выполнение шашек из термопластичного порохового состава при выполнении долей в передней сопловой диафрагме с большим поперечным размером, чем в задней, а передних сопловых заглушек менее прочными, чем задних при наличии прокладки в зазоре между внутренней поверхностью камеры и зарядом обеспечивает смещение неконтролируемого выброса порохового заряда при его разрушении в сторону передних сопел, что повышает энергетическую эффективность двигательной установки.

Двигательная установка безоткатного орудия содержит камеру сгорания, многошашечный канальный пороховой заряд, передние и задние сопла с заглушками, а также передние и задние щелевые диафрагмы. Шашки заряда выполнены из термопластичного порохового состава. Поперечный размер щелей передней диафрагмы выполнен большим, чем размер щелей задней диафрагмы. Прочность заглушек передних сопел выполнена меньшей, чем у задних. Опорные элементы передней диафрагмы выполнены с возможностью деформации в диаметральной плоскости. В зазоре между внутренней поверхностью камеры сгорания и зарядом установлена прокладка. Изобретение позволяет повысить энергетическую эффективность двигательной установки путем создания условий для выброса остатков порохового заряда преимущественно через передние сопла. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Двигательная установка безоткатного орудия, содержащая камеру сгорания, многошашечный канальный пороховой заряд, передние и задние сопла с заглушками и передние и задние щелевые диафрагмы, отличающаяся тем, что шашки заряда выполнены из термопластичного порохового состава, поперечный размер щелей передней диафрагмы выполнен большим, чем размер щелей задней диафрагмы, прочность заглушек передних сопел выполнена меньшей, чем задних, при этом опорные элементы передней диафрагмы выполнены с возможностью деформации в диаметральной плоскости.2. Двигательная установка по п.1, отличающаяся тем, что в зазоре между внутренней поверхностью камеры и зарядом установлена прокладка.3. Двигательная установка по п.1, отличающаяся тем, что поперечные размеры щелей δ_пер передней и δ_зад задней диафрагм определяются из соотношения

δ_пер=1,1δ_зад=D-2е₁,

где D - наружный диаметр шашки заряда;

2e₁ - толщина горящего свода шашки.