Ракета для активного воздействия на облака
Изобретение относится к устройствам для изменения атмосферных условий, а более конкретно к метеорологическим ракетам для рассеивания в облаках аэрозоля, генерируемого при сгорании пиротехнической дымовой шашки, с целью искусственного вызывания осадков или предотвращения градобития. Ракета для активного воздействия на облака содержит головную часть с шашками пиротехнического заряда, разделенными газораспределительными решетками, сообщающимися с кольцевыми рядами дымовыводных отверстий в корпусе, закрытую обтекателем, наполненным насыпным металлическим материалом, и в котором размещены сдублированные лучевые капсюли-детонаторы, взаимодействующие с распределенными ленточными зарядами взрывчатого вещества механизма самоликвидации, а также двухсекционный твердотопливный реактивный двигатель, воспламенительный заряд которого через ресивер сообщается с центральной электрокапсюльной втулкой соплового блока, несущего аэродинамические лопасти. Новым является то, что суммарное проходное сечение дымовыводных отверстий головной части выбрано из условия (27-33)-кратной степени диафрагмирования активной поверхности шашек пиротехнического заряда головной части, генерирующей функциональный дым, а ресивер соплового блока оснащен графитовым вкладышем на торце. Предложенное техническое решение обеспечило надежное функционирование ракеты по распределению активного дыма непосредственно на месте его генерирования через выходные отверстия корпуса, обеспечив формирование заметной доли мелкодисперсной фракции целевого аэрозоля в форме газодинамических струй, стабилизирующих ракету при склонении на траектории полета в обрабатываемом облаке, и направлению части дымового потока к сопловому блоку, когда происходит агломерация частиц дисперсной фазы аэрозоля. 1 ил.
Изобретение относится к устройствам для изменения атмосферных условий, а более конкретно, к метеорологическим ракетам для рассеивания в облаках аэрозоля, генерируемого при сгорании пиротехнической дымовой шашки с целью искусственного вызывания осадков или предотвращения градобития.
Уровень данной области техники характеризует ракета для активного воздействия на облака, описанная в патенте RU 2340861 C1, F42B 12/36, 2008 г., в головной части которой расположен аэродинамический обтекатель с выходными отверстиями, распределенными по его периметру, содержащая канальную шашку активного дыма, воспламенительное устройство и исполнительный механизм самоликвидации, включающий последовательно установленные дюзу, пиротехнический замедлитель и капсюль-детонатор, примыкающий к ленточному заряду взрывчатого вещества, радиально и продольно распределенному в ракете.
Твердые частички генерируемого при горении функционального заряда аэрозоля в атмосфере служат ядрами кристаллизации влаги или сорбирующими концентраторами каплеобразования в обрабатываемом облаке.
Между корпусом головной части и обтекателем расположен выпускной коллектор с диффузором, сообщающимся с выходными отверстиями, дюза исполнительного механизма самоликвидации расположена в диффузоре, а капсюль-детонатор сдублирован дополнительным капсюлем-детонатором, которые расположены продольно и экранированы сверху отражающей перекладиной.
Для оптимизации высоты и дальности полета ракеты реактивный двигатель выполнен двухрежимным, что улучшает динамику выхода ракеты на регламентное функционирование для увеличения дистанции полета.
Два режима работы реактивного двигателя обеспечиваются последовательным функционированием двух его секций, в целом для скоростного подъема ракеты на относительно большую высоту. В секциях соответственно подбираются структурные элементы по составу, массе и характеру их горения.
Продольные ленточные заряды взрывчатого вещества, распределенные вдоль корпуса ракеты, при подрыве создают направленные к центру встречные потоки осколков, которые взаимно дробятся при встрече с потерей кинетической энергии, а кольцевые ленточные заряды дробят наиболее массивные части ракеты на безопасные при падении фрагменты.
Особенность описанной ракеты заключается в том, что выпускные отверстия для активного дыма выполнены в диффузоре коллектора, оснащенном соосной дюзой исполнительного механизма самоликвидации, центральная электрокапсюльная втулка соплового блока с шашками реактивного двигателя сообщается посредством примыкающего по торцу воспламенительного заряда, которые отделены ресивером, а пороховые канальные шашки двигателя выполнены с равными сводами горения.
Недостатком этой ракеты является ограничение радиуса действия из-за относительно малой эффективности генерируемого при горении шашки активного дыма, выводимого частями через сопловой блок и выходные отверстия диффузора коллектора.
Отмеченный недостаток устранен в ракете для активного воздействия на облака по патенту RU 2485762 C2, A01G 15/00, F42B 12/36, 46, 2011 г., который по технической сущности и числу совпадающих признаков выбран в качестве наиболее близкого аналога предложенной метеорологической ракете.
Известная ракета содержит головную часть с функциональными шашками пиротехнического заряда, генерирующими при горении активный дым (аэрозоль), закрытую обтекателем, и двухсекционный твердотопливный реактивный двигатель.
Головная часть сообщается с атмосферой посредством дымовыводных отверстий, размещенных в два ряда, соосно газораспределительным решеткам, разделяющим шашки функционального заряда.
Обтекатель наполнен чугунной дробью для смещения центра масс вперед от центра давления, чем обеспечивается продольная устойчивость ракеты на траектории полета.
В обтекателе размещены сблокированные лучевые капсюли-детонаторы, взаимодействующие с распределенными ленточными зарядами взрывчатого вещества механизма самоликвидации, при этом поперечный ленточный заряд примыкает к экранирующему колпаку, покрывающему капсюли-детонаторы.
Воспламенительный заряд реактивного двигателя через ресивер сообщается с центральной электрокапсюльной втулкой соплового блока, несущего аэродинамические лопасти.
Функциональные заряды головной части ракеты по цилиндрическим образующим бронированы покрытием из термостойкого асбеста, обеспечивая их торцевое горение.
Размещение распределенных на поверхности головной части ракеты дымовыводных отверстий в два ряда, соосно газораспределительным решеткам между торцами функциональных шашек, позволяет диспергировать в обрабатываемое облако целевой аэрозоль непосредственно с места его генерирования, исключив при этом шламовые потери в каналах транспортирования и агломерационный рост дисперсной фазы, снижающий активность реагента.
Соосное ориентирование дымовыводных отверстий в головной части ракеты относительно газораспределительных решеток, установленных между торцами структурных частей пиротехнического заряда активного дыма, способствует беспрепятственному выводу аэрозоля, генерируемого при их горении, в форме поперечных газодинамических струй.
Установка газораспределительных решеток между торцами структурных частей пиротехнического заряда активного дыма конструктивно формирует локальные камеры сгорания и ресиверы для накопления под давлением газообразных продуктов горения и ориентированного, организованного их истечения в обрабатываемое облако.
Выполнение функционального заряда из трех автономно горящих с торцов частей способствует увеличению скорости дымообразования и, как следствие, повышению эффективности активного воздействия на обрабатываемые облака.
Монолитный заряд активного дыма изолирует лучевые капсюли-детонаторы в обтекателе, выполняя функции временного замедлителя для инициирования механизма самоликвидации. Таким образом, срабатывание механизма самоликвидации возможно только после полного сгорания функционального заряда.
Усиленный форс пламени от прогоревшего по торцу монолитного заряда активного дыма инициирует срабатывание лучевых капсюлей-детонаторов и последующий подрыв распределенных вдоль и поперек ракеты ленточных зарядов взрывчатого вещества.
Размещение лучевых капсюлей-детонаторов (инициирующего устройства) под экранирующим колпаком повышает функциональную надежность срабатывания механизма самоликвидации ракеты, так как инициирующий детонационный импульс локализуется в поперечном ленточном заряде взрывчатого вещества, примыкающем к стальному колпаку изнутри, и полностью передается на периферию к продольным ленточным зарядам, распределенным по корпусу.
При срабатывании механизма самоликвидации в результате сложения падающих и отраженных волн происходит дробление стального колпака, осколками которого разрушается на части обтекатель, что резко снижает кинетическую энергию разлета формируемых фрагментов до безопасной.
Надежность срабатывания механизма самоликвидации достигается дублированием лучевого капсюля-детонатора, которые устанавливаются параллельно над термочувствительным усилительным зарядом, управляющим их срабатыванием.
Заполнение обтекателя насыпным металлическим материалом (чугунной дробью) служит для увеличения дальности полета ракеты в обрабатываемом облаке за счет стабилизации траектории ее полета в результате смещения центра масс дальше от центра давления, что особенно важно при выгорании реактивного топлива и заряда активного дыма.
После самоликвидации ракеты металлический материал насыпного наполнения обтекателя рассыпается в пространстве и не представляет опасности живым организмам на земной поверхности.
Недостатком известной метеорологической ракеты является неоптимизированное распределение генерируемого дыма через выводные отверстия в корпусе головной части и ее сопловой блок, что снижает эффективность обработки облака.
Кроме того, как показала практика, на газодинамический режим истечения активного дыма через сопловой блок оказывает негативное влияние сильная эрозия его торцевой поверхности под воздействием динамического давления горячих продуктов горения функциональных шашек, в результате чего не достигается расчетный объем активных центров каплеобразования в атмосфере.
Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение функциональной надежности и эффективности основного действия по назначению усовершенствованной конструкции метеорологической ракеты за счет рационального распределения генерируемого аэрозоля в большем объеме обрабатываемого облака, при сопутствующей стабилизации ракеты на траектории для увеличения дальности ее полета.
Требуемый технический результат достигается тем, что в известной ракете для активного воздействия на облака, содержащей головную часть с шашками пиротехнического заряда, разделенными газораспределительными решетками, сообщающимися с кольцевыми рядами дымовыводных отверстий в корпусе, закрытую обтекателем, наполненным насыпным металлическим материалом, и в котором размещены сдублированные лучевые капсюли-детонаторы, взаимодействующие с распределенными ленточными зарядами взрывчатого вещества механизма самоликвидации, а также двухсекционный твердотопливный реактивный двигатель, воспламенительный заряд которого через ресивер сообщается с центральной электрокапсюльной втулкой соплового блока, несущего аэродинамические лопасти, согласно изобретению суммарное проходное сечение дымовыводных отверстий головной части выбрано из условия (27-33)-кратной степени диафрагмирования активной поверхности шашек пиротехнического заряда головной части, генерирующей функциональный дым, а ресивер соплового блока оснащен графитовым вкладышем на торце.
Отличительные признаки предложенного технического решения обеспечили надежное функционирование ракеты по распределению активного дыма непосредственно на месте его генерирования через выводные отверстия корпуса, обеспечив формирование заметной доли мелкодисперсной фракции целевого аэрозоля в форме газодинамических струй, стабилизирующих ракету при склонении на траектории полета в обрабатываемом облаке, и направление части дымового потока к сопловому блоку, когда происходит агломерация частиц дисперсной фазы аэрозоля, характеризующейся активным действием на каплеобразование в области повышенных температур.
В результате в облаке происходит комплексная обработка: динамичное каплеобразование на крупных аэрозольных частицах и пролонгированная адсорбция влаги на мелкодисперсной фракции дыма.
Ракета по изобретению характеризуется повышенной функциональной надежностью, обеспечивая высокопроизводительное генерирование активного дыма с пяти торцов одновременного горения пиротехнического заряда головной части, который частично выводится непосредственно в атмосферу в форме мелкодисперсного аэрозоля, эффективно воздействующего на облака в течение более протяженного времени.
Степень диафрагмирования была определена по критерию максимальной эффективности математическим моделированием и подтверждена экспериментально в условиях эксплуатации. Степень диафрагмирования оптимизирована в диапазоне 27-33, когда соблюдается рациональное соотношение объемов дыма, истекающего непосредственно из головной части и через сопловой блок.
Выполнение в ресивере графитового вкладыша, закрепленного на сопловом блоке, обеспечило стабильность газодинамических параметров на всем протяжении функционирования ракеты по основному назначению.
Следовательно, каждый существенный признак необходим, а их совокупность в устойчивой взаимосвязи является достаточной для достижения новизны качества, неприсущей признакам в разобщенности, то есть поставленная техническая задача решается не суммой эффектов, а новым сверхэффектом суммы признаков.
Сущность изобретения поясняется чертежом, который имеет чисто иллюстративную цель и не ограничивает объема притязаний формулы. На чертеже изображена предложенная метеорологическая ракета.
Структурно ракета включает смонтированные последовательно в корпусе 1: сопловой блок 2 с аэродинамическим оперением 3, узел 4 воспламенения, две секции 5 и 6 реактивного твердотопливного двигателя, головную часть 7, несущую функциональный заряд, и обтекатель 8.
На сопловом блоке 2, в ресивере 9, закреплен графитовый вкладыш 10 с огнепередаточным каналом 11, в котором установлена центральная электрокапсюльная втулка 12, связанная с пусковой установкой.
Каждая секция 5 и 6 реактивного двигателя включает последовательно смонтированные канальную пороховую шашку 13, пиротехническую шашку 14 торцевого горения и усилительный заряд 15, формообразуя двухрежимный реактивный двигатель ракеты.
Функциональный заряд головной части 7 выполнен из двух канальных шашек 16 и 17, разделенных поперечной газораспределительной решеткой 18, и монолитной шашки 19 активного дыма, примыкающей к обтекателю 8 и перекрывая его.
Все три шашки 16, 17 и 19 функционального заряда головной части 7 ракеты по наружным цилиндрическим поверхностям термобронированы асбестовыми оболочками 20, а каналы шашек 16 и 17 - асбестовыми трубками 21, чем обеспечивается их торцевое горение.
Между монолитной шашкой 19 и верхней канальной шашкой 17, а также между канальными шашками 17 и 16 размещены газораспределительные решетки 22 и 18 соответственно.
Обе газораспределительные решетки 18 и 22 смонтированы в головной части 7 ракеты соосно распределенным по периметру корпуса 1 рядам радиальных сквозных отверстий 23 сообщения с атмосферой.
Объем газораспределительных решеток 18 и 22 выполняет функции ресиверов для накопления под давлением генерируемого при торцевом горении шашек 16-17 и 17-19 функционального аэрозоля, а соосные ряды сквозных отверстий 23 в корпусе 1 служат для непосредственного струйного вывода активного дыма послойно в атмосферу.
В обтекателе 8 смонтированы два сдублированных лучевых капсюля-детонатора 24, которые параллельно инициируют срабатывание распределенных по корпусу 1 ленточных зарядов 25 и 26 взрывчатого вещества, соответственно поперечных и продольных.
Ленточный заряд 25 со стороны обтекателя 8 закрыт стальным колпаком 27, к которому изнутри примыкает поперечный ленточный заряд 25, смонтированный над капсюлями-детонаторами 24. Колпак 27 экранирует распространение детонационного импульса в объем обтекателя 8, локализуя энергию в примыкающем ленточном заряде 25 взрывчатого вещества, инициируя его срабатывание и передачу детонационных волн в пристыкованные продольные ленточные заряды 26 взрывчатого вещества, распределенные по периметру корпуса 1 ракеты.
Между монолитным зарядом 19 активного дыма головной части 7 и лучевыми капсюлями-детонаторами 24 в обтекателе 8 установлен термочувствительный усилительный заряд 28.
Обтекатель 8 заполнен чугунной дробью 29, которая служит для балансировки и стабилизации ракеты на полете.
Продольные ленточные заряды 26 в сопловом блоке 2 пристыкованы к кольцевому (поперечному) ленточному заряду 25.
Функционирует ракета следующим образом.
Для запуска ракеты с пусковой установки подается электрический импульс на электрокапсюльную втулку 12, при срабатывании которой формируется форс пламени, направляемый посредством огнепередаточного канала 11 на узел 4 воспламенения шашек 13 и 14 секции 5 реактивного двигателя, который выводится на расчетный режим параметров работы.
Газообразные продукты горения шашек 13, 14 поступают в сопловой блок 2, где динамично выбрасываются струями в атмосферу, развивая тяговое усилие.
При достижении усилия тяги, достаточного для отжатия стопора пусковой установки, ракета сходит с ее направляющих и стартует под действием реактивных струй из соплового блока 2.
В течение 2 с пороховая шашка 13 секции 5 сгорает, обеспечивая высокий импульс удельной тяги и реактивное движение ракеты. При горении пиротехнической шашки 14 образуются высокотемпературные продукты, реактивно разгоняющие ракету.
При автономном горении пиротехнической шашки 14 в течение последующих 6 с скорость ракеты несколько падает и происходит ее угловое склонение к горизонту при инерционном движении по баллистической траектории, более пологой.
При догорании шашки 14 тепловым импульсом воспламеняется усилительный заряд 15, который своей тепловой энергией инициирует горение шашек 13 и 14 второй секции 6 реактивного двигателя. Последовательность функционирования структурных элементов секции 6 аналогична вышеописанному по секции 5.
Ракета получает дополнительный импульс тяги при сгорании пороховой шашки 13 секции 6 с последующим инерционным ее движением, когда автономно горит ее пиротехническая шашка 14, по баллистической траектории, по которой ракета входит в обрабатываемое облако под минимальным углом к горизонту.
Далее тепловым факелом, формируемым при сгорании усилительного заряда 15 секции 6, практически одномоментно воспламеняются канальные шашки 15, 17 и монолитная шашка 19 активного дыма головной части 7 ракеты.
При торцевом горении пиротехнических шашек 16, 17, 19 с пяти поверхностей одновременно активно генерируется аэрозоль, включающий мелкодисперсные льдообразующий реагент или сорбирующее вещество, которые служат в качестве активных ядер конденсации влаги.
Генерируемый аэрозоль накапливается в свободном объеме газораспределительных решеток 18 и 22, где повышается давление, под действием которого активный дым через радиальные сквозные отверстия 23 поперечными струями послойно выбрасывается в обрабатываемое облако.
В переохлажденных облаках на диспергированных частичках из йодида серебра при этом происходит образование кристаллов льда, а на частичках сорбента из хлористого/йодистого калия происходит концентрация капель влаги, которые выпадают в виде атмосферных осадков.
Особенностью предложенной ракеты является то, что образующиеся в большом объеме газообразные продукты горения функционального пиротехнического заряда головной части динамично выводятся через свободный к тому времени объем корпуса 1 ракеты и ее сопловой блок 2, выполняя дополнительную функцию рабочего тела реактивного двигателя.
В результате этого время нахождения активно движущейся ракеты непосредственно в обрабатываемом облаке заметно увеличивается, что способствует более продолжительному целевому рассеиванию функционального аэрозоля, повышая продуктивность инициирования осадков.
После сгорания шашки 19 теплом форса газообразных продуктов воспламеняется усилительный заряд 28, который инициирует лучевые капсюли-детонаторы 24.
Детонационная волна от сработавших капсюлей-детонаторов 24 вызывает подрыв ленточных зарядов 25 и 26, от чего ракета разрушается соответственно поперек и вдоль на безопасные части, метаемые встречно вовнутрь и дополнительно дробящиеся при этом, без образования поражающих элементов, опасных для живых организмов в районе воздействия ракеты на облака.
Чугунная дробь 29 наполнения из разрушенного обтекателя 8 рассыпается и свободно падает безопасными дробинками.
Проведенный сопоставительный анализ предложенного технического решения с выявленными аналогами уровня техники, из которого предложенное изобретение явным образом не следует для специалиста по пиротехнике, показал, что оно неизвестно, а с учетом возможности промышленного серийного изготовления ракет для активного воздействия на облака можно сделать вывод о его соответствии критериям патентоспособности.
Натурные испытания опытных образцов предложенной ракеты подтвердили повышение эффективности основного действия: по обрабатываемому объему облаков на четверть, при заметном увеличении дальности полета ракеты, что позволяет рекомендовать ее для поставки заказчикам.
Ракета для активного воздействия на облака, содержащая головную часть с шашками пиротехнического заряда, разделенными газораспределительными решетками, сообщающимися с кольцевыми рядами дымовыводных отверстий в корпусе, закрытую обтекателем, наполненным насыпным металлическим материалом и в котором размещены сдублированные лучевые капсюли-детонаторы, взаимодействующие с распределенными ленточными зарядами взрывчатого вещества механизма самоликвидации, а также двухсекционный твердотопливный реактивный двигатель, воспламенительный заряд которого через ресивер сообщается с центральной электрокапсюльной втулкой соплового блока, несущего аэродинамические лопасти, отличающаяся тем, что суммарное проходное сечение дымовыводных отверстий головной части выбрано из условия (27-33)-кратной степени диафрагмирования активной поверхности шашек пиротехнического заряда головной части, генерирующей функциональный дым, а ресивер соплового блока оснащен графитовым вкладышем на торце.
