ГАЗОДИНАМИЧЕСКИЙ ИСТОЧНИК ДАВЛЕНИЯ Российский патент 2017 года по МПК F41F1/00 

Описание патента на изобретение RU2611852C1

Изобретение относится к газодинамическим устройствам, источником энергии которых являются газогенерирующие заряды, в частности, взрывчатого вещества (ВВ). Изобретение может быть применено в различных областях техники, где необходимы источники сжатого газа, обеспечивающие выполнение полезной работы при его расширении. Большое распространение получили газодинамические источники давления, в которых газ образуется непосредственно перед совершением работы в результате химической реакции в твердых или жидких веществах, обеспечивающих максимальную плотность реагентов, а значит, их небольшое количество для образования единицы объема газа.

Известен газодинамический источник давления, используемый в экспериментальных ствольных баллистических установках по пат. RU №2135927, опубл. 27.08.1999. Указанный источник содержит корпус, в котором размещен полый цилиндрический пороховой заряд со стержневым осевым воспламенителем и средством воспламенения, в качестве которого использован детонирующий шнур, введенный в полость камеры через отверстие в торце корпуса. В противоположном торце выполнен газовывод - отверстие, через которое продукты взрыва воздействуют на нагружаемый объект. При воздействии механического или электрического импульса на детонатор последний, срабатывая, возбуждает детонацию в прутке ВВ или детонирующем шнуре. Ударная волна и продукты детонации, воздействуя на пороховой заряд, поджигают его. Образующиеся при этом пороховые газы вместе с продуктами детонации перетекают через газовывод в смежный объем, где совершают полезную работу, например разгоняют метаемый объект в стволе баллистической установки.

Недостатком указанного устройства является относительно невысокая скорость наполнения корпуса газом, обусловленная низкой скоростью горения пороха (0,01-0,1 км/с) и относительно небольшим давлением реакции горения, что приводит к снижению коэффициента полезного действия (КПД).

Известен другой газодинамический источник давления по патенту RU 2300070, публ. 27.05.2007, выбранный в качестве ближайшего аналога. Источник давления состоит из камеры высокого давления, в корпус которой помещен газогенерирующий заряд, например заряд ВВ, соединенный с источником инициирования, например электродетонатором через, например, подрывной кабель, пропущенный через отверстие ввода линии инициирования, соосно которому установлен перемещаемый элемент газогенерирующего заряда. Соосно отверстию под ввод линии инициирования во внутренней полости камеры установлен перемещаемый элемент цилиндрической или цилиндроконической формы, в котором также выполнены один или два канала под подрывной кабель, которые смещены относительно отверстия под ввод линии инициирования. Величина смешения канала или каналов от оси в перемещаемом элементе должна быть не менее диаметра отверстия ввода линии инициирования. Перемещаемый элемент установлен в выемке корпуса, форма которой соответствует форме перемещаемого элемента. В противоположном торце камеры выполнено отверстие под газовывод для вывода газа высокого давления, которое используют для воздействия на нагружаемый объект, установленный на участке разгона. Для снижения пиковых нагрузок на нагружаемый объект отверстие под газовывод выполняют с относительно небольшой площадью поперечного сечения. Такой источник давления работает следующим образом. Подачей электрического импульса по линии инициирования задействуют электродетонатор, который производит подрыв заряда ВВ. Вследствие этого происходит повышение давления в камере и перемещаемый элемент под действием продуктов взрыва (ПВ) примыкает к выемке, отсекает провода линии инициирования и перекрывает отверстие под ввод линии инициирования, исключая выход ПВ из него, а следовательно, и потери давления в камере. После этого вся энергия газа высокого давления воздействует на нагружаемый объект через газовывод.

Недостаток ближайшего аналога связан с тем, что такая конструкция газодинамического источника давления накладывает ограничение на диаметр отверстия под газовывод, который не может быть большим из-за влияния пиковых нагрузок на нагружаемый объект на фронте разлета ПВ, которые могут привести к разрушению. Высокая скорость протекания детонационных процессов и высокое давление в зоне химических реакций приводят к быстрому заполнению камеры газообразными продуктами детонация, однако детонационное разложение ВВ и последующее расширение ПВ сопровождаются неравновесным распределением давления, максимальное значение которого в ПВ может в десятки раз превышать конечную величину, устанавливающуюся после заполнения газом всего объема камеры. В этом случае снизить пиковые нагрузки на конструкционные элементы газодинамического источника давления можно, если подобрать определенные материалы и увеличить их толщину, но при этом нельзя защитить такими методами нагружаемый объект, т.к. его массогабаритные характеристики являются заданными. Выполнение отверстия под газовывод с уменьшенной площадью поперечного сечения для снижения пиковых нагрузок позволяет этого достичь только для небольших скоростей движения нагружаемого объекта, а при необходимости получения высоких скоростей газ из камеры не успевает перетекать, что приводит к колебательному режиму разгона объекта и уменьшению его максимальной скорости.

Техническим результатом заявляемого изобретения является расширение функциональных возможностей за счет возможности обеспечения более высоких скоростей движения нагружаемого объекта.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в газодинамическом источнике давления, включающем камеру высокого давления с внутренней полостью, в которую помещен газогенерирующий заряд ВВ, при этом на одном из торцов камеры выполнен газовывод, а на противоположном - ввод линии инициирования газогенерирующего заряда ВВ, соединяющей его с источником инициирования, расположенным вне камеры, новым является то, что:

- площадь поперечного сечения отверстия под газовывод или, в случае выполнения нескольких отверстий под газовывод, суммарная площадь их поперечных сечений D2 составляет не менее 0,25 от площади поперечного сечения внутренней полости камеры D1;

- площадь поперечного сечения отверстия под ввод линии инициирования газогенерирующего заряда ВВ составляет 0,01-0,05 от площади поперечного сечения отверстия или суммарных площадей поперечных сечений отверстий под газовывод D2;

- отверстие под газовывод закрыто мембраной, а в случае выполнения нескольких отверстий под газовывод каждое закрыто мембраной, разрушаемой под действием давления продуктов взрыва газогенерирующего заряда ВВ;

- толщину мембраны δ выбирают исходя из соотношения площадей поперечных сечений D1/D2 и величины ρ, определяемой соотношением массы ВВ газогенерирующего заряда к объему внутренней полости камеры, в соответствии со следующим выражением:

δ≤0,7+(D1/D2)2+0,002ρ,

на разрушаемой мембране могут быть выполнены насечки глубиной 0,3-0,6 от толщины.

Выполнение газовывода либо в виде одного отверстия, площадь поперечного сечения которого составляет не менее 0,25 от поперечного сечения внутренней полости камеры, либо в виде нескольких отверстий, суммарная площадь поперечных сечений которых составляет не менее 0,25 от поперечного сечения внутренней полости камеры, позволяет обеспечить истечение всего образовавшегося газа в стационарном режиме.

Наличие разрушаемой мембраны позволяет эффективно выравнивать давление внутри источника давления и обеспечивает уменьшение бризантного действия на нагружаемый объект, что снижает ограничение на размер отверстия для выхода ПВ из него. Т.о. мембрана снижает пиковые нагрузки на нагружаемый объект.

Выбор толщины мембраны связан с необходимостью ее раскрытия в требуемый момент, что приводит к обеспечению требуемого режима истечения газа.

Выполнение отверстия под ввод линии инициирования заряда ВВ, площадь поперечного сечения которого составляет 0,01-0,05 от плошали поперечного сечения отверстия или суммарных площадей поперечных сечений отверстий под газовывод, позволяет истекать газу через отверстие или отверстия под газовывод, а не через отверстие под ввод линии инициирования, при этом нет необходимости использовать в конструкции перемещаемый элемент, как в ближайшем аналоге.

Выполнение на разрушаемой мембране насечек определенной глубиной облегчает ее раскрываемость.

На фиг. 1 схематично изображено заявляемое устройство, где: 1 - корпус камеры; 2 - заряд взрывчатого вещества: 3 - электродетонатор; 4 - разрушаемая мембрана: 5 - нагружаемый объект.

Примером конкретного выполнения заявляемого устройства может служить газодинамический источник давления, в котором газ образуется в результате детонации заряда ВВ и который предназначен для использования в экспериментальных ствольных баллистических установках. Газодинамический источник давления включает камеру высокого давления с объемом внутренней полости, составляющим 100 см3. В полости размещен газогенерирующий заряд ВВ - 10 гр. На одном из торцов камеры выполнено отверстие под газовывод, а на противоположном - отверстие под ввод линии инициирования газогенерирующего заряда ВВ, соединяющей его с источником инициирования, расположенным вне камеры. В качестве источника инициирования использован электродетонатор. Отверстие под газовывод выполнено с площадью поперечного сечения, составляющей 0,25 от площади поперечного сечения внутренней полости камеры, отверстие газовывода закрыто стальной мембраной, разрушаемой под давлением продуктов взрыва газогенерирующего заряда ВВ, толщина которой составляет 1 мм, отверстие под ввод линии инициирования газогенерирующего заряда ВВ выполнено с площадью поперечного сечения, составляющей 0,01 от площади поперечного сечения отверстия под газовывод. На разрушаемой мембране выполнены три радиальных насечки глубиной 0,3 от толщины мембраны.

Заявляемое устройство работает следующим образом.

Подачей электрического импульса по линии инициирования задействуют электродетонатор 3, который производит подрыв газогенерирующего заряда ВВ 2. Ввиду высокой скорости протекания детонационных процессов камера мгновенно заполняется газообразными продуктами детонации. Вследствие этого происходит повышение давления в камере 1, давление на фронте детонационной волны достигает нескольких паскалей. Под действием продуктов взрыва, отражаемых от разрушаемой мембраны 4, она деформируется и разрывается по радиальным насечкам, выполненным на мембране. После чего энергия газа высокого давления воздействует на нагружаемое тело 5 через газовывод, исключая, ввиду большой скорости истечения газа и определенного соотношения диаметров отверстий под газовывод и под линию ввода инициирования заряда ВВ, выход ПВ из последнего, а следовательно, и потери давления в камере. Вышедшие газы разгоняют метаемый объект в стволе баллистической установки. Проведенные эксперименты подтвердили возможность обеспечения по сравнению с ближайшим аналогом более высоких скоростей движения нагружаемого объекта, что существенно расширяет функциональные возможности газодинамического источника давления.

Похожие патенты RU2611852C1

название год авторы номер документа
УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВАРИЙНОГО ПЕРЕКРЫТИЯ ТРУБОПРОВОДОВ 2015
  • Шутов Валерий Викторович
  • Китин Николай Юрьевич
  • Чапаев Алексей Викторович
  • Сырунин Михаил Анатольевич
RU2599213C1
ГАЗОДИНАМИЧЕСКИЙ ИСТОЧНИК ДАВЛЕНИЯ 2005
  • Ботвинкин Анатолий Кириллович
  • Моисеев Евгений Борисович
  • Хворостин Владимир Николаевич
RU2300070C2
ГАЗОДИНАМИЧЕСКИЙ ИСТОЧНИК ДАВЛЕНИЯ 2008
  • Бугаев Александр Васильевич
  • Воробьев Вячеслав Иванович
  • Кирюшкин Игорь Николаевич
  • Киселев Александр Васильевич
  • Климов Станислав Алексеевич
  • Наливкин Алексей Николаевич
  • Снимщиков Иван Яковлевич
  • Руденко Сергей Дмитриевич
  • Шляпников Георгий Петрович
RU2357181C1
ГАЗОГЕНЕРАТОР 2022
  • Наливкин Алексей Николаевич
  • Красильников Сергей Николаевич
  • Рудько Михаил Леонидович
  • Чевтаев Сергей Александрович
  • Павлова Татьяна Анатольевна
RU2788795C1
Генератор ударных волн взрывного типа 2019
  • Боталов Дмитрий Яковлевич
  • Валько Виктор Васильевич
  • Мартынов Альберт Геннадиевич
  • Потапов Николай Александрович
  • Чепрунов Александр Александрович
RU2730909C1
ГАЗОДИНАМИЧЕСКИЙ ИСТОЧНИК ДАВЛЕНИЯ 2012
  • Карачинский Станислав Иванович
  • Мальгин Иван Александрович
  • Тимофеев Олег Анатольевич
RU2515655C1
СКВАЖИННЫЙ ТРУБОРЕЗ 1994
  • Скоков В.И.
  • Ковалев Н.П.
RU2091562C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОВМЕСТНОЙ ПЕРФОРАЦИИ СКВАЖИНЫ И ОБРАЗОВАНИЯ ТРЕЩИН В ПЛАСТЕ 2001
  • Меркулов А.А.
  • Назин С.С.
  • Слиозберг Р.А.
  • Улунцев Ю.Г.
RU2179235C1
ВЗРЫВНОЙ РАЗМЫКАТЕЛЬ ТОКА 2015
  • Демидов Василий Александрович
  • Власов Юрий Валентинович
  • Казаков Сергей Аркадьевич
  • Борискин Александр Сергеевич
RU2603632C1
СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ИССЛЕДОВАНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ЗАРЯДА ВЗРЫВЧАТОГО ВЕЩЕСТВА И СПОСОБ ИДЕНТИФИКАЦИИ СВОЙСТВ ВЗРЫВЧАТОГО ВЕЩЕСТВА 2015
  • Храмов Игорь Васильевич
  • Михайлюков Константин Леонидович
  • Вахмистров Роман Сергеевич
  • Скобеев Артем Владимирович
  • Шамраев Борис Николаевич
  • Медведев Александр Борисович
  • Сырунин Михаил Анатольевич
  • Карпенко Георгий Яковлевич
  • Комраков Владислав Александрович
  • Храмова Евгения Юрьевна
RU2634249C2

Иллюстрации к изобретению RU 2 611 852 C1

Реферат патента 2017 года ГАЗОДИНАМИЧЕСКИЙ ИСТОЧНИК ДАВЛЕНИЯ

Изобретение относится к газодинамическим устройствам, источником энергии которых являются газогенерируюшие заряды, в частности, взрывчатого вещества (ВВ). Газодинамический источник давления содержит камеру высокого давления с внутренней полостью, в которую помещен газогенерирующий заряд ВВ. На одном из торцов камеры выполнен газовывод, а на противоположном - ввод линии инициирования газогенерирующего заряда ВВ, соединяющей его с источником инициирования, расположенным вне камеры. При этом площадь поперечного сечения отверстия под газовывод составляет не менее 0,25 от площади поперечного сечения внутренней полости камеры, а площадь поперечного сечения отверстия под ввод линии инициирования газогенерирующего заряда BB составляет 0,01-0,05 от площади поперечного сечения отверстия. Причем отверстие под газовывод закрыто мембраной, разрушаемой под действием давления продуктов взрыва газогенерирующего заряда BB. Достигается расширение функциональных возможностей за счет возможности обеспечения более высоких скоростей движения нагружаемого объекта. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Формула изобретения RU 2 611 852 C1

1. Газодинамический источник давления, включающий камеру высокого давления с внутренней полостью, в которую помещен газогенерирующий заряд взрывчатого вещества (ВВ), при этом на одном из торцов камеры выполнен газовывод, а на противоположном - ввод линии инициирования газогенерирующего заряда ВВ, соединяющей его с источником инициирования, расположенным вне камеры, отличающийся тем, что площадь поперечного сечения отверстия под газовывод или, в случае выполнения нескольких отверстий под газовывод, суммарная площадь их поперечных сечений D2 составляет не менее 0,25 от площади поперечного сечения внутренней полости камеры D1, а площадь поперечного сечения отверстия под ввод линии инициирования газогенерирующего заряда BB составляет 0,01-0,05 от площади поперечного сечения отверстия или суммарных площадей поперечных сечений отверстий под газовывод D2, причем отверстие под газовывод закрыто мембраной, а в случае выполнения нескольких отверстий под газовывод каждое закрыто мембраной, разрушаемой под действием давления продуктов взрыва газогенерирующего заряда BB, толщину которой δ выбирают исходя из соотношения площадей поперечных сечений D1/D2 и величины ρ, определяемой соотношением массы BB газогенерирующего заряда к объему внутренней полости камеры, в соответствии со следующим выражением:

δ≤0,7+(D1/D2)2+0,002ρ.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на разрушаемой мембране выполнены насечки глубиной 0,3-0,6 от толщины.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2017 года RU2611852C1

ГАЗОДИНАМИЧЕСКИЙ ИСТОЧНИК ДАВЛЕНИЯ 2005
  • Ботвинкин Анатолий Кириллович
  • Моисеев Евгений Борисович
  • Хворостин Владимир Николаевич
RU2300070C2
ГАЗОДИНАМИЧЕСКИЙ ИСТОЧНИК ДАВЛЕНИЯ 2006
  • Бугаев Александр Васильевич
  • Краюхин Сергей Александрович
  • Лапичев Николай Викторович
  • Шляпников Георгий Петрович
RU2341755C2
US 3465638 A, 09.09.1969
US 4132149 A, 02.01.1979.

RU 2 611 852 C1

Авторы

Хворостин Владимир Николаевич

Шутов Валерий Викторович

Даты

2017-03-01Публикация

2015-10-19Подача