СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ВЫСТРЕЛА ИЗ БАЛЛИСТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ С ВЫСОКОЧАСТОТНЫМ РЕЗОНАТОРОМ Российский патент 2024 года по МПК F41B15/00 

Изобретение относится к баллистическим установкам высокоскоростного метания.

Известен патент № 2691541 от 07.06.2017 «Способ придания начальной скорости пулям и снарядам». Способ придания начальной скорости пулям и снарядам в канале ствола за счет импульсного воздействия сжигаемой легковоспламеняемой жидкости устройством для стрельбы в одиночном и автоматическом режиме, содержащим ствол, ствольную коробку, затворную раму в которой выполнен подающий механизм с упорной пружиной, цилиндром и поршнем, механизм подачи жидкого метательного вещества, содержащий рабочий поршень, цилиндр, впускной и выпускной клапаны, емкость с жидким энергетическим веществом, каналы подвода к жидкостному аккумулятору и форсункам, схему подачи высокого напряжения со спусковым механизмом, включающую блок питания, состоящий из пакета пьезодатчиков, разделенных тарельчатыми пружинами, на которые воздействует нагружающая пружина, и связанных в цепь с пьезогенератором, высоковольтным блоком, выключателем со спусковым крючком, пакетом высоковольтных конденсаторов, соединенных с электросвечой.

Недостатком этого способа придания начальной скорости пули и снарядам является сложность конструкции для осуществления данного способа и невозможность реализации детонационного горения жидкого метательного вещества.

Известны различные варианты способа функционирования двигателя с непрерывно вращающейся детонацией описанные в работах В.А. Левина с соавторами, например:

- Левин В.А., Нечаев Ю.И., Тарасов А.И. Новый подход к организации рабочего процесса пульсирующих детонационных двигателей // Химическая физика. 2001. Т. 20. № 6. С. 90–98.;

- Ларионов С.Ю., Нечаев Ю.Н., Мохов А.А. Исследование и анализ «холодных» продувок тягового модуля высокочастотного пульсирующего детонационного двигателя // Вестник МАИ. 2007. Т. 14. № 4. С. 36–42.

Известен патент № 2737322 от 26.04.2019 «Способ функционирования детонационного двигателя и устройство для его реализации». Способ функционирования детонационного двигателя, содержащий подачу компонентов топлива которые предварительно подают в кольцевой коллектор, где осуществляют их перемешивание и подачу в кольцевую камеру сгорания в радиальном направлении к ее оси, истечение продуктов сгорания осуществляют к оси тягового устройства с дополнительным сжатием продуктов сгорания за счет движения их к оси и фокусирования возмущений, отражающихся от стенки тягового устройства, и проводят дожигание. Данный патент выбран в качестве прототипа.

Основным недостатком способа функционирования детонационного двигателя является то, что горение топлива в кольцевой камере сгорания инициируется электрическим разрядом, при этом подготовленная топливная смесь выбрасывается в окружающую среду, при этом снижается КПД силовой установки.

Технический результат заключается в создании максимального количество движения снаряда.

Технический результат достигается за счет использования способа производства выстрела из баллистической установки с высокочастотным резонатором в котором осуществляют подачу компонентов горючего в кольцевую камеру сгорания. При этом газодинамический резонатор перемещаясь в цилиндре, в сторону затвора, сжимает газы в цилиндре и кольцевой камере. При этом газодинамический резонатор выходит из зацепления со снарядом. При этом горючее, находящееся в за снарядном пространстве, в результате понижения давления вскипает и переходит частично, либо полностью, из жидкого агрегатного состояния в парогазовое состояние. При дальнейшем перемещении

газодинамического резонатора в цилиндре он перекрывает кольцевую камеру. При этом в кольцевую камеру поступают разогретые в результате сжатия газы и компоненты горючего с последующим их воспламенением и истечением через сопла в кольцевую камеру сгорания и в резонаторную полость с дополнительным сжатием продуктов сгорания за счет фокусирования возмущений отражающихся от отражающей стенки. При этом осуществляется пульсирующий процесс за счет возбуждения резонансных высокочастотных колебаний в резонаторной полости, периодически заполняемой продуктами сгорания и компонентами горючего.

Технические решения с признаками, отличающими заявляемые решения от прототипов, не известны и явный образом из уровня техники не следуют.

На основании изложенного можно сделать вывод, что предлагаемое техническое решение обладает «новизной» и «изобретательским уровнем».

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:

на фиг.1 - показана принципиальная схема устройства в момент заряжания;

на фиг.2 - показана принципиальная схема устройства баллистической установки;

на фиг.3 - показана принципиальная схема устройства в момент формирования волны разряжения;;

на фиг.4 - показана принципиальная схема устройства в перекрытия кольцевой камеры;

на фиг.5 - показана принципиальная схема устройства в момент начала воспламенения;

на фиг.6 - показана принципиальная схема устройства в момент истечения компонентов горючего в кольцевую камеру сгорания;

на фиг.7 - показана принципиальная схема устройства в момент начала выхода снаряда из канала ствола;

на фиг.8 – показаны такты работы резонатора и соответствующие им ударно-волновые структуры течения.

Устройство способа производства выстрела из баллистической установки с высокочастотным резонатором состоит из следующих элементов:

- корпус 1 баллистической установки,

- канал 2 корпуса 1 баллистической установки,

- улитка 3,

- газодинамический резонатор 4,

- цилиндр 5,

- кольцевая камера 6,

- затвор 7,

- снаряд 8,

- канал ствола 9,

- отражающая стенка 10,

- сопла 11,

- кольцевая камера сгорания 12

- резонаторную полость 13,

- выходное сопло 14,

- каналы воспламенения 15,

- каналы 16 подачи горючего,

- плунжер 17 газодинамического резонатора 4,

- проточки 18 плунжера 17,

- канал 19 перепуска улитки 3,

- крыльчатка 20 улитки 3,

- канал 21 улитки 3,

- канал 22 перепуска цилиндра 5,

- резервуар 23 высокого давления,

- кран 24,

- обратный клапан 25,

- горючее 26,

- канал 27 подачи горючего,

- Вак. – вакуум,

- ВР – волна разряжения,

- СЗС – сверхзвуковая струя,

- УВ – ударная волна,

- Ф – фокус резонатора,

- ДВ – детонационная волна,

- ОУВ – отражённая ударная волна,

- присоединённый заряд 28,

- канал 29 подачи окислителя в корпус 1 баллистической установки.

Способ производства выстрела из баллистической установки с высокочастотным резонатором реализуется следующим образом.

Перед производством выстрела (См. фиг. 1-2) осуществляется снаряжение и заряжание баллистической установки. Плунжер 17 газодинамического резонатора 4 вводят в канал 21 улитки 3, заполняя проточки 18 плунжера 17 горючим, до соприкосновения газодинамического резонатора 4 с крыльчаткой 20 улитки 3. С противоположной стороны насаживают на газодинамический резонатор 4 цилиндр 5. При этом стенки цилиндра 5 перекрывают каналы воспламенения 15, каналы 16 подачи горючего и сопла 11. Со стороны открытого торца плунжера 17 газодинамического резонатора 4 заполняют внутренний объём газодинамического резонатора 4 горючим в жидком агрегатном состоянии либо в жидком агрегатном состоянии с включениями веществ в твёрдом агрегатном состоянии. Со стороны торца плунжера 17 вводят снаряд 8 в выходное сопло 14. При этом образуется сборка состоящая из: цилиндра 5, газодинамического резонатора 4, улитки 3, горючего и снаряда 8. Данную сборку вводят в канал 2 корпуса 1 баллистической установки. При этом происходит обтюрация канала ствола 9 снарядом 8. При этом вытеснение газов из канал 2 корпуса 1 баллистической установки осуществляется через канал 19 перепуска улитки 3, крыльчатки 20 улитки 3, канал 22 перепуска цилиндра 5 и открытый канал 29 подачи окислителя в корпус 1 баллистической установки. Затвор 7 ввинчивают в канал 2 корпуса 1 баллистической установки. При этом происходит герметизация цилиндра 5 и поджатие цилиндра 5 к улитке 3, а улитки 3 к стволу. В канал 29 подачи окислителя в корпус 1 баллистической установки вставляют обратный клапан 25 и подсоединяют резервуар 23 высокого давления с краном 24.

Возможен вариант заполнения объёма образованного стенками: канала 29 подачи окислителя в корпус 1 баллистической установки, цилиндра 5, газодинамического резонатора 4 и крыльчатки 20 улитки 3 горючим в жидком или газообразном агрегатном состоянии с последующим подсоединением обратного клапана 25 и резервуара 23 высокого давления с краном 24.

Производство выстрела из баллистической установки реализуется следующим образом. (См. фиг. 2-3) Открытием крана 24 подают окислитель из резервуара 23 высокого давления через обратный клапан 25 в канал 29 подачи окислителя в корпус 1 баллистической установки. При этом окислитель вытесняет горючее в радиальном направлении к оси канала 2 корпуса 1, через крыльчатку 20 улитки 3, в цилиндр 5. При этом происходит их перемешивание. При этом газодинамический резонатор 4, в результате повышения давления, со стороны крыльчатки 20 улитки 3, перемещаясь в цилиндре 5, в сторону затвора 7, сжимает газы в цилиндре 5 и кольцевой камере 6. При этом газодинамический резонатор 4 выходит из зацепления со снарядом 8. При этом увеличивается объём образованный стенками: снаряда 8, торца канала ствола 9, канала 21 улитки 3, отражающей стенки 10, кольцевой камеры сгорания 12, сопел 11, резонаторной полости 13, выходного сопла 14 и торца плунжера 17 газодинамического резонатора 4. При этом формируется волна разряжения (См. фиг. 3-5 и фиг. 8 1 такт) отходящая от: отражающей стенки 10, стенок кольцевой камеры сгорания 12, сопел 11, резонаторной полости 13, стенок выходного сопла 14 и торца плунжера 17 газодинамического резонатора 4. При этом у этих поверхностей образуется вакуум. При этом горючее 26, находящееся в этом объёме, в результате понижения давления, вскипает и переходит частично, либо полностью, из жидкого агрегатного состояния в парогазовое состояние.

При этом газодинамический резонатор 4 перемещаясь в цилиндре 5 (См. фиг. 4) перекрывает кольцевую камеру 6. При этом истечение разогретых при сжатии газов из цилиндра 5 в кольцевую камеру 6 осуществляется по каналам воспламенения 15, в последующем, (См. фиг. 5) в кольцевую камеру 6 осуществляется подача компонентов горючего по каналам 16 подачи горючего. При этом происходит перемешивание разогретых газов с компонентами горючего и воспламенение горючего. При этом газодинамический резонатор 4 (См. фиг. 6) принимает крайнее положение у затвора 7. При этом сопла 11 совмещены с кольцевой камерой 6. При этом горючее через сопла 11 устремляется, в область пониженного давления, по кольцевой камере сгорания 12 в резонаторную полость 13 где происходит перемешивание с горючим в парогазовом состоянии.

При этом (См. фиг. 8 2 и 3 такты) в результате взаимодействия сходящихся сверхзвуковых струй образуется ударная волна, которая начинает движение в сторону отражающей стенки 10. При взаимодействии ударной волны (См. фиг. 8 3 и 4 такты) с вогнутой поверхностью отражающей стенки 10 формируются отражённые ударные волны которые движутся в направлении резонаторной полости 13 и сходятся в фокусе отражающей стенки 10. При этом (См. фиг. 8 5 такт) происходит инициирование детонации с образованием детонационной волны движущейся в направлении вогнутой поверхности отражающей стенки 10. При взаимодействии (См. фиг. 8 5 и 6 такты) детонационной волны с вогнутой поверхностью отражающей стенки 10 формируются отраженная ударная волна которая движется (См. фиг. 6) через выходное сопло 14, через канал 21 улитки 3, в сторону канала ствола 19. При этом (См. фиг. 8 6 такт и фиг. 7) отраженная ударная волна увлекает за собой компоненты топлива и продукты сгорания. При этом формируется волна разряжения которая движется за отраженной ударной волной. При этом (См. фиг. 8) осуществляется пульсирующий процесс за счет возбуждения резонансных высокочастотных колебаний в резонаторной полости 13, периодически заполняемой продуктами сгорания и компонентами топлива. При этом (См. фиг. 6-7) в результате повышения давления в за снарядном пространстве снаряд 8 перемещается в канале ствола 9. При этом часть горючего 26 выполняет функцию присоединённого заряда 28.

В способе производства выстрела из баллистической установки с высокочастотным резонатором (См. фиг. 3-7) возможна подача горючего в цилиндр 5 в результате выхода проточек 18 плунжера 17 из канала 21 улитки 3. При этом осуществляется сдув горючего из проточек 18 плунжера 17 потоком струй окислителя проходящих через крыльчатку 20 улитки 3.

В способе производства выстрела из баллистической установки с высокочастотным резонатором (См. фиг. 4) возможна подача горючего от внешнего источника по каналу 27 подачи горючего в радиальном направлении к оси канала 2 корпуса 1, через крыльчатку 20 улитки 3, в цилиндр 5.

Преимущество способа производства выстрела из баллистической установки с высокочастотным резонатором заключается в создании максимального количества движения снаряда 8 без повышения максимального давления метающего газа действующего на баллистическую установку 1. Реализуются это за счёт пульсирующего процесса детонационного горения компонентов горючего (См. фиг. 8) в результате возбуждения резонансных высокочастотных колебаний в резонаторной полости 13, периодически заполняемой продуктами сгорания и компонентами горючего.

Все указанные выше отличия являются достоинством и преимуществом предлагаемого технического решения по сравнению с прототипом.

Способ производства выстрела из баллистической установки с высокочастотным резонатором, при котором осуществляют подачу компонентов горючего в кольцевую камеру сгорания 12. При перемещении газодинамического резонатора 4 в цилиндре 5 в сторону затвора 7 сжимаются газы в цилиндре 5 и кольцевой камере 6. При этом газодинамический резонатор 4 выходит из зацепления со снарядом 8. Горючее 26, находящееся в заснарядном пространстве, в результате понижения давления вскипает и переходит частично либо полностью из жидкого агрегатного состояния в парогазовое состояние. При дальнейшем перемещении газодинамического резонатора 4 в цилиндре 5 он перекрывает кольцевую камеру 6. При этом в кольцевую камеру 6 поступают разогретые в результате сжатия газы и компоненты горючего с последующим их воспламенением и истечением через сопла 11 в кольцевую камеру сгорания 12 и в резонаторную полость 13 с дополнительным сжатием продуктов сгорания за счет фокусирования возмущений, отражающихся от отражающей стенки 10. Осуществляется пульсирующий процесс за счет возбуждения резонансных высокочастотных колебаний в резонаторной полости 13, периодически заполняемой продуктами сгорания и компонентами горючего. Технический результат - максимальное количество движения снаряда. 8 ил.

Способ производства выстрела из баллистической установки с высокочастотным резонатором, содержащий подачу компонентов горючего в кольцевую камеру сгорания (12), отличающийся тем, что горючее подают в радиальном направлении к оси канала (2) корпуса (1) через крыльчатку (20) улитки (3) в цилиндр (5), при этом газодинамический резонатор (4), в результате повышения давления со стороны крыльчатки (20) улитки (3), перемещаясь в цилиндре (5) в сторону затвора (7), сжимает газы в цилиндре (5) и кольцевой камере (6), при этом газодинамический резонатор (4) выходит из зацепления со снарядом (8), при этом увеличивается объём, образованный стенками: снаряда (8), торца канала ствола (9), канала (21) улитки (3), отражающей стенки (10), кольцевой камеры сгорания (12), сопел (11), резонаторной полости (13), выходного сопла (14) и торца плунжера (17) газодинамического резонатора (4), создают вакуум, при этом газодинамический резонатор (4), перемещаясь в цилиндре (5), перекрывает кольцевую камеру (6), при этом истечение разогретых при сжатии газов из цилиндра (5) в кольцевую камеру (6) осуществляется по каналам воспламенения (15), в последующем в кольцевую камеру (6) осуществляется подача компонентов горючего по каналам (16) подачи топливной смеси, инициируют детонацию с образованием детонационной волны, которую направляют в направлении вогнутой поверхности отражающей стенки (10), при взаимодействии детонационной волны с вогнутой поверхностью отражающей стенки (10) формируют отраженную ударную волну, при этом газодинамический резонатор (4) принимает крайнее положение у затвора (7), при этом сопла (11) совмещены с кольцевой камерой (6), снаряд (8) перемещается в канале ствола (9), при этом часть горючего (26) выполняет функцию присоединённого заряда (28).