Конструкция высокочувствительного инициатора ударного типа для воспламенения порохового заряда в составе двигателей ракетной техники Российский патент 2025 года по МПК F42C19/10 

Изобретение относится к средствам воспламенения (СВ), а именно к ударным капсюлям-воспламенителям, и, в частности, предназначено преимущественно для воспламенения пороховых зарядов в составе двигателей баллистических ракет и объектов аналогичной конструкции ракетно-космической техники, а также патронов катапультирования аварийного спасания.

Основными элементами конструкции высокочувствительного инициатора ударного типа для воспламенения порохового заряда в составе двигателей ракетной техники является металлический колпачок с размещенным на дне ударно-воспламенительным составом (УВС), прикрытым сверху защитным материалом, и двухкамерная наковаленка с размещенным в ней пиротехническим составом, закрытая фольговой чашечкой и герметизирующим слоем лака.

Энергетические характеристики УВС в значительной мере влияют на характеристики средства воспламенения, в их числе чувствительность к ударному импульсу - отвечающая за срабатывание средства инициирования, скорость воспламенения - отвечающая за воспламеняющую способность и термостойкость - отвечающая за характеристики средства воспламенения при колебании температур и после хранения.

В настоящее время до сих пор используется капсюли-воспламенители (КB), например КВ-К, аналогичной конструкции, состоящей из цилиндрической оболочки без фланца, с краями закатанными на срез цилиндрической стенки наковаленки, с запрессованным в нее колпачком с ударно-воспламенительным составом, плотно прилегающей ко дну оболочки. Наковаленка выполнена с выступающей в обе стороны относительно конусообразной наковальни вертикальной цилиндрической стенкой, образующей две камеры, сообщающиеся между собой двумя широко разнесенными отверстиями в центральной перегородке. В нижней части, образованной наковаленкой и дном оболочки, расположен колпачок с ударно-воспламенительным составом, а в верхней камере, образованной наковаленкой и закачанными краями оболочки, и в отверстиях в центральной перегородке помещен пиротехнический заряд переменной массы, закрытый фольговой чашечкой и несколькими слоями лака.

В колпачок данного СВ входит состав на основе гремучей ртути, бертолетовой соли и антимония [1]. Обладая приемлемыми энергетическими и баллистическими характеристиками, этот KB, тем не менее, во многом не удовлетворяет современным требованиям по экологичности и термостойкости. Кроме этого, в экономических условиях современной России немалое значение приобрел фактор дороговизны и дефицитности ставшего заграничным сырья - ртути.

Так же существует, схожее по конструкции, ударное СВ - капсюль-воспламенитель КВГ-2, в котором в качестве инициирующего взрывчатого вещества УВС вместо гремучей ртути применяется тринитрорезорцинат свинца (ТНРС) [2]. Лишенное недостатков капсюля-воспламенителя с УВС на основе гремучей ртути оно существенно уступает ему по чувствительности, а особенности геометрии его конструкции не дают применять его в качестве замены.

Основным направлением усовершенствования конструкции KB является замена УВС на основе гремучей ртути при условии сохранения чувствительности, воспламеняющей способности и геометрии для применения в штатном посадочном месте агрегатов двигателей.

В ходе решения указанных выше проблем был проведен анализ рецептуры гражданского состава УН-2, входящего в конструкцию КВГ-2 и применяемого в военных изделиях состава композиции ном. 302 рецептуры ТНРС с бором 90/10 - 29,5%, бертолетова соль - 29,5%, тетразен - 1,5%, антимоний - 39,5%, в ходе которого было установлено, что оба состава обладают близкими показателями по чувствительности и жгучести, но при этом конструкция капсюля-воспламенителя с УВС, входящим в состав колпачка КВГ-2, не обеспечивает необходимую чувствительность (энергия безотказного срабатывания составляет 0,36 Дж против необходимых 0,23 Дж).

Полученные результаты термодинамического расчета приведены в таблице).

Возникшая проблема решается с помощью предлагаемого изобретения.

Согласно первому варианту высокочувствительный инициатор ударного типа для воспламенения порохового заряда в составе двигателей ракетной техники имеет конструкцию с соотношением диаметра дна и закатанной части оболочки равным 1,28 и с соотношением внутреннего диаметра колпачка к диаметру рабочей части конусообразной наковальни равным 3,9, что дает соотношение площади внешней поверхности дна колпачка к площади внешней поверхности дна оболочки равное 0,29 и содержит колпачок с размещенным в нем слоем ударно-воспламенительного состава, прикрытого защитным покрытием, в который упирается наковаленка, ударно-воспламенительный состав имеет следующую рецептуру:

ном. 302 ОСТ В 84-1741 - 79

Композиция ТНРС с бором 90/10 - 29,5%

Бертолетова соль - 29,5%

Тетразен - 1,5%

Антимоний - 39,5%

УН-2 ТУ 7276-166-07513100-95

ТНРС с бором 90/10 - 30%

Барий азотнокислый - 35%

Тетразен - 5%

PbO₂ - 5%

ТЭН - 5%

Антимоний - 20%

Согласно второму варианту высокочувствительный инициатор ударного типа для воспламенения порохового заряда в составе двигателей ракетной техники имеет конструкцию с соотношением диаметра дна и закатанной части оболочки равным 1 и с соотношением внутреннего диаметра колпачка к диаметру рабочей части конусообразной наковальни равным 4,6, что дает соотношение площади внешней поверхности дна колпачка к площади внешней поверхности дна оболочки равное 0,48 и содержит колпачок с размещенным в нем слоем ударно-воспламенительного состава, прикрытого защитным покрытием, в который упирается наковаленка, ударно-воспламенительный состав имеет следующую рецептуру:

пом. 302 ОСТ В 84-1741 - 79

Композиция ТНРС с бором 90/10 - 29,5%

Бертолетова соль - 29,5%

Тетразен -1,5%

Антимоний - 39,5%

Технический результат, полученный от изобретения, заключается в сохранении надежности воспламенения при повышении термической стойкости, чувствительности к ударному импульсу при условии выдержки необходимого габарита, соответствующего посадочному месту.

Конструкция высокочувствительного инициатора ударного типа для воспламенения порохового заряда в составе двигателей ракетной техники содержит традиционные элементы конструкции, присущие капсюлям-воспламенителям данного типа, основными и наиболее ответственными являются двухкамерная наковаленка с пиротехническим составом и колпачок с размещенным слоем УВС, прикрытым сверху защитным покрытием, в который упирается наковальня.

Новым в предлагаемом изобретении является качественное и количественное соотношение компонентов УВС, а также геометрическая конфигурация конструктивных деталей высокочувствительного инициатора ударного типа для воспламенения порохового заряда в составе двигателей ракетной техники. Соотношение компонентов и размеров определено экспериментально-расчетным путем.

Статистические данные испытаний высокочувствительного инициатора ударного типа для воспламенения порохового заряда в составе двигателей ракетной техники с различными соотношениями площади внешней поверхности дна колпачка (S₁) к площади внешней поверхности дна оболочки (S₀) приведены в таблице 2 и на графике кривых чувствительности (Фиг. 1).

Из представленных результатов видно, что выбранные конструктивные решения улучшают показатель чувствительности к ударному импульсу на 35% при сохранении воспламенительного импульса, обеспечивающего высокую надежность зажжения порохового заряда.

Масса и рецептура усилительного воспламенительного заряда могут меняться в зависимости от требуемой мощности выходного импульса капсюля. Опираясь на экспериментальные данные капсюля-воспламенителя КВГ-2, установлено, что необходимая надежность воспламенения достигается при массе состава, образующего отношение объема, занимаемого воспламенительным усилительным зарядом, к общему объему верхней камеры в пределах 0,15 -0,55. При отношении ниже 0,15 возможны случаи невоспламенения порохового заряда или задержки воспламенения. При отношении выше 0,55 ослабление ударного воздействия воспламенительного импульса фор-камерой, образующейся между усилительным воспламенительным зарядом и закатанными краями оболочки, незначительно и не дает нужного эффекта.

Результаты анализа объема, занимаемого воспламенительным усилительным зарядом двух рецептур (V₁), к общему объему верхней камеры (V₀), капсюля-воспламенителя с различными соотношениями площади дна колпачка (S₁) к площади дна оболочки (S₀) приведены в таблице 3.

Поверхность ударно-воспламенительного заряда и усилительного воспламенительного заряда должна быть закрыта защитным покрытием - герметизирующей чашечкой из фольги и покрыта несколькими слоями лака, для обеспечения необходимого уровня герметичности изделия.

Фор-камера служит для демпфирования (ослабления) ударного действия воспламенительного импульса на близлежащие слои порохового заряда, тем самым препятствуя их разрушению и нарушению динамики горения.

Изобретение может быть проиллюстрировано в следующем примере (Фиг. 2).

Конструкция высокочувствительного инициатора ударного типа для воспламенения порохового заряда в составе двигателей ракетной техники состоит из латунной оболочки (1), в которую последовательно установлены:

Узел, состоящий из латунной наковаленки (2), выполненной с выступающей в обе стороны относительно конусообразной наковальни вертикальной цилиндрической стенкой, снаряженной в верхней части усилительным составом СгСж45П55К2 ОСТ В 84-2462-93 (3), закрытым герметизирующей чашечкой (4), а в нижней установлен колпачок, снаряженный ударным составом (композиция ТНРС с бором 90/10 - 29,5%, бертолетова соль - 29,5%, тетразен - 1,5%, антимоний - 39,5%) - малый капсюль-воспламенитель (5), в котором ударный состав закрыт герметизирующим кружком (6).

Усилительный состав СгСж45П55К2 представляет собой механическую смесь окислителя и горючего. В качестве горючего используют соединения свинца (железосинеродистый свинец) или антимоний, а в качестве окислителей свинцовый сурик, бихромат свинца, хлорат или перхлорат калия. Допускается применение канифоли, каучука или коллоксилина в количестве от 0,6 до 5 мас. % сверх 100% для грануляции и улучшения сыпучести состава.

При установке всех элементов в оболочку высокочувствительного инициатора ударного типа для воспламенения порохового заряда в составе двигателей ракетной техники образуется фор-камера (7).

Внешний диаметр цилиндрической стенки наковаленки соответствует внутреннему диаметру оболочки капсюля. Нижний край цилиндрической стенки наковаленки и дно малого капсюля плотно прилегают к дну оболочки. За счет плотного прилегания поверхностей наковаленка и малый капсюль жестко удерживаются в оболочке при срабатывании инициатора, не допуская вылета или смещения элементов конструкции.

Крепление элементов конструкции высокочувствительного инициатора ударного типа для воспламенения порохового заряда в составе двигателей ракетной техники в сборке производится при помощи закатки края оболочки.

Высокочувствительный инициатор ударного типа для воспламенения порохового заряда в составе двигателей ракетной техники работает следующим образом.

При ударе бойком ударно-спускового механизма агрегата двигателя или катапультного кресла по дну оболочки (1) инициатора происходит срабатывание малого капсюля-воспламенителя (5) за счет защемления инициирующего состава между деформированными донышками оболочки и колпачка и наковальней, представляющей собой конусную выступающую часть перегородки наковаленки (2).

Воспламенительный импульс от малого капсюля-воспламенителя передается по веществу в отверстиях центральной перегородки наковаленки к пиротехническому заряду (3), расположенному в верхней камере наковаленки. Далее воспламенительный импульс передается через фор-камеру (7), отверстие, образованное закатанными краями оболочки, или пороховому заряду агрегата двигателя.

Перспективность и обоснованность выполнения разработки и внедрения в производство высокочувствительного инициатора ударного типа для воспламенения порохового заряда в составе двигателей ракетной техники, согласно настоящему изобретении, подтверждается результатами проведенных работ.

Заявляемое СВ подверглось испытаниям автономно и в составе агрегатов двигателей, которые подтвердили высокую надежность и эффективность работы.

Было изготовлено 3 партии изделий с выбранным вариантом УВС, которые были испытаны на безопасность, безотказность, чувствительность к ударному импульсу, влагостойкость и надежность воспламенения.

Источники информации

[1] Горст А.Г. Пороха и взрывчатые вещества. М., "Машиностроение", 1972, стр. 105, рис. 25. Капсюль-воспламенитель к минометному патрону (КВМ).

[2] Патент RU 2597649.

Изобретение относится к средствам воспламенения, преимущественно для воспламенения пороховых зарядов в составе катапультных кресел, двигателей баллистических ракет и объектов аналогичной конструкции ракетно-космической техники. Инициатор ударного типа для воспламенения порохового заряда в составе двигателей ракетной техники содержит цилиндрическую оболочку и расположенную в ней наковаленку, опирающуюся на капсюль, представляющий собой колпачок с ударно-воспламенительным составом. Наковаленка выполнена с выступающей в обе стороны относительно конусообразной наковальни вертикальной цилиндрической стенкой и образует две камеры, сообщающиеся между собой запальными отверстиями. В нижней камере, образованной наковаленкой и дном оболочки, расположен капсюль, а в верхней камере, образованной наковаленкой и закатанными краями оболочки, и в запальных отверстиях, помещен усилительный воспламенительный заряд. Соотношение площади внешней поверхности дна колпачка к площади внешней поверхности дна оболочки равно 0,48. Отношение объема, занимаемого усилительным воспламенительным зарядом, к общему объему верхней камеры наковаленки составляет от 0,15 до 0,55. Соотношение диаметра дна оболочки и закатанной части равно 1, а соотношение внутреннего диаметра колпачка к диаметру рабочей части конусообразной наковальни равно 4,6. В колпачке содержится ударно-воспламенительный состав, состоящий из тринитрорезорцината свинца с бором, бертолетовой соли, тетразена, антимония с их определенным массовым соотношением. Технический результат заключается в сохранении надежности воспламенения при повышении термической стойкости, чувствительности к ударному импульсу при условии выдержки необходимого габарита, соответствующего посадочному месту. 2 ил., 3 табл.

Инициатор ударного типа для воспламенения порохового заряда в составе двигателей ракетной техники, содержащий цилиндрическую оболочку и расположенную в ней наковаленку, опирающуюся на капсюль, представляющий собой колпачок с ударно-воспламенительным составом, при этом наковаленка выполнена с выступающей в обе стороны относительно конусообразной наковальни вертикальной цилиндрической стенкой и образует две камеры, сообщающиеся между собой запальными отверстиями, при этом в нижней камере, образованной наковаленкой и дном оболочки, расположен капсюль, а в верхней камере, образованной наковаленкой и закатанными краями оболочки, и в запальных отверстиях, помещен усилительный воспламенительный заряд, отличающийся тем, что соотношение площади внешней поверхности дна колпачка к площади внешней поверхности дна оболочки равно 0,48, а отношение объема, занимаемого усилительным воспламенительным зарядом, к общему объему верхней камеры наковаленки составляет от 0,15 до 0,55, причем соотношение диаметра дна оболочки и закатанной части равно 1, а соотношение внутреннего диаметра колпачка к диаметру рабочей части конусообразной наковальни равно 4,6, при этом в колпачке содержится ударно-воспламенительный состав со следующим соотношением компонентов, мас. %:

Тринитрорезорцинат свинца с бором 90/10 29,5 Бертолетова соль 29,5 Тетразен 1,5 Антимоний 39,5