Стартовый реактивный двигатель с уменьшенным температурным перепадом начальных скоростей

Полезная модель относится к области стартовых реактивных двигателей (СРД), применяемых в безоткатных средствах ближнего боя (БСББ), в которых происходит процесс преобразования химической энергии порохового заряда в тепловую энергию пороховых газов, а затем в кинетическую энергию истекающей газовой струи.
Цель предлагаемого устройства заключается в совершенствовании внутрикамерного рабочего процесса, путем включения компенсатора объема камеры сгорания и организации сгорания порохового заряда СРД, обеспечивающего стабильные условия горения порохового заряда при крайних температурах боевого применения реактивных гранат к гранатометам одноразового применения.
п
Известны конструкции СРД с вихревым узлом форсирования (ВУФ), которые позволяют увеличить полный импульс тяги (I) [1, 2].
Существует «Стартовый реактивный двигатель с радиально-вихревым диспергированием реакционной инертной массы», патент RU 2319850 С2, опубликовано 20.03.2008 г., бюл. №8, заявка №2005131812/06 от 13.10.2005 г. [1], выполненного в виде стартового ракетного двигателя, в составе которого имеется переходное дно, корпус, сопловой насадок, узел форсирования с запалом, порохового заряда с воспламенителем. Корпус имеет сужающуюся часть, выполненную в виде двухкамерного вихревого тангенциально-радиального стакана с центральным отверстием. Сопловой насадок имеет удлиненную цилиндрическую часть, в которой размещена реакционная инертная масса.
Существует также «Стартовый реактивный двигатель с противомассой», патент RU 176796 С2, опубликовано 29.01.2018 г., заявка №2016146929/06 от 29.11.2016 г. [2], выполненного в виде корпуса, в котором размещен пороховой заряд, удерживаемый передней и задней диафрагмами, конфузора сопла, представляющего собой вихревой узел форсирования, содержащий пенопластиковую пробку, воспламенителя, соплового насадка, в котором размещается реакционная инертная масса. Газодинамический тракт, включающий переднюю и заднюю диафрагмы, обеспечивает удержание и горение вкладного порохового заряда, при этом, для уменьшения давления во фронте ударной воспламенительной волны, в полость передней диафрагмы помещен поглотитель ударной волны, выполненный из пористой резины.
Наиболее близкими признаками к конструктивной схеме предлагаемой ниже полезной модели можно отнести «Стартовый реактивный двигатель с радиально-вихревым диспергированием реакционной инертной массы» [1].
р
Недостатками указанных выше конструктивных схем СРД является чувствительность порохового заряда к температуре окружающей среды, влияющая на скорость газообразования в камере сгорания реактивного двигателя. Опытным путем установлено, что температурный разброс начальной скорости гранаты БСББ может достигать 18%, а разброс времени работы τ СРД - до 10%.
Целью предлагаемой полезной модели является устранение влияния температуры окружающей среды на скорость горения порохового заряда, обуславливающая величину давления, объем газообразных продуктов сгорания и их истечение из камеры сгорания за счет компенсации ее объема, а также повышения устойчивой работы СРД, обеспечивающих уменьшение температурного перепада начальной скорости реактивной гранаты.
Поставленная задача решается за счет того, что стартовый реактивный двигатель, состоящий из переходного дна, корпуса, имеющего цилиндрическую форму, сужающая часть которого, выполнена в виде вихревого устройства, соплового насадка, узла форсирования с запалом и порохового заряда, свободно вложенного в корпус между передней и задней диафрагмами, воспламенителя, размещенного с торца тангенциально-щелевого стакана вихревого узла форсирования, при этом между передней диафрагмой и переднем дном устанавливается температурный компенсатор, состоящий из пружин сжатия, медных компенсаторов и камерного поршня.
Устойчивое горение пироксилинового пороха вкладного заряда (7) по линейному закону обеспечивается устойчивым уровнем его горения при температуре минус 50°С и составляет уровень давления около 30 МПа. Для получения начальных скоростей в пределах требований чертежа, конструкции штатных энергоузлов реактивных гранат обеспечивают в камере сгорания СРД уровень давления 45 МПА при температуре окружающей среды минус 50°С и - 65 МПа при температуре 50°С. Следовательно, при температуре минус 50°С объем камеры сгорания должен оставаться неизменным до давления 45 МПа, а при повышении уровня давления в камере работающего двигателя от 45,5 до 65 МПа, объем камеры сгорания должен увеличиваться на величину объема, компенсирующего повышенный газоприход от сгорания пороха. Проведенные исследования показали, что использование комбинации ВУФ (9) и вкладного заряда (6) позволяет уменьшить температурный перепад начальных скоростей гранаты с 18 до 10% за счет более полного сгорания порохового заряда в пределах камеры сгорания. Следовательно, задачей температурного компенсатора является увеличение объема камеры сгорания, которая будет компенсировать 10% перепад начальной скорости гранаты. Проведенные расчеты показали, что для этого достаточно увеличить длину корпуса (8) камеры сгорания на 10 мм. Учитывая, что в штатных камерах сгорания заделка «щеточного» заряда в компанаунд (герметик) к переднему дну составляет около 12 мм, это позволит реализовать данную конструкцию компенсатора при вкладном заряде без изменения длины штатной камеры сгорания.
Для реализации поставленной цели разработана конструктивная схема БСББ со СРД, ВУФ и температурным компенсатором объема камеры сгорания реактивного двигателя, которая включает переходное дно, корпус, имеющий цилиндрическую форму и сужающая часть которого, выполнена в виде вихревого устройства, соплового насадка, узла форсирования с запалом и пороховым зарядом, свободно вложенным в корпус между передней и задней диафрагмами, воспламенитель, размещенный с торца тангенциально-щелевого стакана вихревого узла форсирования. Элементы, разработанной конструктивной схемы, представлены на фиг. 1 - схема стартового реактивного двигателя с уменьшенным температурным перепадом начальных скоростей, фиг. 2 - разрез А-А., фиг. 3 - температурный компенсатор.
Предлагаемая конструкция безоткатного средства ближнего боя (фиг. 1 а, б) состоит из обечайки (транспортно-пусковой контейнера) (1), головной части гранаты (2), температурного компенсатора (фиг. 2, 3), представляющего собой комбинацию набора пружин сжатия (3) и медных компенсаторов (4), которые в совокупности предназначены для увеличения объема камеры сгорания (фиг. 1) за счет перемещения камерного поршня (5), передней диафрагмы (6), вкладного пороховой заряда (7), корпуса (8), задней диафрагмы (9), вихревого узла форсирования (10), воспламенителя (11) и соплового насадка (12).
Температурный компенсатор объема камеры сгорания (фигура 2, 3) предназначен для увеличения объема камеры сгорания реактивного двигателя при превышении давления в камере сгорания свыше 45 МПа.
Пружинная система может использоваться двух типов. Первая состоит из системы пружин сжатия (фигура 1 а, фигура 2 а, фигура 3 а), количество которых будет определяться диаметром пружины, материалом и диаметром сечения проволоки, количеством витков, диаметром камеры сгорания и рабочего хода пружины.
Вторая система состоит из пружин сжатия (3) вкладного типа по конструкции «матрешки», приведенная на фигурах 1 б, 2 б, 3 б. Предлагаемая конструкция имеет более широкий диапазон применения за счет более широкого варьирования параметрами, а именно диаметром пружины, материалом и диаметром сечения проволоки, количеством витков и требуемого рабочего хода пружины.
Ввиду импульсного нагружения пружин сжатия (3, фигура 2, 3) при работе двигателя с целью предотвращения удара витков пружин при их осадке в конструкцию введены медные компенсаторы (4, фигура 2, 3), количество, высота и диаметр которых подбирается по результатам их тарировки на грузопоршневом прессе.
Сущность функционирования предлагаемой конструктивной схемы выглядит следующим образом. При достижении давления свыше 45 МПа, давление продуктов сгорания воздействует на камерный поршень (5, фиг. 1), от которого усилие передается на пружины сжатия (3, фиг. 2, 3) и медные компенсаторы (4, фиг. 2, 3). Под воздействием силы пороховых газов начинается сжатие пружин (3, фиг. 2, 3) и деформация медных компенсаторов (4, фиг. 2, 3), в результате которого происходит перемещение камерного поршня (5, фиг. 1) и следовательно, увеличивается объем камеры сгорания и давление продуктов сгорания не повышается выше 45 МПа. Точность изготовления камерного поршня исключает прорыв пороховых газов между наружной поверхностью поршня и внутренней поверхностью камеры сгорания. При уменьшении давления ниже указанного уровня пружины (3, фиг. 2, 3) перемещают поршень (5, фиг. 1), тем самым уменьшая объем камеры сгорания, что позволяет оставить неизменной площадь заполнения индикаторной диаграммы кривой давления и сохранить скорость гранаты на уровне требований чертежа штатного образца.
Подбор конструкции температурного компенсатора проводится экспериментальным путем в зависимости от внутреннего диаметра камеры сгорания энергоузла гранаты и температурного перепада в нем.
Таким образом, конструкция энергоузла гранаты, представляющая собой комбинацию СРД с вкладным зарядом, ВУФ и температурным компенсатором объема камеры сгорания позволяет повысить эффективность БСББ, не только при уменьшении технического разброса характеристик выстрела гранатой, но и сократить время на оценку условий окружающей среды и подготовку к боевому применению гранатомета.