РАКЕТА ДЛЯ АКТИВНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ОБЛАКА Российский патент 2008 года по МПК F42B12/36 

Изобретение относится к устройствам для изменения атмосферных условий путем рассеивания в облаках аэрозоля, генерируемого при сгорании пиротехнической шашки, а более конкретно, к твердотопливному двигателю метеорологических ракет для активного воздействия на облака.

Уровень данной области техники характеризует выбранный в качестве наиболее близкого аналога патент RU 2110040, F42В 12/36, 1998 г., в котором описана ракета для активного воздействия на облака с твердотопливным реактивным двигателем.

Одним из функциональных элементов этой ракеты является твердотопливный двухрежимный двигатель, содержащий сопловой блок и жестко связанные переходником два корпуса, каждый из которых включает последовательно смонтированные канальную пороховую шашку и пиротехническую шашку стабилизации ее горения, а также усилительный заряд.

Пороховые шашки установлены на газодинамических решетках, причем нижняя решетка опирается на сопловой блок, а верхняя - на несущий переходник между двумя корпусами двигателя.

В сопловом блоке установлена центральная электрокапсюльная втулка, связанная с питанием пусковой установки.

Усилительный заряд корпуса, примыкающего к сопловому блоку, служит воспламенителем для канальной пороховой шашки второго режима, усилительный заряд которой выполняет функции устройства инициирования горения канальной шашки активного дыма, размещенной в головной части ракеты.

Описанная конструкция используется в метеорологической ракете "Алазань-6" в качестве реактивного двигателя с секциями: стартового и маршевого режимов.

Практика изготовления и эксплуатации известной ракеты показала ряд присущих этому двигателю недостатков.

Конструктивная сложность двухрежимного двигателя определяет технологические проблемы изготовления секционного корпуса с автономными пиротехническими, пороховыми шашками и передаточными зарядами последовательного действия, что повышает трудозатраты.

При последовательной работе секций двигателя в стартовом и маршевом режимах нарастание тяговых характеристик до максимальных значений растянуто по времени, что делает ракету чувствительной к приземным ветрам, заметно влияющим на точность стрельб, отклоняя траекторию полета от заданной.

Использование в каждой секции двигателя дополнительных пиротехнических шашек, стабилизирующих горение основных канальных пороховых шашек, и связанная с этим необходимость применения усилительных зарядов для последовательной передачи воспламенительного импульса снижает полезную нагрузку и уменьшает тяговые характеристики ракеты.

Меньшая дистанция полета ограничивает эффективность использования активного аэрозоля непосредственно в удаленном от позиции стрельбы облаке.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение функциональной надежности реактивного твердотопливного двигателя для обеспечения стабильности работы на старте и в полете, при повышении эффективности действия ракеты по назначению.

Требуемый технический результат достигается тем, что в известной ракете для активного воздействия на облака, содержащей сопловой блок с центральной электрокапсюльной втулкой, две продольно расположенные канальные пороховые шашки, установленные с радиальными зазорами относительно корпуса, усилитель воспламенительного импульса, передаточный пиротехнический заряд и канальную шашку активного дыма с устройством ее инициирования, расположенную в головной части ракеты, согласно изобретению она снабжена ресивером, расположенным между усилителем воспламенительного импульса и электрокапсюльной втулкой, канальные пороховые шашки выполнены с равными сводами горения, разделены диафрагмой и установлены в общем корпусе, при этом отношение величины радиального зазора t₁ между корпусом и нижней канальной пороховой шашкой и величины аналогичного зазора t₂ верхней канальной пороховой шашки обратно пропорционально отношению диаметров каналов упомянутых шашек, длины L₁, L₂ упомянутых шашек определены из следующих соотношений: и где - критерий Победоносцева, а передаточный пиротехнический заряд выполнен в виде замедлителя из пиротехнического состава, время горения которого в кратное число раз больше времени горения канальных пороховых шашек двигателя, причем устройство инициирования канальной шашки активного дыма размещено на дюзе, а торец передаточного пиротехнического заряда, обращенный к устройству инициирования канальной шашки активного дыма, выполнен в виде кумулятивной воронки, примыкающей к дюзе.

Отличительные признаки обеспечили упрощение конструкции реактивного двигателя, характеризующегося более динамичным режимом старта и стабильным режимом в полете, и повысили его функциональную надежность для более эффективного воздействия ракеты на облака активным дымом, генерируемым непосредственно у цели.

Оснащение двигателя ракеты ресивером обеспечивает при старте сглаживание пикового давления начала горения пороховых шашек и, следовательно, кратно уменьшает динамическую нагрузку на несущие элементы соплового блока, а также на марше выполняет функции диффузора, где стабилизируются динамические характеристики потока, давление и скорость газообразных продуктов горения перед их подачей в сопловой блок.

Размещение в двигателе ресивера между усилителем воспламенительного импульса и электровоспламенительной втулкой значительно снижает пиковое давление газообразных продуктов горения при старте до уровня, при котором не происходит разрушений соплового блока и нет необходимости его механического усиления с сопутствующим увеличением балластной массы.

Установка воспламенителя соосно, через ресивер, электрокапсюльной втулке позволяет воспринять ее инициирующий огневой импульс на пусковой установке для одновременного воспламенения через соосные центральные каналы размещенных на общей диафрагме обеих пороховых шашек, горение которых происходит синхронно по всей поверхности в стабильном режиме.

Это позволило исключить пиротехнические шашки, стабилизирующие горение канальных пороховых шашек, и усилительный заряд последовательного включения на полете второго режима работы двигателя по прототипу. За счет высвободившегося объема увеличена масса пороховых шашек и, следовательно, тяговые характеристики двигателя.

Одновременно с воспламенением пороховых шашек тепловым импульсом, передаваемым по их осевым каналам, от общего воспламенительного устройства автоматически инициируется горение пиротехнического состава замедлителя.

Равный свод горения обеих смонтированных в общем корпусе канальных пороховых шашек обеспечивает стационарный режим работы двигателя, что дает более динамичный сход ракеты с пусковой установки, имея повышенную начальную скорость для исключения негативного влияния на точность полета приземных ветров.

Выполнение радиального зазора между корпусом и канальной пороховой шашкой, примыкающей к сопловому блоку, большим, чем аналогичный зазор установки второй верхней шашки, в отношении, обратно пропорциональном отношению диаметров их каналов, обеспечивает стабильность газодинамического режима работы двигателя на всем протяжении его функционирования. Меньшего размера радиальный зазор между корпусом и шашкой со стороны соплового блока обеспечивает ускорение периферийных потоков продуктов горения обеих шашек, объем которых значительно превышает центральный поток по осевым каналам, что увеличивает тягу.

Для обеспечения тождественных газодинамических условий расхода генерируемых газообразных продуктов горения через проходные сечения обеих канальных пороховых шашек в стационарном режиме работы реактивного двигателя длину совместно функционирующих в общем корпусе шашек выбирают из следующих соотношений:

и

где L₁ - длина канальной шашки, примыкающей к сопловому блоку;

L₂ - длина верхней канальной шашки;

- критерий Победоносцева;

t₁ - радиальный зазор между корпусом и шашкой, примыкающей к сопловому блоку;

t₂ - радиальный зазор верхней канальной шашки.

Выполнение передаточного пиротехнического заряда в виде замедлителя из пиротехнического состава, время горения которого в кратное число раз больше времени горения канальных пороховых шашек двигателя, обеспечивает временную задержку инициирования шашки активного дыма, то есть начала генерирования рабочего аэрозоля.

Во время этой задержки ракета инерционно (после окончания работы двигателя) достигает обрабатываемого облака, что обеспечивает более рациональное использование рабочего аэрозоля с активными частичками непосредственно в облаке.

Генерируемый аэрозоль дополнительно истекает через сопловой блок в виде более крупных конденсированных частиц при движении по свободному объему корпуса двигателя.

Дополнительное фракционирование аэрозольных частичек активного дыма повышает эффективность воздействия на облака, в частности, выполняя роль центров конденсации атмосферной влаги для выпадения осадков.

Размещение устройства инициирования пиротехнических шашек активного дыма на дюзе фокусирует огневой форс, так как дюза выполняет функции линзы.

Выполнение торца передаточного пиротехнического заряда, обращенного к устройству инициирования воспламенения канальных шашек активного дыма, в виде кумулятивной воронки, примыкающей к дюзе, повышает функциональную надежность огневой цепи за счет фокусирования горячих продуктов горения в остро направленный форс.

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

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 схематично изображена метеорологическая ракета с предложенным реактивным твердотопливным двигателем, на фиг.2 - головная часть ракеты.

Метеорологическая ракета содержит головную часть 1, закрытую аэродинамическим обтекателем 2, реактивный двигатель 3 с двумя канальными пороховыми шашками 4, 5, соосно последовательно смонтированными в общем корпусе 6, и усилитель 7 воспламенительного импульса, расположенный соосно центральной электрокапсюльной втулке 8 соплового блока 9, оснащенного лопастным стабилизатором 10.

Усилитель 7 воспламенительного импульса от электровоспламенительной втулки 8 установлен в решетке 11, опирающейся на торцевой выступ соплового блока 9, формообразующий ресивер 12 для диффузионного расширения газового потока из камеры сгорания пороховых шашек 4, 5.

Канальные пороховые шашки 4 и 5 двигателя 3, имеющие равный свод горения, примыкают с разных сторон к разделительной диафрагме 13 и установлены в корпусе 6 с радиальными зазорами 14 и 15 соответственно 20 мм и 9 мм.

Таким образом, суммарные проходные сечения, сформированные при установке канальных шашек 4 и 5 относительно корпуса 6, тождественно равны как в статике, так и в динамике поверхностного горения их равных сводов.

Радиальный зазор 14 (t₁) между корпусом 6 и канальной пороховой шашкой 4 со стороны соплового блока 9 превышает аналогичный зазор 15 (t₂) установки в корпусе 6 верхней канальной пороховой шашки 5 в отношении, обратно пропорциональном отношению диаметров их каналов.

При этом длины L₁=410 мм и L₂=340 мм упомянутых шашек 4 и 5 определены из следующих соотношений соответственно:

где - критерий Победоносцева (150).

Корпус 6 посредством переходника 16 связан с головной частью 1, несущей канальные шашки 17 активного дыма, которые сообщаются с установленным в переходнике 16 устройством 18 инициирования их воспламенения.

Устройство 18 размещено на дюзе 19, примыкающей сверху к пиротехническому замедлителю 20, опирающемуся на решетку 21, отделяющую от канальной пороховой шашки 5 двигателя 3.

Торец передаточного пиротехнического заряда замедлителя 20, обращенный к устройству 18 инициирования воспламенения шашек 17 активного дыма, выполнен в виде кумулятивной воронки, примыкающей к дюзе 19.

Между корпусом головной части 1 и обтекателем 2 смонтирован выпускной коллектор 22, в сообщающемся с канальными шашками 17 активного дыма диффузоре 23 которого выполнены распределенные по периметру выходные отверстия 24.

В диффузоре 23 расположена соосная устройству 18 инициирования дюза 25 исполнительного механизма 26 самоликвидации ракеты.

Исполнительный механизм 26 последовательно включает пиротехнический замедлитель 27, два параллельно сблокированных лучевых капсюля-детонатора 28, примыкающих к ленточному поперечному заряду 29 взрывчатого вещества, сверху экранированного жесткой отражающей перекладиной 30.

Ленточный заряд 29 сообщается с продольными ленточными зарядами 31, размещенными на поверхности корпусов головной части 1 и двигателя 3 и кольцевым зарядом 32 взрывчатого вещества в сопловом блоке 9.

Пиротехнический замедлитель 27 исполнительного механизма 26 самоликвидации по торцам выполнен с коническими выемками 33 и 34, нижней и верхней по чертежу соответственно.

Нижняя выемка 33, сообщающаяся с дюзой 25, выполняет функции конфузора для формирования направленного по центру форса из поступающих газообразных горячих продуктов.

Верхняя выемка 34, направленная в сторону лучевых капсюлей-детонаторов 28, представляет собой кумулятивную воронку, предназначенную для концентрации продуктов горения пиротехнического состава замедлителя 27 в плотный тепловой поток.

Функционирует ракета с предложенным реактивным двигателем следующим образом.

При пуске ракеты электрическое напряжение подается на электрокапсюльную втулку 8, огненным форсом срабатывания которой инициируется воспламенительный заряд 7.

Остро направленный факел сработавшего усилительного заряда 7 воспламеняет канальные пороховые шашки 4, 5 и пиротехнический состав замедлителя 20. При этом шашки 4, 5 горят по всей развитой поверхности центральных каналов и снаружи в радиальных зазорах 14 и 15 соответственно, а замедлитель 20 - по торцу.

В момент запуска рост давления внутри двигателя 3 происходит стремительно скачком и пороховые газы устремляются к сопловому блоку 9 на выход. В ресивере 12 происходит торможение газовых потоков и сглаживание пикового давления с относительно плавным его ростом перед подачей в сопловой блок 9.

При достижении необходимого усилия тяги ракета сходит с пусковой установки на траекторию полета к обрабатываемому облаку.

Средства коммуникации твердотопливного двигателя 3 в оптимальном соотношении геометрических параметров: центральные каналы шашек 4, 5, радиальные зазоры 14, 15, решетки 11, 21 и разделительная диафрагма 13, - обеспечивают функциональное единство стабильной работы двигателя 3 в стационарном режиме в течение всего цикла горения пороховых шашек 4 и 5.

Время горения замедлителя 20 в кратное число раз больше времени горения канальных пороховых шашек 17 двигателя 3 (10 с и 3 с соответственно), что обеспечивает возможность ракете развить максимальную маршевую скорость инерционного движения к цели, после чего плоский фронт горения замедлителя 20 кумулятивной воронкой ее торца трансформируется в факел, который далее дюзой 19, подобно линзе, фокусируется для воспламенения пиротехнического состава устройства 18.

Форс пламени от устройства 18 инициирования воспламеняет пиротехнический состав канальных шашек 17, при горении которых генерируется аэрозоль (активный дым, содержащий твердые частички, которые в атмосфере облака служат центрами каплеобразования).

Генерируемый аэрозоль поступает в диффузор 23, где газообразные продукты горения шашек 17 расширяются и с возросшим давлением выбрасываются через распределенные выходные отверстия 24 коллектора 22.

Одновременно горячие продукты горения шашек 17, сформированные дюзой 25 и конфузором 33 в концентрированно направленный факел, воспламеняют пиротехнический состав замедлителя 27, время горения которого рассчитано гарантированно большим, чем время горения шашек 17.

Генерируемый аэрозоль при горении шашки 17 распространяется также через свободный к тому времени корпус 6 двигателя 3 и выбрасывается в облако через сопловой блок 9. При движении аэрозоля по двигателю 3 происходит агломерация взвешенных твердых активных его частичек, поэтому в обрабатываемое облако поступают частички разной фракционности и активности, что более эффективно интенсифицирует процесс выпадения осадков.

При выходе фронта горения пиротехнического состава на верхний торец замедлителя 27 кумулятивная воронка 34 формирует огненный факел, от которого происходит срабатывание сблокированных параллельно капсюлей-детонаторов 28.

Детонационная волна от капсюлей-детонаторов 28 непосредственно передается на примыкающий ленточный заряд 29 взрывчатого вещества, при этом отражается от экранирующей перекладины 30, предотвращая разрушающее воздействие детонационной волны на обтекатель 2.

При детонации поперечного ленточного заряда 29 разрушается массивный коллектор 22 и объемный обтекатель 2.

Детонационный импульс от заряда 29 передается на продольные ленточные заряды 31, распределенные по поверхности вдоль корпуса 6, и кольцевой заряд 32 на сопловом блоке 9, в результате чего дробится двигатель 3 и разрушается сопловой блок 9 соответственно на безопасные для жизнедеятельности людей части в месте их падения.

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

Изобретение относится к устройствам для изменения атмосферных условий, в частности к твердотопливным ракетам для активного воздействия на облака. Ракета содержит ресивер, расположенный между усилителем воспламенительного импульса и электрокапсюльной втулкой, сопловой блок с центральной электрокапсюльной втулкой, две продольно расположенные канальные пороховые шашки, установленные с радиальными зазорами относительно корпуса, усилитель воспламенительного импульса, передаточный пиротехнический заряд в виде кумулятивной воронки, примыкающей к дюзе, выполненный в виде замедлителя из пиротехнического состава, время горения которого превышает время горения канальных пороховых шашек, и канальную шашку активного дыма. Пороховые шашки выполнены с равными сводами горения, разделены диафрагмой и установлены в общем корпусе. Отношение величин радиального зазора между корпусом и канальными пороховыми шашками обратно пропорциональны отношению диаметров каналов упомянутых шашек, а длины L₁, L₂ упомянутых шашек определены из следующих соотношений: и где - критерий Победоносцева. Обеспечивается упрощение конструкции реактивного двигателя при повышении его функциональной надежности и более эффективном воздействии ракеты на облака. 2 ил.

Ракета для активного воздействия на облака, содержащая сопловой блок с центральной электрокапсюльной втулкой, две продольно расположенные канальные пороховые шашки, установленные с радиальными зазорами относительно корпуса, усилитель воспламенительного импульса, передаточный пиротехнический заряд и канальную шашку активного дыма с устройством ее инициирования, расположенную в головной части ракеты, отличающаяся тем, что она снабжена ресивером, расположенным между усилителем воспламенительного импульса и электрокапсюльной втулкой, канальные пороховые шашки выполнены с равными сводами горения, разделены диафрагмой и установлены в общем корпусе, при этом отношение величины радиального зазора t₁ между корпусом и нижней канальной пороховой шашкой и величины аналогичного зазора t₂ верхней канальной пороховой шашки обратно пропорционально отношению диаметров каналов упомянутых шашек, длины L₁, L₂ упомянутых шашек определены из следующих соотношений:

и где - критерий Победоносцева, а передаточный пиротехнический заряд выполнен в виде замедлителя из пиротехнического состава, время горения которого в кратное число раз больше времени горения канальных пороховых шашек, причем устройство инициирования канальной шашки активного дыма размещено на дюзе, а торец передаточного пиротехнического заряда, обращенный к устройству инициирования канальной шашки активного дыма, выполнен в виде кумулятивной воронки, примыкающей к дюзе.