Способ определения пригодности стартовых разгонных ступеней крылатых ракет длительных сроков хранения для дальнейшей эксплуатации Российский патент 2020 года по МПК F42B35/00 

Способ определения пригодности стартовых разгонных ступеней крылатых ракет длительных сроков хранения для дальнейшей эксплуатации

Изобретение относится к области вооружения, военной техники, комплексов и систем военного назначения и может быть использовано в области эксплуатации и восстановления вооружения и военной техники.

В настоящее время на арсеналах, базах и складах Военно-Морского Флота находится на вооружении многообразие типов ракетного вооружения ВМФ. Количество этих ракет полностью покрывает потребность, что на первый взгляд создает впечатление о прогнозируемой высокой эффективности функционирования системы ракетно-артиллерийского обеспечения ВМФ в части накопления боекомплектов данной номенклатуры.

В то же время, сроки эксплуатации (хранения) большинства ракет превысили гарантийные, а у некоторых они достигают 35 лет. Также необходимо отметить, что существуют типы ракет, сроки эксплуатации которых полностью исчерпаны.

Сложившаяся ситуация требует ежегодного продления сроков эксплуатации ракет.

Проблема эта не нова и с каждым годом количество ракет, требующих продления срока эксплуатации, продолжает расти. На сегодняшний день существует необходимость в продлении сроков эксплуатации ракет, поступивших на вооружение в 1998 году. Это означает, что менее чем через 1 год вопрос о продлении сроков эксплуатации возникнет с ракетами нового поколения («Калибр», «Оникс», «Уран» и т.п.).

В этой связи возникает проблема оценки состояния пороховых зарядов двигательных установок и стартовых ступеней ракет.

В стартовых ступенях ракет используются нитроглицериновые пороха.

В процессе длительного хранения нитроглицериновые пороха могут самопроизвольно разлагаться и претерпевать различные физико-химические превращения. Эти изменения возможны как в результате физических процессов - массопереноса (испарение, поглощение влаги), так и физико-химических процессов (рекристаллизация, экссудация), что отражается на баллистических свойствах порохов, которые в конечном итоге могут измениться настолько, что практическое применение ракет становится нецелесообразным и опасным.

В этой связи очень важно уметь прогнозировать срок пригодности пороха к применению (долговечность), в течение которого сохраняются свойства, обеспечивающие тактико-технические характеристики оружия.

Таким образом, при принятии решения о продлении сроков эксплуатации крылатых ракет длительных сроков хранения необходимо учитывать деградацию пороховых зарядов их двигательных установок и стартовых ступеней.

С целью получения данных по определению влияния деградации пороховых зарядов стартовых разгонных ступеней (СРС) крылатых ракет поставлена задача осуществления такого анализа без разборки стартового двигателя и определения физико-химических свойств топлива физико-химическими методами. Основой определения влияния срока хранения на возможность дальнейшей эксплуатации серийных крылатых ракет ВМФ послужили огневые стендовые испытания (ОСИ), представленные на фигуре 2.

Для проведения огневых стендовых испытаний составляется

Программа и методика испытаний на каждое изделие, которая состоит из:

1. Общие положения.

2. Объект испытаний.

3. Условия и порядок проведения работ.

3.1 Общие требования к условиям и обеспечению испытаний.

3.2 Условия и порядок проведения работ перед ОСИ.

3.3 Условия и порядок проведения ОСИ.

4. Организация и материально-техническое обеспечение.

5. Документация и отчетность.

6. Требования безопасности.

Для решения поставленной задачи были проведены теоретические экспериментальные исследования, которые включали следующие основные этапы:

- обзор и анализ методов экспериментального исследования изменения пороховых зарядов нитроглицериновых порохов СРС в процессе эксплуатации содержащих их ракет;

- обследование состояния и подготовка СРС ракет, сроки эксплуатации (хранения) которых находились в диапазоне 27-35 лет, к испытаниям;

- проведение ОСИ с использованием ракет выбранного года изготовления определения максимального и минимального давления в камере сгорания;

- фиксация контрольных параметров и результатов ОСИ.

Испытаниям подвергались стартовые разгонные ступени (3Л-45, 4Л-44М1, 4Л-80, 4Л-86М), которые представляют собой заряды нитроглицеринового пороха, находящиеся на хранении в интервале от 27 до 35 лет.

На фигуре 1 показан стенд для проведения огневых стендовых испытаний стартовых разгонных ступеней крылатых ракет.

Испытания проводились с целью определения:

- состояния основных пороховых зарядов, находящихся на хранении 30 и более лет;

- сопоставление внутрибаллистических параметров порохового заряда длительного срока хранения нормальному кондиционному заряду;

- соответствие основных летных характеристик КР табличным значениям.

При осуществлении такого испытания выбирались параметры, необходимые для достижения цели исследования, а именно:

- год выпуска КР;

- условия хранения КР;

- максимальное и минимальное значения давления в камере горения порохового заряда;

- время горения порохового заряда.

Программа проведения огневых стендовых испытаний включает в себя:

1. Стартовый разгон ступени КР, двигателей увода и маршевого двигателя.

2. Натурные испытания на Северном, Тихоокеанском или Черноморском флотах:

- восстановление технической готовности КИПС;

- восстановление технической готовности КАСУ носителей;

- подготовка средств телеметрических измерений;

- подготовка КР к натурным испытаниям, проверка состояния цепей безопасности ракеты.

3. Телеметрические измерения практических пусков КР на Черноморском, Северном и Тихоокеанском флотах.

4. Ресурсные испытания КР на Черноморском флоте.

Давление, при котором протекает процесс горения, является важнейшим фактором, воздействующим на скорость горения твердых топлив. Для большинства топлив наблюдается рост скорости горения при повышении давления. Такая зависимость объясняется увеличением интенсивности теплоотдачи к поверхности топлива. Скорость реакций, протекающих в конденсированной фазе, при этом увеличивается. Одновременно увеличение концентрации газообразных реагирующих веществ приводит к росту скорости экзотермических реакций в газовой фазе. Высокотемпературная зона пламени приближается к поверхности твердого топлива за счет уменьшения зоны газификации.

Уменьшение давления оказывает обратное влияние на механизм горения - уменьшается приток тепла из зоны пламенных реакций, возрастает вклад тепла, необходимого для поддержки горения. При некотором минимальном давлении зона пламени исчезает, реакции в основном протекают в предпламенной «темной» зоне. Процесс горения может прекратиться.

Изменение скорости горения порохового заряда за счет изменения давления и начальной температуры относятся к случаю, когда вдоль поверхности горения отсутствует движение продуктов сгорания.

В процессе ОСИ в течение всего времени работы стартового агрегата крылатой ракеты производится измерение давления в камере изделия Р=f (τ), производится запись давления на измерительном комплексе.

Результаты измерений обрабатываются на измерительном комплексе, строится график давления в камере изделия Р=f (τ) и составляются таблицы с полученными данными.

На фигуре 3 представлена зависимость изменения давления в камере горения от времени горения порохового заряда.

Рабочим документом, отражающим оценку технического состояния стартового агрегата крылатой ракеты, подготовку и проведение ОСИ, дефектацию является технический акт. В акте указывается:

- дата испытаний;

- номера изделий и зарядов;

- исходные весовые данные по заряду и изделию (выписка из формуляра);

- сведения о датчиках;

- описание состояния изделия после испытаний.

К акту прилагаются:

- протокол тарировки датчиков;

- протокол испытания изделия;

- атмосферные условия.

Таким образом, для достижения намеченных результатов, рассматриваемый способ включает в себя следующие действия:

1. Обследование состояния и подготовка стартовых разгонных ступеней к испытаниям.

2. Проведение огневых стендовых испытаний с использованием ракет выбранного года изготовления.

3. Определение максимального и минимального давления в камере сгорания.

4. Фиксация контрольных параметров и результатов огневых стендовых испытаний пороховых зарядов.

5. Сопоставление полученных параметров порохового заряда длительного срока хранения нормальному кондиционному заряду.

6. Установление срока эксплуатации стартовых разгонных ступеней крылатых ракет длительных сроков хранения.

Технико-экономический эффект данного изобретения предполагает повышение боевой готовности сил флота и имеет определяющее значение для планирования обеспечения потребностей ВМФ.

Обобщение результатов огневых стендовых испытаний и теоретических исследований позволило разработать единый подход к определению изменения основных летных характеристик ракетного вооружения.

Изобретение относится к области вооружения и может быть использовано при определении степени пригодности стартовой двигательной установки крылатых ракет для их послегарантийной эксплуатации. В рассматриваемой области задача решена применительно к комплексам ударного ракетного оружия (крылатые ракеты) Военно-Морского Флота. Для случая, когда пороховой заряд стартовой разгонной ступени подвержен деградации, связанной с его длительным хранением. Материалы, изложенные в настоящем способе, способствуют решению важной научной проблемы для Военно-Морского Флота - рациональной и максимально безопасной организации использования боекомплектов серийных ракет длительных сроков хранения. Повышение эффективности использования флотских запасов серийных ракет следует ожидать от функционально-параметрического обоснования информационной базы для принятия решений о продлении сроков эксплуатации ракетного вооружения. Технико-экономический эффект предлагаемого изобретения заключается в возможности продления сроков эксплуатации крылатых ракет длительных сроков хранения и дальнейшее их использование в процессе выполнения боевых и практических ракетных стрельб. 3 ил.

Способ определения пригодности стартовых разгонных ступеней крылатых ракет длительных сроков хранения для дальнейшей эксплуатации, отличающийся тем, что осуществляется обследование состояния и подготовка стартовых разгонных ступеней к испытаниям, проведения огневых стендовых испытаний с использованием ракет выбранного года изготовления, определения максимального и минимального давления в камере сгорания, фиксация контрольных параметров и результатов огневых стендовых испытаний пороховых зарядов, сопоставление полученных параметров порохового заряда длительного срока хранения нормальному кондиционному заряду, установление срока эксплуатации.