Система перекрывания отверстия канала, система перекрывания отверстия воздухозаборника для впуска воздуха в камеру сгорания прямоточного воздушно-реактивного двигателя, прямоточный воздушно-реактивный двигатель и ракета
Система перекрывания отверстия воздухозаборника, предназначенного для перекрывания впуска воздуха в камеру сгорания прямоточного воздушно-реактивного двигателя, содержит, по меньшей мере, один обтюратор, содержащий стеклянную пластину, выполненную с возможностью полного перекрывания указанного отверстия канала, и, по меньшей мере, одно устройство уничтожения стеклянной пластины обтюратора. Обтюратор содержит множество защитных элементов, выполненных из эластомера, закрепленных, по меньшей мере, на первой стороне стеклянной пластины, которая может подвергаться ударным воздействиям, отделенных друг от друга заранее определенным максимальным расстоянием и полностью перекрывающих первую сторону. Изобретение позволяет предотвратить преждевременное разрушение обтюратора системы перекрывания прямоточного воздушно-реактивного двигателя до того, как будут достигнуты условия для работы в режиме прямоточного воздушно-реактивного двигателя. 4 н. и 8 з.п. ф-лы, 3 ил.
Настоящее изобретение касается системы перекрывания канала. Не исключительным образом оно касается, в частности, системы перекрывания отверстия воздухозаборника для впуска воздуха в камеру сгорания прямоточного воздушно-реактивного двигателя.
Известно, что прямоточные воздушно-реактивные двигателя в основном состоят из камеры сгорания, заканчивающейся реактивным соплом, в которую подают жидкое или газообразное топливо (которое может быть получено из твердого топлива) и воздух. Воздух поступает в камеру сгорания, по меньшей мере, через один воздухозаборник, выполненный в виде воздушного канала, захватывающий воздух, когда прямоточный воздушно-реактивный двигатель (или летательный аппарат, на котором он установлен) перемещается относительно окружающего воздуха.
Таким образом, для работы прямоточного воздушно-реактивного двигателя требуется предварительный разгон указанного двигателя относительно окружающего воздуха.
Для этого на первоначальной фазе работы, соответствующей разгону прямоточного воздушно-реактивного двигателя, последний обычно работает в стартовом режиме при помощи вспомогательного стартового ускорителя, расположенного в камере сгорания, затем, после того как указанный прямоточный воздушно-реактивный двигатель достигает заранее установленной скорости и после полной отработки стартового ускорителя, переходит на собственно рабочий режим прямоточного воздушно-реактивного двигателя с впрыском топлива и подачей воздуха в камеру сгорания.
Такая двухрежимная работа (стартовый режим, рабочий режим прямоточного воздушно-реактивного двигателя) требует наличия системы перекрывания воздуха, чтобы, с одной стороны, перекрыть отверстие воздухозаборника во время стартового режима работы, чтобы препятствовать утечке через это отверстие газов, выходящих из вспомогательного стартового ускорителя, и, с другой стороны, для открывания этого отверстия воздухозаборника в собственно рабочем режиме прямоточного воздушно-реактивного двигателя.
Известно использование (см., например, документ JP-03057867) откидного люка с управляемым открытием в качестве системы перекрывания. Однако в этом случае, как правило, требуется наличие достаточно сложной приводной системы, предотвращающей любое случайное открытие люка, которое может привести к преждевременному зажиганию вспомогательного стартового ускорителя и, как следствие, к повреждению носителя (например, самолета) ракеты, оснащенной указанным прямоточным воздушно-реактивным двигателем. Кроме того, что не менее важно, этот люк остается на прямоточном воздушно-реактивном двигателе и после открытия воздухозаборника, что создает проблему загромождения габаритов и наличия посторонней массы во время работы прямоточного воздушно-реактивного двигателя.
Чтобы устранить этот недостаток, в документе FR-2813344 предложена система перекрывания отверстия воздухозаборника для впуска воздуха в камеру сгорания прямоточного воздушно-реактивного двигателя, содержащая:
- обтюратор или стеклянную крышку (пластину), полностью перекрывающую указанное отверстие на начальной фазе; и
- устройство уничтожения, то есть ударное механическое устройство, разбивающее эту стеклянную крышку перед началом работы прямоточного воздушно-реактивного двигателя. В процессе уничтожения стеклянный обтюратор разбивается на мелкие осколки, и эти осколки выбрасываются наружу назад, проходя через камеру сгорания и реактивное сопло.
Таким образом, во время работы в режиме прямоточного воздушно-реактивного двигателя обтюратор полностью удаляется.
Вместе с тем, во время использования такого прямоточного воздушно-реактивного двигателя наружная сторона стеклянной пластины обтюратора может подвергаться различным внешним воздействиям (удары градин во время перевозочного полета или во время фазы ускорения, камней, вылетающих на взлете из-под переднего колеса летательного аппарата-носителя такого прямоточного воздушно-реактивного двигателя, различные толчки и т.д.), которые могут привести к разрушению указанной стеклянной пластины.
Следовательно, существует опасность преждевременного разрушения обтюратора системы перекрывания прямоточного воздушно-реактивного двигателя до того, как будут достигнуты условия для работы в режиме прямоточного воздушно-реактивного двигателя.
Задачей настоящего изобретения является устранение этих недостатков. Оно касается системы перекрывания отверстия воздушного канала, в частности отверстия воздухозаборника в виде воздушного канала для впуска воздуха в камеру сгорания прямоточного воздушно-реактивного двигателя, обеспечивающей эффективное открытие указанного отверстия канала в определенный момент и предотвращающей преждевременное открытие этого отверстия.
Для этого, в соответствии с настоящим изобретением, предложена система перекрывания отверстия канала, содержащая:
- по меньшей мере, один обтюратор, содержащий стеклянную пластину, выполненную с возможностью полного перекрытия указанного отверстия;
- по меньшей мере, одно устройство уничтожения указанной стеклянной пластины указанного обтюратора,
которая отличается тем, что обтюратор дополнительно содержит множество защитных элементов, выполненных из эластомера, закрепленных, по меньшей мере, на наружной стороне стеклянной пластины, которая может подвергаться ударным воздействиям, отделенных друг от друга заранее определенным максимальным расстоянием и полностью перекрывающих первую сторону. Предпочтительно это максимальное расстояние практически равно 0,5 мм.
Таким образом, благодаря защитным элементами, полностью перекрывающим верхнюю сторону стеклянной пластины, которая может подвергаться ударным воздействиям, стеклянную пластину предохраняют от преждевременного разрушения, при этом промежутки между защитными элементами выполняют такими, чтобы они на своем уровне обеспечивали защиту указанной пластины от различных ударных воздействий.
Кроме того, поскольку защитные элементы выполнены в виде множества отдельных деталей, отделенных друг от друга, устройство уничтожения всегда может в соответствующий момент разрушить обтюратор путем известного воздействия на сторону, противоположную стороне, перекрытой защитными элементами.
В частности, для облегчения разрушения стеклянной пластины устройством уничтожения, по меньшей мере, несколько защитных элементов предпочтительно имеют на наружной стороне стеклянной пластины форму многоугольника, площадь которого меньше площади стеклянных осколков, образующихся во время разрушения стеклянной пластины устройством уничтожения, и/или самая длинная сторона которого меньше или равна половине толщины стеклянной пластины.
В наиболее предпочтительном варианте выполнения самая длинная сторона многоугольника практически равна половине толщины стеклянной пластины.
Кроме того, предпочтительно:
- указанный многоугольник является квадратом;
- по меньшей мере, несколько защитных элементов являются кубами.
Кроме того, стеклянную пластину предпочтительно выполняют из закаленного стекла.
Кроме того, согласно одному из вариантов выполнения устройство уничтожения содержит:
- по меньшей мере, один снаряд, выполненный с возможностью разрушения стеклянного обтюратора после его выбрасывания в сторону последнего;
- по меньшей мере, одно управляемое метательное устройство, выполненное с возможностью выбрасывания снаряда в сторону обтюратора.
В предпочтительном варианте применения система перекрывания в соответствии с настоящим изобретением предназначена для перекрытия отверстия воздухозаборника для впуска воздуха в камеру сгорания прямоточного воздушно-реактивного двигателя, при этом прямоточный воздушно-реактивный двигатель известным образом выполнен с возможностью работы в стартовом режиме на начальной фазе работы, соответствующей разгону прямоточного воздушно-реактивного двигателя, благодаря наличию вспомогательного стартового ускорителя, расположенного в камере сгорания, затем, после того как прямоточный воздушно-реактивный двигатель достигает заранее установленной скорости, с возможностью работы в собственно рабочем режиме прямоточного воздушно-реактивного двигателя с впрыском топлива и впуском воздуха в камеру сгорания, при этом система перекрывания известным образом содержит:
- по меньшей мере, один обтюратор, содержащий стеклянную пластину, выполненную с возможностью полного перекрытия указанного отверстия во время начальной фазы работы в стартовом режиме;
- по меньшей мере, одно устройство уничтожения, выполненное с возможностью разрушения стеклянной пластины обтюратора для открытия указанного отверстия с целью обеспечения работы в режиме прямоточного воздушно-реактивного двигателя.
Согласно изобретению система перекрывания характеризуется указанными признаками, при этом сторона, которая может быть подвержена ударным воздействиям, является наружной стороной стеклянной пластины.
Настоящее изобретение касается также прямоточного воздушно-реактивного двигателя, оснащенного описанной выше системой перекрывания, а также ракеты, содержащей такой прямоточный воздушно-реактивный двигатель.
Чертежи предназначены для лучшего понимания настоящего изобретения. На данных чертежах аналогичные элементы обозначены одинаковыми позициями.
Фиг.1 - схематическое изображение в частичном продольном разрезе ракеты, оснащенной прямоточным воздушно-реактивным двигателем известного типа, воздухозаборники которого оборудованы обтюраторами, являющимися составными частями систем перекрывания в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг.2 и 3 - частичное изображение, соответственно вид сбоку и вид в плане, предпочтительного варианта выполнения обтюратора в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг.1 для лучшего понимания схематически показана ракета 1 с продольной осью Х-Х, приводимая в движение прямоточным воздушно-реактивным двигателем 2 известного типа.
Ракета 1 содержит корпус 3, содержащий, кроме обычных приборов и зарядов (не показаны, поскольку не относятся к заявленному изобретению), топливный резервуар 4, предназначенный для питания прямоточного воздушно-реактивного двигателя 2 и установленный в задней части корпуса 3.
Прямоточный воздушно-реактивный двигатель 2 содержит камеру сгорания 5, заканчивающуюся сзади реактивным соплом 6 и соединенную спереди с множеством воздухозаборников, выполненных в виде воздушных каналов 7.
Воздушные каналы 7 расположены по периферии корпуса 3 и выполнены с ним заодно. Каждый из них содержит спереди впускное воздушное отверстие 8, а сзади сообщается с передней частью 9 камеры сгорания 5 через выпускное воздушное отверстие 10 канала 1.
В каждом воздушном канале 7 выполнено колено 11 для соединения его части, закрепленной на наружной стенке корпуса 3, с отверстием 10, соответствующим входу камеры сгорания 5.
Рядом с передней частью 9 камеры сгорания 5 выполнено устройство 12 впрыска топлива. Устройство 12 управляется устройством питания и регулирования топлива (не показано), установленным на корпусе 3 и соединенным с резервуаром 4.
На внутренних стенках камеры сгорания 5 выполнено термозащитное покрытие 13.
Ракета 1 работает следующим образом.
Сначала, после отделения ракеты 1 от ее носителя, прямоточный воздушно-реактивный двигатель 2 не работает, а ракета 1 приводится в движение вспомогательным стартовым ускорителем 14 (например, пороховым зарядом), размещенным внутри камеры сгорания 5.
Когда работает вспомогательный стартовый ускоритель 14, воздушные каналы 7 перекрыты обтюраторами 15, входящими в системы перекрывания 16 в соответствии с настоящим изобретением, подробнее описанными ниже.
В конце работы стартового ускорителя 14, после его окончательного сгорания, обтюраторы 15 открываются и проникающий (стрелки F) в воздушные каналы 7 через отверстия 8 воздух поступает в камеру сгорания 5 через отверстия 10.
Кроме того, также в конце работы стартового ускорителя 14 устройство питания и регулирования питает устройство впрыска 12 топливом, которое воспламеняется. Начинает работать прямоточный воздушно-реактивный двигатель, заменяя ускоритель 14 (исчезнувший) для приведения в движение ракеты 1.
Далее следует описание отличительных признаков настоящего изобретения только для одной системы перекрывания 16 с учетом того, что эти признаки характеризуют все системы перекрывания 16 прямоточного воздушно-реактивного двигателя 2.
Указанная система перекрывания 16 содержит:
- обтюратор 15, содержащий хрупкую (фрагментируемую) стеклянную пластину 18, подробнее описанную ниже, установленную при помощи известных средств 19 и 20 на уровне отверстия воздушного канала 7 с возможностью полного перекрытия этого отверстия;
- устройство уничтожения 17 для разрушения путем фрагментации обтюратора 15 с возможностью открытия указанного отверстия.
Обтюратор 15 перекрывает впускное отверстие 8 в воздушном канале 7, расположенное на входе последнего в направлении F воздушного потока в воздушном канале 7.
В не представленном на чертежах отдельном варианте выполнения устройство уничтожения содержит:
- по меньшей мере, один снаряд, выполненный с возможностью разрушения стеклянного обтюратора 15 после его выбрасывания в сторону последнего;
управляемое метательное средство, например известный пиротехнический ударник, выполненный с возможностью выбрасывания указанного снаряда и установленный за пределами воздушного канала 7, будучи при этом ориентированным для выбрасывания снаряда в сторону обтюратора 15.
Поскольку обтюратор 15 выполнен из стекла и благодаря эффективности устройства уничтожения 17, стекло разбивается на мелкие осколки, которые уносятся поступающим в камеру сгорания воздухом и удаляются назад за пределы прямоточного воздушно-реактивного двигателя 2 через воздушный канал 7, камеру сгорания 5 и реактивное сопло 6. Следовательно, после разрушения обтюратор 15 полностью удаляется.
В соответствии с настоящим изобретением, чтобы предотвратить преждевременное открытие отверстия 8 в результате ударных воздействий (ударов градин, различных толчков и т.д.), обтюратор 15 дополнительно содержит множество защитных элементов 21, выполненных из эластомера и закрепленных на наружной стороне 22 стеклянной пластины 18, то есть на стороне, которая может быть подвержена ударным воздействиям (внешним), при этом они отделены друг от друга заранее определенным максимальным расстоянием и полностью перекрывают наружную сторону 22.
Таким образом, благодаря наличию защитных элементов 21, полностью перекрывающих наружную сторону 22 (которая может подвергаться ударным воздействиям) стеклянной пластины 18, предотвращают преждевременное разрушение стеклянной пластины 18, при этом в соответствии с настоящим изобретением промежутки е (фиг.2) между защитными элементами 21 выполнены с возможностью предотвращения разрушения стеклянной пластины 18 от внешних ударных воздействий на их уровне.
Предпочтительно указанные промежутки е идентичны и, например, практически равны 0,5 мм.
Кроме того, поскольку защитные элементы 21 представляют собой множество отдельных деталей, отделенных друг от друга, устройство уничтожения 17 способно разрушить обтюратор 15 в соответствующий момент путем известного воздействия на сторону 23, противоположную указанной стороне 22, так как сторона 23 не защищена защитными элементами 21.
Для облегчения разрушения стеклянной пластины 18 при помощи устройства уничтожения 17 защитные элементы 21 на наружной стороне 22 стеклянной пластины 18 имеют форму многоугольника, предпочтительно форму квадрата (с равными сторонами 1 и L), площадь которого меньше площади осколков стекла, образующихся при разрушении стеклянной пластины 18 устройством уничтожения 17, и/или самая длинная сторона l или L меньше или равна половине толщины Е указанной стеклянной пластины 18.
В предпочтительном варианте выполнения самая длинная сторона l или L многоугольника практически равна половине толщины Е указанной стеклянной пластины 18.
Например, стороны l и L могут быть практически равными 4 мм, а толщина Е может быть практически равной 8 мм.
Что касается высоты Н защитных элементов, она должна быть достаточной, чтобы обеспечить эффективную амортизацию ударных воздействий. Она зависит от используемого эластомерного материала и от ожидаемых ударных воздействий.
В предпочтительном варианте выполнения, показанном на фиг. 2 и 3, указанные защитные элементы 21 являются кубами, при этом H=l=L.
Кроме того, в предпочтительном варианте выполнения:
- стеклянная пластина 18 выполнена из закаленного стекла, такого как закаленное щелочно-известковое стекло "Т152";
- эластомер является силиконом "60 единиц по Шору" (MF 370+MF 345).
1. Система перекрывания отверстия (8) воздухозаборника в виде воздушного канала (7), содержащая, по меньшей мере, один обтюратор (15), содержащий стеклянную пластину (18), выполненную с возможностью полного перекрытия отверстия (8) воздушного канала (7), и, по меньшей мере, одно устройство уничтожения (17) стеклянной пластины (18) обтюратора (15), отличающаяся тем, что обтюратор (15) дополнительно содержит множество защитных элементов (21), выполненных из эластомера, закрепленных, по меньшей мере, на наружной стороне (22) стеклянной пластины (18), которая может подвергаться ударным воздействиям, отделенных друг от друга заранее определенным максимальным расстоянием и полностью перекрывающих указанную первую сторону (22).
2. Система перекрывания по п.1, отличающаяся тем, что указанное максимальное расстояние практически равно 0,5 мм.
3. Система перекрывания по одному из пп.1 и 2, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, несколько защитных элементов (21) на наружной стороне (22) стеклянной пластины (18) имеют форму многоугольника, площадь которого меньше площади осколков стекла, образующихся при разрушении стеклянной пластины (18) устройством уничтожения (17).
4. Система перекрывания по одному из пп.1-3, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, несколько защитных элементов (21) на наружной стороне (22) стеклянной пластины (18) имеют форму многоугольника, самая длинная сторона (L, 1) которого меньше или равна половине толщины (Е) стеклянной пластины (18).
5. Система перекрывания по любому из пп.3 и 4, отличающаяся тем, что многоугольник является квадратом.
6. Система перекрывания по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, несколько защитных элементов (21) являются кубами.
7. Система перекрывания по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что стеклянная пластина (18) выполнена из закаленного стекла.
8. Система перекрывания по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что устройство уничтожения (17) содержит, по меньшей мере, один снаряд, выполненный с возможностью разрушения стеклянной пластины обтюратора (15) при его выбрасывании в сторону последнего, и, по меньшей мере, одно управляемое метательное средство, выполненное с возможностью выбрасывания снаряда в сторону обтюратора (15).
9. Система перекрывания отверстия (8) воздухозаборника (7) в виде воздушного канала (7) для впуска воздуха в камеру сгорания (5) прямоточного воздушно-реактивного двигателя (2), при этом указанный прямоточный воздушно-реактивный двигатель (2) выполнен с возможностью работы на начальной фазе, соответствующей разгону прямоточного воздушно-реактивного двигателя в стартовом режиме при помощи вспомогательного стартового ускорителя (14), установленного в камере сгорания (5), затем после достижения прямоточным воздушно-реактивным двигателем (2) заранее определенной скорости - работы в собственном рабочем режиме прямоточного воздушно-реактивного двигателя с впрыском топлива и подачей воздуха в камеру сгорания (5), при этом система перекрывания (16) содержит, по меньшей мере, один обтюратор (15), содержащий стеклянную пластину (18), полностью перекрывающую отверстие (8) во время начальной фазы работы в стартовом реактивном режиме, и, по меньшей мере, одно устройство уничтожения (17), выполненное с возможностью разрушения стеклянной пластины (18) обтюратора (15), чтобы открыть отверстие (8) для обеспечения рабочего режима прямоточного воздушно-реактивного двигателя, отличающаяся тем, что обтюратор (15) дополнительно содержит множество защитных элементов (21), выполненных из эластомера, закрепленных на наружной стороне (22) стеклянной пластины (18), отделенных друг от друга заранее определенным максимальным расстоянием и полностью перекрывающих наружную сторону (22).
10. Система перекрывания по п.9, отличающаяся тем, что является системой по любому из пп.2-8.
11. Прямоточный воздушно-реактивный двигатель (2), содержащий камеру сгорания (5), оборудованную, по меньшей мере, одним воздухозаборником (7) в виде воздушного канала (7) для впуска воздуха внутрь камеры сгорания (5), и систему перекрывания (16) отверстия (8) воздушного канала (7) для впуска воздуха в камеру сгорания, отличающийся тем, что система перекрывания (16) является системой по одному из пп.9 и 10.
12. Ракета, отличающаяся тем, что содержит прямоточный воздушно-реактивный двигатель (2) по п.11.
