Пороховой аккумулятор давления для минометной схемы разделения ступеней ракеты в полете

Изобретение относится к конструкции порохового аккумулятора давления (ПАД) для минометной схемы разделения ступеней ракеты в полете. ПАД содержит корпус, осевое расходное критическое отверстие которого находится внутри полости цилиндрического стакана с боковыми отверстиями, многошашечный заряд твердого топлива с прогрессивной поверхностью горения, расположенный между опорными решетками, воспламенитель и пиропатрон. Дно стакана выполнено в виде конусообразного термостойкого рассекателя, на наружной поверхности которого установлен куполообразный отражатель продуктов сгорания заряда в направлении, обратном движению ракеты. Кольцевая щель между наружной поверхностью корпуса и внутренней стенкой на срезе отражателя определяется соотношением площадей расходного осевого критического отверстия σкр и площадью кольцевой щели Sщ 100σкр>Sщ>10σкр, а суммарная площадь боковых отверстий цилиндрического стакана Sст определяется соотношением 0,1Sщ>Sст>1,15σкр. Каждая шашка заряда выполнена с продольными равномерно расположенными по поверхности цилиндрического канала ребрами. Техническим результатом изобретения является упрощение конструкции ПАД, уменьшение пассивной массы его конструкции. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Настоящее техническое решение относится к вопросу конструирования порохового аккумулятора давления для минометной схемы разделения ступеней ракеты в полете.

Известен пороховой аккумулятор давления, содержащий корпус, соосно закрепленный на переднем днище предшествующей (отработавшей) ступени ракеты, и осевое расходное критическое отверстие которого помещено в цилиндрическом стакане с боковыми отверстиями, многошашечный заряд твердого топлива с прогрессивной поверхностью горения, расположенный между опорными решетками, воспламенитель и пиропатрон (см., например, «Научно-технический сборник «Труды МИТ», том 8, часть 1, Москва, 2006 г., ст. «Применение твердотопливных двигателей специального назначения для разделения ступеней ракетно-космических систем» авторы B.C. Мухамедов, В.Г. Кобцев, с. 235-244, рис. 5 «Типовая конструкция ПАД с рассекателем»).

Корпус порохового аккумулятора давления (ПАД) снабжен замкнутой наружной перфорированной оболочкой.

При срабатывании газогенератора продукты сгорания твердотопливного заряда через центральное расходное отверстие и боковые окна заполняют объем между корпусом газогенератора и перфорированной оболочкой. Давление в указанном объеме падает по сравнению с давлением в камере сгорания пропорционально увеличению суммарной площади отверстий (перфорации) по сравнению с площадью расходного отверстия. Размельченные газовые струи при движении от перфорации к соплу теряют свою кинетическую энергию за счет влияния друг на друга и создают как бы газовое облако с одинаковыми параметрами в нем, что равномерно нагружает сопло внутренним давлением, и при движении ракеты в соединительном отсеке после разрыва узла связи газ из сопла перетекает в пространство между соплом и обтюратором соединительного отсека.

Недостаток приведенной конструкции ПАДа состоит в том, что в нем не обеспечивается минимальная масса ПАДа (наличие перфорированной оболочки), не обеспечивается минимальное газодинамическое воздействие на сопло двигателя стартующей ступени при разделении, не обеспечивается гарантированно требуемая прогрессивная диаграмма давления p(τ) в камере сгорания твердотопливного заряда.

Особенностью таких газогенераторов является малое время работы (≈ 0,2…0,3 с) и обеспечение прогрессивного расхода газа при давлении в корпусе ПАДа после выхода на режим от ≈ 50 кг/см2 до 200…250 кг/см2 без провалов давления, обеспечивающего равномерное нагружение конструкции при раздвижке отработавшей и запускаемой ступеней ракеты (p≈2 кг/см2).

Учитывая, что в таких ПАДах используется твердотопливный заряд, состоящий из комплекта одинаковых канальных бронированных по наружной поверхности баллиститных шашек с массой комплекта от 1 до 4 кг, важно обеспечить расчетную требуемую прогрессивную диаграмму давления p(τ) в ПАДе. Эта задача решается применением пакета шашек с плотной укладкой (7, 19 или 37 шашек в комплекте) с центральным каналом горения ~ 6…10 мм и длиной шашек Lш составляющих L≈(8…10)dн, где dн - наружный диаметр шашки. Проблема обеспечения расчетного закона скорости горения шашек заключается в том, что в горящих по каналу шашках наблюдается аномальное или резонансное горение (см., например, кн. «Ракетные двигатели» авт.М. Баррер, А. Жомотт, Б.Ф. Вебек, Ж. Вандеркеркхове. Гос. НТИ «Оборонгиз», Москва, 1962 г., гл. 6.8, с. 352-356), которое можно устранить, поставив вдоль оси канала стержни или плоские отражательные перегородки.

Задача изобретения - рационально использовать энергию твердотопливного заряда минимальной массы для создания постоянного давления в соединительном отсеке при разделении ступеней ракеты и повысить надежность конструкции за счет снижения ударного газодинамического воздействия на сопло двигателя при разделении ступеней ракеты.

Указанная задача решается тем, что ПАД, осевое расходное критическое отверстие которого находится внутри полости цилиндрического стакана с боковыми отверстиями, многошашечный заряд твердого топлива с прогрессивной поверхностью горения, расположенный между опорными решетками, воспламенитель и пиропатрон, дно стакана выполнено в виде конусообразного термостойкого рассекателя, на наружной поверхности которого установлен куполообразный отражатель продуктов сгорания заряда в направлении обратном движению ракеты, причем площадь кольцевой щели (Sщ) между наружной поверхностью корпуса и внутренней стенкой на срезе отражателя связана с площадью расходного осевого критического отверстия корпуса (σкр) соотношением 100σкр>Sщ>10δкр, а суммарная площадь боковых отверстий стакана (Sст) определяется соотношением 0,1Sщ>Sст>1,15σкр.

Каждая шашка заряда выполнена с продольными равномерно расположенными по поверхности цилиндрического канала ребрами, при этом высота ребра hp и ширина ребра δр составляют hp≈δр≈(0,2…0,3)dкан, где dкан - диаметр цилиндра канала шашки.

Предложенная конструкция ПАДа поясняется чертежами.

На фиг. 1 - показан ПАД, установленный на уводимой ступени ракеты.

На фиг. 2 - показан твердотопливный заряд.

На фиг. 3 - показаны графики рабочего давления р(τ) в ПАДе (расчет (пунктир) и ожидаемый опыт).

ПАД (фиг. 1) закреплен на отделяемой ступени 1 на опорном каркасе 2, корпус 3 ПАДа выполнен из жаропрочной стали и соединен с опорным каркасом 2, например, сваркой, твердотопливные шашки 4 на наружной цилиндрической поверхности имеют термостойкое бронирующее покрытие 5 и расположены между опорными решетками 6 и 7. На корпусе 3 имеется осевое расходное отверстие 8 диаметром dк, вокруг которого закреплен стакан 9 с дном, соединенным с куполообразным отражателем 10. На дне стакана 9 закреплен конусообразный термостойкий рассекатель 11 (для улучшения разворота потока газов от заряда твердого топлива). На боковой стенке стакана 9 выполнены одинаковые отверстия 12 суммарной площадью Sст, равной Sст=n⋅σотв, где σотв - площадь одного отверстия (12) стакана 9, а n - число отверстий 12, которое выбирается из условия прочности конструкции стакана 9 и уменьшения поперечных сечений единичных струек газа, объединяющихся в объеме куполообразного отражателя 10 в единую кольцевую струю, что обеспечивает равномерность параметров (давления, скорости газового потока) в выходном (кольцевом) сечении отражателя 10 площадью Sщ.

На фиг. 1 указана пунктиром ширина L кольцевой щели, из которой истекают продукты сгорания твердотопливного заряда. Кольцевая щель L для потока газов ограничена внутри диаметром на срезе отражателя Dотр и наружным диаметром Dгг на корпусе 3. Площадь Sщ кольцевой щели L связана с площадью критического сечения 8 соотношением 100σкр>Sщ>10σкр, а суммарная площадь отверстий стакана 9 Sст находится в пределах 0,1Sщ>Sст>1,15σкр, что обеспечивает дозвуковое истечение газов на выходе из стакана 9. Такое соотношение площадей кольцевой струи Sщ и критического сечения σкр обеспечивает существенное падение давления и уменьшает перепад давления от среза отражателя до давления в межступенном отсеке до докритического уровня, что обеспечивает дозвуковые скорости течения газов в объеме соединительного отсека.

Корпус 3 соединен с крышкой 12, в которой установлен воспламенитель 13, например, из крупнозернистого пороха, в держателе 14, соединенном с опорной решеткой 6. По оси корпуса 3 в крышке 12 установлен пиропатрон 15, например, ЭВП-19. На фиг. 2 показано сечение корпуса 3 с шашками 4, размещенными по принципу плотной укладки. В каждой шашке 4 выполнен профилированный осевой канал диаметром dкан с продольными равномерно расположенными по окружности канала ребрами 16, при этом высота ребра hp и ширина ребра δр составляют hp≈δр≈(0,2…0,3)dкан.

При срабатывании ПАДа продукты сгорания твердотопливного заряда с прогрессивной поверхностью горения устремляется через отверстия в сопловой решетке 7 в центральное отверстие 8 корпуса 3, а далее на конусообразном термостойком рассекателе 11 разворачиваются и через окна 12 стакана 9 по куполообразному отражателю 10 устремляются в кольцевую щель L между внутренней стенкой на срезе отражателя и наружной поверхностью корпуса 3 к донной части уводимой (отработавшей ступени I), создавая необходимое постоянное давление в соединительном отсеке для раздвижки ступеней ракеты, и обеспечивая существенно меньшее ударное газодинамическое воздействие на днище отработавшей ступени.

На фиг. 3 представлены графики давления газов в корпусе 3 ПАДа: расчетное p(τ)расч и ожидаемое опытное давление p(τ)оп. Из сравнения графиков видно, что при ≈ равенстве импульсов давления Jp как расчетного, так и опытного, за счет специфики горения шашек ожидается понижение уровня давления до ≈ середины полного времени работы τоп от расчетного τрасч, и повышение уровня давления во второй части работы ПАДа. Повышение давления может составлять ≈ 20…30% от расчетного. Что благоприятно влияет на плавность раздвижки ступеней, т.к. компенсируются потери импульса при движении и охлаждении рабочего газа.

Использование предложенного технического решения позволяет упростить конструкцию ПАДа, уменьшить пассивную массу конструкции и стабилизировать прогрессивную диаграмму давления р(т), исключив влияние резонансного горения твердотопливных шашек заряда.

1. Пороховой аккумулятор давления для минометной схемы разделения ступеней ракеты в полете, содержащий корпус, осевое расходное критическое отверстие которого находится внутри полости цилиндрического стакана с боковыми отверстиями, многошашечный заряд твердого топлива с прогрессивной поверхностью горения, расположенный между опорными решетками, воспламенитель и пиропатрон, отличающийся тем, что дно стакана выполнено в виде конусообразного рассекателя, при этом на наружной поверхности дна стакана установлен куполообразный отражатель продуктов сгорания заряда в направлении, обратном движению ракеты, кольцевая щель между наружной поверхностью корпуса и внутренней стенкой на срезе отражателя определяется соотношением площадей расходного осевого критического отверстия σкр и площадью кольцевой щели Sщ: 100σкр > Sщ > 10σкр, а суммарная площадь боковых отверстий цилиндрического стакана Sст определяется соотношением: 0,1Sщ > Sст > 1,15σкр.

2. Пороховой аккумулятор давления для минометной схемы разделения ступеней ракеты в полете, отличающийся тем, что каждая шашка заряда твердого топлива выполнена с продольными равномерно расположенными по поверхности цилиндрического канала ребрами, при этом hp≈δp≈(0,2…0,3) dкан,

где:

hp - высота ребра канала шашки,

δр - ширина ребра канала шашки,

dкан - диаметр цилиндра канала шашки.



 

Похожие патенты:

Группа изобретений относится к области оружия нелетального действия, а именно к электрошоковым модулям и щитам для подавления беспорядков, использующим данный модуль.

Устройство нелетального воздействия на нарушителя содержит два типа датчиков: пассивный и активный, которые регистрируют состояние объекта воздействия и передают сигнал о состоянии объекта на блок управления, который в зависимости от режима работы либо автоматически изменяет параметры воздействия, либо сигнализирует оператору о необходимости изменения параметров воздействия.

Изобретение предназначено для использования в системах физической защиты объектов. На нарушителя осуществляют воздействие импульсно модулированным лазерным лучом с изменяемой частотой следования импульсов и их длительностью, при этом зону воздействия лазерным излучением дополнительно облучают некогерентным белым светом.

Изобретение относится к области защиты промышленных, государственных и военных объектов от управляемого оружия с оптико-электронными системами наведения путем создания импульсной высокочастотной оптической помехи.
Изобретение относится к способам поражения живой силы противника, а именно к способу создания зоны сплошного лазерного излучения с использованием лазерных указок.

Группа изобретений относится к дистанционному электрошоковому устройству и унитарному снаряду дистанционного электрошокового устройства. Унитарный снаряд состоит из зонда и поддона.

Группа изобретений относится к дистанционным электрошоковым устройствам, использующим спаренный выстрел на основе перемещаемого диэлектрическим затвором в металлический ствол устройства унитарного снаряда.

Изобретение относится к области боевого пневматического оружия, в частности к портативным стреляющим ножам. .

Изобретение относится к средствам индивидуальной защиты, в частности к электрошокерам. .

Изобретение относится к снарядам, движущимся в водной среде. Снаряд содержит корпус, в котором размещен реактивный двигатель с центральным соплом, баллистический наконечник, выполненный в виде усеченного конуса, и кольцевое сопло для вдува газа в водную среду.

Изобретение относится к бессопловым ракетным двигателям твердого топлива. Ракетный двигатель содержит корпус и шашку ракетного топлива с продольным каналом.

Твердотопливный заряд ракетного двигателя авиационной ракеты включает канальную шашку, обеспечивает форсированную тягу при стартовом режиме, последующий спад и прогрессивное нарастание тяги на маршевом режиме.

Изобретение относится к области ракетной техники, а именно к заряду твердого ракетного топлива для сбрасываемого стартового двигателя, располагаемого внутри камеры сгорания маршевого ракетно-прямоточного двигателя.

Изобретение относится к области ракетной техники и может быть использовано при проектировании, отработке и изготовлении зарядов к ракетным двигателям твердого топлива (РДТТ), преимущественно для авиационных штурмовых ракет.

Изобретение относится к области ракетной техники и может быть использовано при проектировании и изготовлении вкладного заряда твердого ракетного топлива (ТРТ) и ракетного двигателя.

Изобретение относится к ракетной технике и может быть использовано при создании летательных аппаратов, содержащих двухимпульсный ракетный двигатель. .

Изобретение относится к ракетной технике, а именно к зарядам ракетного двигателя твердого топлива, и предназначено для использования в зарядах с высокими энергетическими характеристиками, в том числе для ракет систем залпового огня.

Изобретение относится к конструкции порохового аккумулятора давления для минометной схемы разделения ступеней ракеты в полете. ПАД содержит корпус, осевое расходное критическое отверстие которого находится внутри полости цилиндрического стакана с боковыми отверстиями, многошашечный заряд твердого топлива с прогрессивной поверхностью горения, расположенный между опорными решетками, воспламенитель и пиропатрон. Дно стакана выполнено в виде конусообразного термостойкого рассекателя, на наружной поверхности которого установлен куполообразный отражатель продуктов сгорания заряда в направлении, обратном движению ракеты. Кольцевая щель между наружной поверхностью корпуса и внутренней стенкой на срезе отражателя определяется соотношением площадей расходного осевого критического отверстия σкр и площадью кольцевой щели Sщ 100σкр>Sщ>10σкр, а суммарная площадь боковых отверстий цилиндрического стакана Sст определяется соотношением 0,1Sщ>Sст>1,15σкр. Каждая шашка заряда выполнена с продольными равномерно расположенными по поверхности цилиндрического канала ребрами. Техническим результатом изобретения является упрощение конструкции ПАД, уменьшение пассивной массы его конструкции. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Наверх