ПОРОХОВОЙ ЗАРЯД ЩЕТОЧНОЙ КОНСТРУКЦИИ Российский патент 2009 года по МПК F02K9/36 F02K9/10 

Настоящее предполагаемое изобретение относится к пороховым зарядам щеточной конструкции, в частности к зарядам, в которых концы пороховых элементов скреплены при помощи эластичного клеящего материала с передним дном камеры реактивного двигателя или другого порохового устройства (порохового газогенератора и т.п.), применяемого в технике военного и гражданского назначения.

Пороховые заряды щеточной конструкции нашли широкое распространение, т.к. они обеспечивают практически полное сгорание пороховых элементов в камерах сгорания пороховых устройств.

Использование эластичного клеящего материала позволяет получить оптимальное соотношение прочности и упругости узла крепления пороховых элементов, необходимое для компенсации осевых и радиальных ударных нагрузок, действующих на пороховые элементы как в процессе эксплуатации, так и при работе двигателя (например при срабатывании воспламенителя). В отсутствие такой компенсации при жестком креплении пороховых элементов может происходить частичное или полное их разрушение, что приводит к существенному снижению энергетической эффективности заряда и двигателя. Особенно увеличивается вероятность разрушения заряда при использовании малопрочных тонкосводных пороховых элементов, используемых в зарядах с малым временем горения.

Вместе с тем известные пороховые заряды такой конструкции имеют существенный недостаток, связанный с их клеевым креплением, а именно высокую зависимость качества склеивания от точности соблюдения ее технологии. Клеевое крепление зависит от качества зачистки и обезжиривания склеиваемых поверхностей, качества нанесения адгезионного слоя на склеиваемые поверхности, качества самого клеевого материала, достоверности контроля прочности собственно клеевого соединения пороховых элементов с элементами конструкции пороховых устройств.

Очевидно, что соблюсти все эти условия сложно, однако для импульсных пороховых устройств качество крепления пороховых элементов особенно важно, так как они содержат пороховые заряды с большим количеством тонкостенных пороховых элементов, сгорающих в условиях значительного перепада давления от места крепления к открытому их торцу и действия направленных в ту же сторону перегрузок, что сопровождается значительными усилиями, растягивающими и вырывающими пороховые элементы из заделки.

Примером такого заряда может быть заряд твердого ракетного топлива по патенту РФ №2133370, МПК6 F02K 9/10, 20/07/1999 г., выбранный авторами и заявителем настоящего предлагаемого изобретения в качестве аналога.

Этот заряд состоит из трубчатых тонкостенных пороховых элементов (шашек), в каналы которых вклеены ветви шплинтов, ушки которых погружены в вулканизированный эластичный клеящий материал, размещенный в полости чашеобразного переднего дна ракетного двигателя.

Анализ конструкции аналога показывает, что:

- крепление шплинтов в дне ракетного двигателя обеспечивается формой их ушек и прочностью эластичного клеящего материала и в принципе прочность такого крепления может быть проконтролирована выдергиванием из каждого заряда одного-двух пороховых элементов (технологический отход);

- зачистка, обезжиривание и нанесение адгезионного слоя на поверхность канала порохового элемента из-за его малого диаметра и достаточно широкого допуска на его изготовление весьма затруднительны, а их качество и качество склеивания со шплинтом установить визуальным контролем, свойственным серийному производству, практически невозможно. По этим же причинам эти операции не могут быть автоматизированы;

- такая конструкция порохового заряда приемлема только при использовании в нем трубчатых пороховых элементов.

Из изложенного следует, что заряд-аналог достаточно трудоемок и дорог в производстве и при этом не имеет высокой стабильности качества.

Другой известный заряд щеточной конструкции для импульсного реактивного двигателя твердого топлива по патенту РФ №2251628, МПК6 F02K 9/95, 10/05/2005 г., выбранный авторами и заявителем настоящего предлагаемого изобретения в качестве прототипа, отличается от аналога более простыми конструкцией и способом изготовления.

Как видно из приведенного в этом патенте чертежа, многошашечный щеточный пороховой заряд состоит из пучка тонкостенных пороховых элементов (шашек), утопленных одним торцом в эластичный клеящий материал непосредственно в полости камеры реактивного двигателя. Поэтому для его формирования могут быть использованы пороховые элементы любого поперечного сечения: круг, кольцо, прямоугольник, прямоугольник, изогнутый любым возможным образом, и т.д.

К его недостаткам можно отнести:

- большую глубину вклеивания пороховых элементов (2-3 диаметра);

- необходимость изготовления пороховых элементов из достаточно пористого пороха, например пироксилина и, следовательно, невозможность использования для этого современных быстрогорящих порохов, отличающихся высокой плотностью и монолитностью, а также высокой чистотой поверхности;

- большое время торцевого догорания остатков пороховых элементов, утопленных в клеящий материал, после сгорания выступающих из него частей пороховых элементов, которое происходит при низком давлении и сопровождается значительным выделением дыма, препятствующего прицельной стрельбе, наблюдению за результатами стрельбы, демаскирующими место стрельбы, и т.д.

Из изложенного следует, что заряд-прототип менее трудоемок в производстве, чем заряд-аналог, и его производство может быть автоматизировано, однако его можно изготовить только при использовании пороховых элементов из пористых порохов.

Технической задачей настоящего предлагаемого изобретения является устранение недостатков известных пороховых зарядов щеточной конструкции, а именно обеспечение качественного изготовления прочных щеточных зарядов из пороховых элементов любых марок пороха при одновременном упрощении технологии их изготовления за счет исключения из нее значительной части трудно контролируемых визуально операций.

Решение поставленной технической задачи достигается тем, что в пороховом заряде щеточной конструкции, содержащем пучок пороховых элементов и утопленном одним концом в эластичный клеящий материал, размещенный в чашеобразном элементе конструкции порохового устройства, новым является то, что каждый пороховой элемент выполнен U-образной формы, по месту изгиба обмотан и обвязан гибким материалом и утоплен в эластичный клеящий материал местом изгиба.

В частном случае в качестве гибкого материала используется хлопчатобумажная нитка.

Суть настоящего предполагаемого изобретения поясняется фигурой, где представлен заряд щеточной конструкции, включающий чашеобразный элемент конструкции двигателя 1, заполненный вулканизированным эластичным клеящим материалом 2, в который своим изгибом погружены пороховые элементы 3, выполненные U-образной формы и по месту изгиба обмотанные и обвязанные гибким материалом (ниткой) 4.

U-образный изгиб порохового элемента позволяет надежно закрепить на нем нитку и в случае гарантированного погружения ее в эластичный клеящий материал обеспечивает его надежное закрепление, не хуже чем шплинтов в аналоге, и позволяет использовать пороховые элементы, изготовленные из любой марки пороха и практически любого поперечного сечения.

Придание пороховому элементу U-образной формы производится при помощи его нагрева и последующего изгиба.

Нагрев пороховых элементов производится для повышения их пластичности и исключения излома при изгибе. Температура нагрева определяется исходя из марки пороха, из которого изготовлены пороховые элементы. В частности, для негигроскопичных порохов нагрев можно производить погружением порохового элемента в воду с температурой 60…80°С, для гигроскопичных - воздухом с такой же температурой, что является пожаробезопасными технологическими операциями.

Повышение прочности сцепления пороховых элементов с эластичным клеящим материалом и более полное их полезное использование (уменьшение глубины вклеивания) обеспечивается их обматыванием по месту изгиба в 2…4 раза ниткой, концы которой затем связываются между собой. Это устраняет смещение нитки с места изгиба при погружении пороховых элементов в эластичный клеящий материал. Погружение пороховых элементов в эластичный клеящий материал следует производить на минимальную глубину, обеспечивающую необходимую прочность крепления, например утапливая нитку на 1-2 мм ниже уровня эластичного клеящего материала.

Для более надежного крепления целесообразно применять хлопчатобумажные нитки, т.к. они лучше смачиваются и пропитываются эластичным клеящим материалом.

Если использовать пороховые элементы в виде тонкосводных трубчатых одноканальных шашек, то при изгибе в нагретом состоянии эти шашки теряют устойчивость по месту изгиба. При этом сечение шашек в плоскости, параллельной плоскости изгиба, уменьшается, что показано на чертеже, и увеличивается в перпендикулярной плоскости, что способствует дополнительному повышению прочности их крепления в эластичном клеящем материале, но не приводит к увеличению объема их вклеиваемой части. Поэтому плотность заряжания заряда такой конструкции не будет снижаться по сравнению с прототипом.

В заряде по предлагаемому изобретению при применении канальных пороховых элементов догорание остатков пороха будет происходить по поверхности внутреннего канала, т.е. значительно быстрее, чем при торцевом догорании, которое имеет место у прототипа.

Главным преимуществом изобретения перед прототипом является возможность изготовления пороховых элементов из порохов любой марки и обеспечение при этом высокого качества зарядов щеточной конструкции.

Пороховой заряд щеточной конструкции содержит пучок пороховых элементов U-образной формы. Заряд утоплен одним концом в эластичный клеящий материал и размещен в чашеобразном элементе конструкции порохового устройства. Каждый из пороховых элементов по месту изгиба обмотан и обвязан гибким материалом, причем в эластичный клеящий материал каждый из пороховых элементов утоплен местом изгиба. В качестве гибкого материала используют хлопчатобумажную нитку. Изобретение позволяет обеспечить изготовление прочных щеточных зарядов, а также упростить технологию их изготовления за счет исключения трудно контролируемых визуально операций. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Пороховой заряд щеточной конструкции, содержащий пучок пороховых элементов и утопленный одним концом в эластичный клеящий материал, размещенный в чашеобразном элементе конструкции порохового устройства, отличающийся тем, что каждый пороховой элемент выполнен U-образной формы, по месту изгиба обмотан и обвязан гибким материалом и утоплен в эластичный клеящий материал местом изгиба.

2. Пороховой заряд по п.1, отличающийся тем, что в качестве гибкого материала используют хлопчатобумажную нитку.