СПОСОБ ИМИТАЦИИ УСЛОВИЙ МИНОМЕТНОГО СТАРТА РАКЕТЫ ИЗ ПОДВОДНОЙ ЛОДКИ И СИСТЕМА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2013 года по МПК F41F3/07 

Изобретение относится к пусковым установкам подводных лодок, а конкретно к пусковым установкам, имитирующим минометный старт ракеты с подводной лодки из подводного положения.

Ближайший аналог - пусковая установка, предназначенная для имитации подводного старта ракет, диаметр которых не слишком сильно отличается от диаметра модельной пусковой трубы (патент РФ №2082936, МПК: F41F 3/07). Применяемый в ней способ имитации натурных условий подводного старта для ракет, диаметр которых существенно превосходит диаметр модельной пусковой установки, требует неприемлемого удлинения модельной пусковой трубы, а также приводит к большим погрешностям в определении натурных газодинамических параметров.

Целью изобретения является полная имитация условий минометного старта ракеты большого диаметра из пусковой установки подводной лодки в наземных условиях с использованием натурного газогенератора (ГГ) из модельной установки значительно меньшего диаметра при соблюдении безопасности и минимальных затратах на проводимые испытания.

Цель достигается тем, что в наземной пусковой установке воспроизводятся условия натурного движения

, ,

за счет следующих средств. На макете ракеты имитируют давление воды на глубине старта, выталкивающую силу, вес ракеты и силу трения при движении в пусковой установке при помощи РДТТ, тяга которого направлена против движения макета, а величина определяется из соотношения:

где R - величина противотяги, H;

нат - индекс, указывающий на натурное изделие;

мак - индекс, указывающий на макетное изделие;

M - масса изделия, кг;

ϑ - угол установки изделия, рад;

S - площадь поперечного сечения пусковой установки, м²;

t - время, с;

l - путь изделия, м;

V - скорость движения изделия, м/с;

- ускорение движения изделия, м/с²;

p - давление среды в задонном объеме пусковой установки, Па;

F_тр - сила трения при движении изделия в пусковой установке, H;

Ω - объем части изделия, вышедшей за верхний срез пусковой установки, м³;

С_х - коэффициент лобового сопротивления натурной ракеты на участке движения в пусковой установке, безразмерный;

р_гст - гидростатическое давление на уровне верхнего среза пусковой установки при натурных условиях, Па;

p_атм - атмосферное давление, Па;

ρ - плотность воды, кг/м³;

g - ускорение силы тяжести, м/с².

После выхода двигателя на режим создают необходимое для выброса задонное давление. Для этой цели используется ГГ натурной ракеты, который размещается снаружи пусковой трубы. Продукты сгорания поступают из ГГ в газоход с двумя критическими вкладышами, суммарный расход через которые соответствует натурному расходу. Через один критический вкладыш диаметра d_{вклпуск} осуществляется перепуск части газов в задонный объем пусковой трубы в пропорции

где - массовый расход продуктов сгорания ГГ, кг/с; а через другой вкладыш диаметра d_вклатм производится выброс остальной части газов в атмосферу. Диаметры вкладышей определяются по формулам:

где - диаметр критики натурного ГГ, м.

Система имитации старта ракеты включает в себя также наземный стенд, в котором на силовых опорах закреплена пусковая труба с размещенным в ней макетом ракеты. Макет ракеты через проставку соединен с РДТТ, срез сопла которого сориентирован по ходу выброса макета. Проставка с РДТТ соединена с пусковой установкой крепежными элементами, тарированными на усилие разрыва согласно соотношению

где F_разр - усилие разрыва крепежных элементов, H.

Суммарная масса М_мод макета, РДТТ и проставки подбирается из условия имитации массы натурной ракеты и присоединенной массы воды согласно соотношению:

где µ - присоединенная масса воды при выходе ракеты из натурной пусковой установки, кг.

Формулы (2)-(5) для расчета величины противотяги, которую должен обеспечить РДТТ, диаметров вкладышей газохода для перепуска продуктов сгорания в задонный объем пусковой трубы и в атмосферу, усилия разрыва модельных крепежных элементов и имитирующей модельной массы определяются из условия воспроизведения на стенде параметров натурного движения ракеты согласно формуле (1). Указанные соответствия позволяют получить взаимное преобразование натурного движения, описываемого уравнением:

и макетного движения, описываемого уравнением:

На чертеже изображена система имитации условий старта ракеты большого диаметра в исходном положении. Макет ракеты 1 размещен в пусковой установке 2, закрепленной на наземных силовых опорах 3. Макет ракеты через установленную внутри пусковой установки проставку 4 соединен с РДТТ 5, срез сопла 6 которого сориентирован по ходу выброса макета. Проставка РДТТ соединена с пусковой установкой при помощи модельных крепежных элементов 7. Снаружи донной части пусковой установки размещен ГГ 8 и газоход 9. Часть газов ГГ перепускается из газохода в задонный объем пусковой установки через сопловой вкладыш 10, а остальная часть газов выбрасывается из газохода в атмосферу через сопловой вкладыш 11. Для обеспечения герметичности задонного пространства в нижней части макета установлен обтюратор 12.

Работа системы имитации осуществляется следующим образом.

В собранной установке включают РДТТ и после выхода его на режим потребной тяги включают газогенератор 8, в результате работы которого создается давление на днище макета, необходимое для выброса. РДТТ заканчивает свою работу после окончания работы газогенератора, поэтому при движении макета ракеты в пусковой установке полностью имитируются условия натурного старта.

Предлагаемый способ и система имитации условий старта ракеты большого диаметра из пусковой установки подводной лодки позволяют полностью смоделировать все нагрузки, действующие на ракету при старте из-под воды. Обеспечивается полная безопасность испытаний. Затраты на проведение испытаний значительно уменьшаются.

Изобретения относятся к способу и устройству определения в наземных условиях параметров минометного старта ракеты из подводной лодки. На макете ракеты, размещенной в пусковой трубе на наземных опорах, тягой ракетного двигателя твердого топлива имитируют гидростатическое давление воды на глубине старта, силу продольного сопротивления, вес ракеты и силу трения при движении ракеты в пусковой трубе. Тяга ракетного двигателя твердого топлива направлена против движения макета, а ее величина определяется по математической зависимости. После выхода ракетного двигателя твердого топлива на режим постоянной тяги включают газогенератор натурной ракеты, определенная часть продуктов сгорания которого используется для выброса макета из пусковой трубы. Повышается безопасность испытаний. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ имитации условий старта ракеты из подводной лодки, включающий поджиг порохового заряда газогенератора выброса, создание давления в задонном пространстве с помощью газогенератора, выброс ракеты из пусковой трубы, отличающийся тем, что:
- давление газов в задонном пространстве создают с помощью натурного газогенератора, газохода и сопловых вкладышей газохода, при этом часть газов сбрасывают в атмосферу, а остальную часть газов направляют в задонный объем модельной пусковой трубы, для чего размеры сопловых вкладышей газохода определяют из соотношений:
, ,
где - диаметр критики натурного газогенератора, м;
нат - индекс натурной ракеты;
мак - индекс макета ракеты;
d_{вклпуск} - диаметр соплового вкладыша газохода для перепуска газов в задонный объем, м;
d_вклатм - диаметр соплового вкладыша газохода для перепуска газов в атмосферу, м;
S - площадь поперечного сечения пусковой трубы, м²;
- имитирующую модельную массу, равную суммарной массе макета, проставки и ракетного двигателя твердого топлива, подбирают связанной с массой натурной ракеты из соотношения:
,
где М - масса изделия, кг;
µ - присоединенная масса воды при выходе ракеты из натурной пусковой установки, кг;
- усилие разрыва модельных крепежных элементов между проставкой макета и пусковой трубой подбирают связанной с усилием разрыва крепежных элементов натурной ракеты из соотношения:
,
где F_разр - усилие разрыва крепежных элементов, Н.

2. Система имитации условий старта ракеты из подводной лодки, содержащая пусковую трубу с размещенным в ней макетом ракеты с обтюрирующим поясом, соединенным с ракетным двигателем твердого топлива, имитирующим нагрузки при натурном подводном старте, проставкой, скрепленной с пусковой трубой разрывными крепежными элементами, и газогенератор выброса, связанный газоходом с задонным пространством пусковой трубы, отличающаяся тем, что натурный газогенератор размещен снаружи пусковой трубы и связан газоходом с задонным пространством, а в газоходе расположены сопловые вкладыши для перепуска пороховых газов в задонное пространство и атмосферу, которые обеспечивают давление среды в задонном пространстве, как при старте натурной ракеты.