СПОСОБ ПРИВЕДЕНИЯ В ДВИЖЕНИЕ МЕТАЕМОГО ЭЛЕМЕНТА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2008 года по МПК F42B5/02 F02K9/70 

Изобретение относится к области метаемой реактивной техники и может быть использовано как для повышения эффективности реактивных метаемых элементов с маршевым комбинированным силовым устройством на основе сверхскоростного прямоточного воздушно-реактивного двигателя, так и для повышения эффективности работы метательных устройств, в том числе и безоткатных метательных направляющих устройств.

Известен способ ускорения метаемого элемента, патент РФ №2238511 от 10.07.03, состоящий в том, что в шашке твердого ракетного топлива заранее формируются каналы круглого или плоского (щелевого) сечения, заполненных поджигающим пороховым зарядом.

Недостаток данного технического решения состоит в том, что конструкция шашки твердого ракетного топлива, пронизанная одним и, тем более, множеством каналов не выдерживает больших продольных перегрузок в метательных устройствах для метаемых элементов, шашки твердого ракетного топлива ломаются и объемно детонируют, разрушая метаемый элемент и его метательное устройство, а также предварительные каналы в шашках твердого ракетного топлива приводят к потере массы заряда метаемого элемента от 20 до 30%.

Наиболее близким техническим решением к заявленному является способ приведения в движение метаемого элемента, патент РФ №2100754 С1, МПК F42B 5/02, 1997 г., заключающийся в том, что газообразующий заряд, являющийся каморным зарядом, располагают в свободном объеме гильзы и осуществляют его воспламенение. Для осуществления данного способа применяют устройство, содержащее корпус, выполненный в виде гильзы с донцем, и газообразующий заряд, являющийся каморным зарядом, расположенный в свободном объеме гильзы.

Недостатком данного технического решения является невозможность мгновенного каналообразования из-за возможности детонации всего заряда топлива.

Технической задачей заявляемого способа является повышение плотности заряжания, управление скоростью газоприхода с помощью каналообразующих элементов и, вследствие чего повышение скорости метаемого элемента при вылете.

Технический результат заключается в заявляемом способе приведения в движение метаемого элемента, заключающийся в том, что газообразующий каморный заряд, располагают в свободном объеме гильзы и осуществляют его воспламенение, причем в качестве газообразующего каморного заряда используют монолитное ракетное пастообразное топливо, имеющее способность сжиматься на 30%, при этом в газообразующий каморный заряд вставляют каналообразующие элементы, имеющие длину, равную длине свободного объема гильзы, а каналообразующие элементы выполняют в виде скребков-ершиков, прикрепленных к донной части метаемого элемента и образующих каналы в газообразующем каморном заряде при движении метаемого элемента, либо в виде огнепроводящих шнуров.

В газообразующий каморный заряд вводят крошку огнепроводящего шнура.

Заявляемый способ реализуется в заявляемом устройстве для приведения в движение метаемого элемента, содержащем корпус, выполненный в виде гильзы с донцем, и газообразующий каморный заряд, расположенный в свободном объеме гильзы, причем газообразующий каморный заряд представляет собой монолитное ракетное пастообразное топливо, имеющее способность сжиматься на 30%, при этом в газообразующий каморный заряд вставлены каналообразующие элементы, выполненные в виде скребков-ершиков, прикрепленных к донной части метаемого элемента и образующих каналы в газообразующем каморном заряде при движении метаемого элемента, либо в виде огнепроводящих шнуров, и имеющие длину, равную длине свободного объема гильзы.

При этом каналообразующие элементы, выполненные в виде скребков-ершиков, прикреплены к донной части метаемого элемента посредством стальной струны.

Устройство также содержит каналообразующие элементы, выполненные в виде скребков-ершиков, которые прикреплены к днищу гильзы и расположены навстречу каналообразующим элементам, прикрепленным к донной части метаемого элемента.

Таким образом, в сплошном массиве монолитного ракетного пастообразного топлива образуются, с большой скоростью, осесимметричные каналы горения: один или счетное их множество в зависимости от заданного темпа разгона метаемого элемента; на большой дистанции или на длине короткого ствола открытого с обоих концов.

Диаметр и относительная длина каждого канала формируется таким образом, что обеспечивается критическое значение числа Маха, равное единице потока продуктов канального горения монолитного ракетного пастообразного топлива в конце этого канала, открытого в сторону затвора метательного устройства (не показаны), направляющего метаемый элемент с горящим монолитным ракетным пастообразным топливом в нужном направлении. Число каналов горения монолитного ракетного пастообразного топлива определяется давлением, которое могут выдержать стенки корпуса метаемого элемента.

Скорость сгорания образуемого таким способом газообразующего каморного заряда регулируется заранее массовой долей пороховой части заряда. Каналообразующими элементами в основном массиве монолитного ракетного пастообразного топлива являются огнепроводящие шнуры или стальные тонкие струны с каналообразующими скребками-ершиками на конце.

На фиг.1 показана схема штатного метаемого элемента в сборе.

На фиг.2 показана схема устройства для приведения в движение метаемого элемента с газообразующим каморным зарядом, представляющим собой монолитное ракетное пастообразное топливо, т.е. ускоритель, расположенным в свободном объеме гильзы с каналообразующими элементами - скребками-ершиками.

На фиг.3 показано сечение фиг.2 метаемого элемента по А-А газообразующего каморного заряда.

На фиг.4 показано сечение фиг.2 метаемого элемента по В-В газообразующего каморного заряда с каналообразующими скребками-ершиками.

На фиг.5 показана схема устройства для приведения в движение метаемого элемента с газообразующим каморным зарядом, расположенным в свободном объеме гильзы с каналообразующими элементами - скребками-ершиками, расположенными по направлению друг к другу.

На фиг.6 показана схема устройства для приведения в движение метаемого элемента с газообразующим каморным зарядом, расположенным в свободном объеме гильзы с каналообразующими элементами - огнепроводящими шнурами.

На фиг.7 показано сечение фиг.6 по С-С метаемого элемента с газообразующим каморным зарядом и расположенными в нем каналообразующими элементами - огнепроводящими шнурами.

На фиг.1 схематично показано устройство для приведения в движение метаемого элемента, содержащее метаемый элемент 1 корпус гильзы 2 и донце гильзы 3.

На фиг.2 схематично изображено устройство для приведения в движение метаемого элемента, состоящее из корпуса гильзы 2, донца 3 гильзы 2 каналообразующих элементов - скребков-ершиков 4 донной части 5 метаемого элемента 1 с креплениями 9 для стальных струн 6.

На фиг.3 изображено сечение А-А фиг.2, где показаны корпус гильзы 2 донная часть 5 метаемого элемента 1 и крепления 9.

На фиг.4 изображено сечение В-В фиг.2, где показаны корпус гильзы 2 и каналообразующие элементы - скребки-ершики 4.

На фиг.5 схематически показано устройство для приведения в движение метаемого элемента, которое состоит из корпуса гильзы 2 донца гильзы 3 каналообразующих элементов, например скребков-ершиков 4, донная часть 5 метаемого элемента 1, крепления 9 струн 6.

На фиг.6 схематически показано устройство для приведения в движение метаемого элемента, которое состоит из метаемого элемента 1 корпуса гильзы 2 донца гильзы 3, монолитного ракетного пастообразного топлива 7 каналообразующих элементов - огнепроводящих шнуров 8.

На фиг.7 изображено сечение С-С фиг.6, где показаны корпус гильзы 2, монолитное ракетное пастообразное топливо 7, каналообразующие элементы - огнепроводящие шнуры 8.

Работа устройства для приведения в движение метаемого элемента посредством способа осуществляется следующим образом.

При срабатывании капсюля (не показан) в донце гильзы 3 фиг.2 поджигается газообразующий каморный воспламеняющий заряд, расположенный в свободном объеме гильзы 2, и начальным давлением приводит в движение метаемый элемент 1, увлекающий за собой каналообразующие элементы - скребки-ершики 4, прикрепленные к донной части 5 метаемого элемента 1 посредством стальных струн 6. Скребки-ершики 4 "взрыхляют" монолитный заряд ракетного пастообразного топлива 7, увеличивая тем самым поверхность горения, в следствие чего резко увеличивается скорость горения и, соответственно, газоприход с увеличением полного давления.

В случае формирования реактивной силы метаемого элемента встречными каналообразующими элементами - скребками-ершиками 4 (фиг.5) происходит то же, что и в первом случае с той разницей, что при движении скребков-ершиков 4 навстречу друг другу происходит наилучшее "взрыхление" монолитного ракетного пастообразного топлива 7, так как в случае однонаправленных скребков-ершиков 4 часть монолитного ракетного пастообразного топлива 7 в силу своей вязкости может увлекаться за скребками-ершиками.

В случае формирования реактивной силы метаемого элемента каналообразующими элементами - огнепроводящими шнурами, элементы работают следующим образом.

На фиг.6 при срабатывании капсюля (не показан) в донце гильзы 3 воспламеняется монолитное ракетное пастообразное топливо 7 и каналообразующие элементы - огнепроводящие шнуры 8, а скорость горения огнепроводящих шнуров 8 много больше скорости горения монолитного ракетного пастообразного топлива 7. Огнепроводящие шнуры 8 мгновенно создают горящий канал по всей длине монолитного ракетного пастообразного топлива 7, увеличивая тем самым поверхность горения, вследствие чего резко увеличивается скорость горения и, соответственно, газоприход с увеличением полного давления.

Время сгорания τ_пт свода монолитного ракетного пастообразного топлива между двумя соседними образовавшимися каналами должно быть равно времени пребывания метаемого элемента в стволе и определяется по соотношению:

где τ_пт - время сгорания свода монолитного ракетного пастообразного топлива,

l_n - длина пути,

l_пт - толщина свода монолитного ракетного пастообразного топлива,

u_c - конечная скорость метаемого элемента,

u_пт - скорость горения монолитного ракетного пастообразного топлива.

Относительную длину канала определяют по соотношению:

где l_к - длина канала горения,

r_к - радиус канала горения,

а_кр - скорость звука в конечном критическом сечении канала,

ρ_кр - плотность газа в критическом сечении,

ρ_к - плотность газа в канале,

u_пт - скорость сгорания пастообразного топлива.

Требуемое давление в каналах горения монолитного ракетного пастообразного топлива определяется числом каналов горения из условия 30% сжимаемости ракетного пастообразного топлива по соотношению:

где n_к - число каналов или число продольных огнепроводящих шнуров в сечении метаемого элемента (гильзы) монолитного ракетного пастообразного топлива,

r_пт - радиус монолитного ракетного пастообразного топлива в объеме гильзы,

r_к - радиус канала, создаваемого огнепроводящим шнуром,

и условия адиабатического расширения продуктов сгорания одноканального огнепроводящего шнура определяются соотношением:

где r_0ш - внешний радиус огнепроводящего шнура,

r_ш - внутренний радиус огнепроводящего шнура,

- начальное давление продуктов сверхбыстрого горения огнепроводящего шнура,

- начальное давление в канале горения смеси монолитного ракетного пастообразного топлива с крошкой огнепроводящего шнура или крупнозернистого пороха,

χ=с_p/c_ν - показатель адиабаты продуктов горения огнепроводящего шнура и ракетного пастообразного топлива.

При заданном давлении после сгорания газообразующего каморного заряда в закрытом объеме гильзы, в несколько раз большем давления отрыва метаемого элемента от гильзы (Р_км>1 бар) от продуктов горения донного каморного заряда (и от пирозапала), загораются огнепроводящие шнуры, причем пламя от огнепроводящих шнуров движется со скоростью u_ш>30 ^м/_с, на порядок большей u_пт, поэтому режим многоканального горения монолитного ракетного пастообразного топлива устанавливается практически мгновенно и происходит сначала с ростом давления, а затем с падением давления при догорании остатков ракетного пастообразного топлива, например, как и пороха.

Таким образом, заявляемые технические решения позволяют значительно улучшить технические характеристики по сравнению со штатным метаемым элементом, работающим на твердом ракетном топливе, в котором необходимо предварительно создать каналы, приводящие к потере массы заряда метаемого элемента до 30%, а также ослабляющие конструкцию метаемого элемента, вследствие чего он не выдерживает продольных перегрузок во время старта и шашка твердого ракетного топлива лопается и детонирует, что приводит к разрушению метаемого элемента.

Монолитное пастообразное ракетное топливо выдерживает большие продольные перегрузки, а также занимает весь свободный объем гильзы, предназначенный для каморного заряда. Путем внедрения каналообразующих элементов, таких как скребки-ершики или огнепроводящие шнуры в монолитное пастообразное ракетное топливо значительно повысилась скорость горения и улучшились технические характеристики метаемого элемента.

Способ приведения в движение метаемого элемента заключается в том, что газообразующий каморный заряд располагают в свободном объеме гильзы и осуществляют его воспламенение. В качестве газообразующего каморного заряда используют монолитное ракетное пастообразное топливо, имеющее способность сжиматься на 30%. В газообразующий каморный заряд вставляют каналообразующие элементы, имеющие длину, равную длине свободного объема гильзы. Каналообразующие элементы выполняют в виде скребков-ершиков, прикрепленных к донной части метаемого элемента и образующих каналы в газообразующем каморном заряде при движении метаемого элемента, либо в виде огнепроводящих шнуров. Устройство для приведения в движение метаемого элемента содержит корпус, выполненный в виде гильзы с донцем, и газообразующий каморный заряд, расположенный в свободном объеме гильзы. Газообразующий каморный заряд представляет собой монолитное ракетное пастообразное топливо, имеющее способность сжиматься на 30%. В газообразующий каморный заряд вставлены каналообразующие элементы, выполненные в виде скребков-ершиков либо в виде огнепроводящих шнуров, и имеющие длину, равную длине свободного объема гильзы. Скребки-ершики прикреплены к донной части метаемого элемента и образуют каналы в газообразующем каморном заряде при движении метаемого элемента. Изобретения позволяют повысить плотность заряжания, а также скорость метаемого элемента. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Способ приведения в движение метаемого элемента, заключающийся в том, что газообразующий каморный заряд располагают в свободном объеме гильзы и осуществляют его воспламенение, отличающийся тем, что в качестве газообразующего каморного заряда используют монолитное ракетное пастообразное топливо, имеющее способность сжиматься на 30%, причем в газообразующий каморный заряд вставляют каналообразующие элементы, имеющие длину, равную длине свободного объема гильзы, а каналообразующие элементы выполняют в виде скребков-ершиков, прикрепленных к донной части метаемого элемента и образующих каналы в газообразующем каморном заряде при движении метаемого элемента, либо в виде огнепроводящих шнуров.2. Способ приведения в движение метаемого элемента по п.1, отличающийся тем, что в газообразующий каморный заряд вводят крошку огнепроводящего шнура.3. Устройство для приведения в движение метаемого элемента, содержащее корпус, выполненный в виде гильзы с донцем, и газообразующий каморный заряд, расположенный в свободном объеме гильзы, отличающееся тем, что газообразующий каморный заряд представляет собой монолитное ракетное пастообразное топливо, имеющее способность сжиматься на 30%, причем в газообразующий каморный заряд вставлены каналообразующие элементы, выполненные в виде скребков-ершиков, прикрепленных к донной части метаемого элемента и образующих каналы в газообразующем каморном заряде при движении метаемого элемента, либо в виде огнепроводящих шнуров, и имеющие длину, равную длине свободного объема гильзы.4. Устройство для приведения в движение метаемого элемента по п.3, отличающееся тем, что каналообразующие элементы, выполненные в виде скребков-ершиков, прикреплены к донной части метаемого элемента посредством стальной струны.5. Устройство для приведения в движение метаемого элемента по п.3, отличающееся тем, что оно содержит каналообразующие элементы, выполненные в виде скребков-ершиков, которые прикреплены к днищу гильзы и расположены навстречу каналообразующим элементам, прикрепленным к донной части метаемого элемента.