ИМПУЛЬСНЫЙ РЕАКТИВНЫЙ МИКРОДВИГАТЕЛЬ

Полезная модель относится к вспомогательным устройствам ракетной техники для коррекции траектории движения, в частности для гироскопической стабилизации посредством закрутки основного изделия вокруг продольной оси, и может быть использовано в качестве газогенератора для наддува подушек безопасности, спасательных авиатрапов и плотов.
Уровень данной области техники характеризует конструкция динамичного генерирования образующихся при горении твердотопливной шашки газов, которые посредством сопла выбрасываются направленным потоком для целевого использования (см. Гладков И.М., Ермаков Ю.П. и др. Двигатели специального назначения импульсного типа на твердом топливе. - М.: ЦНИИинформ, 1990, с. 104).
Указанная конструкция представляет собой микродвигатель коррекции траектории и закрутки летательного аппарата с целью его гироскопической стабилизации в автономном полете.
Этот прямоточный реактивный микродвигатель, ориентированный под углом к направлению движения, содержит твердотопливную канальную шашку, размещенную в цилиндрическом корпусе, покрытом теплозащитным слоем.
По торцам корпуса смонтированы держатель электровоспламенителя усилительного пиротехнического заряда и сопловая крышка, отделенная от функциональной шашки ресивером, где накапливаются генерируемые газообразные продукты горения, струйно выбрасываемые через соосное сопло.
Канальная шашка по наружной поверхности имеет три продольных зига, образующих с примыкающим корпусом газоводы к ресиверу и далее к выпускному соплу.
Недостатком описанного микродвигателя является относительно большое время горения одноканальной твердотопливной шашки, имеющей неразвитую поверхность, при инерционности ее воспламенения тепловой энергией удаленного усилительного пиротехнического заряда.
Отмеченный недостаток устранен в конструкции реактивного двигателя твердого топлива по патенту RU 2133371 C1, F02K 9/24, 1999 г., который по технической сущности и числу совпадающих признаков выбран в качестве наиболее близкого аналога предложенному микродвигателю.
Известный импульсный микродвигатель включает камеру сгорания с функциональным зарядом в форме блока канальных пороховых шашек, закрепленных между запальной и выходной диафрагмами, при этом под запальной диафрагмой, выполненной в форме конфузора, закрепленного на крышке камеры сгорания, помещен усилительный пиротехнический заряд, примыкающий непосредственно к торцам канальных шашек.
Усилительный пиротехнический заряд инициируется от центрального электровоспламенителя, закрепленного в крышке камеры сгорания, на противном торце которой смонтированы выпускные сопла.
Моноблок многошашечного функционального заряда сформирован жесткой связью запальной и выходной диафрагм с обечайкой, размещенной в камере сгорания с зазором, образующим кольцевой газовод к ресиверу, где происходит перемешивание генерируемых газов, выравнивание температуры и давления.
Ресивер сообщается с выпускными соплами в днище конструкции.
Продолжением отмеченных достоинств известного импульсного микродвигателя являются присущие недостатки.
Осевое расположение выпускных сопел затрудняет поперечное размещение микродвигателя в габаритах основного изделия из-за недостатка свободного объема, что ограничивает использование в летательных аппаратах.
Воспламенение канальных шашек по всей развитой поверхности тормозится тем, что функциональный заряд перекрыт усилительным пиротехническим зарядом.
Кроме того, ограниченный свободный объем конфузора, жестко закрепленного на крышке камеры сгорания, не позволяет использовать электровоспламенители разной мощности.
Технической задачей, на решение которой направлена настоящая полезная модель, является расширение технологических возможностей быстродействующего импульсного реактивного микродвигателя универсального применения.
Требуемый технический результат достигается тем, что в известном импульсном реактивном микродвигателе, содержащем функциональный твердотопливный заряд из параллельных канальных шашек, установленный в камере сгорания с газоводами сообщения с ресивером, который оснащен выпускным соплом, и перекрытый жестко связанными запальной и выходной диафрагмами, при этом под запальной диафрагмой расположен усилительный пиротехнический заряд, инициируемый центральным электровоспламенителем, закрепленным в крышке, снабженной конфузором, по предложению авторов, выпускное сопло тангенциально повернуто относительно продольной оси камеры сгорания, запальная диафрагма установлена подвижно относительно конфузора крышки, а усилительный пиротехнический заряд выполнен в виде конформных таблеток, закрепленных на торцах канальных шашек, примыкающих между собой и вписанных в поперечное сечение камеры сгорания, при этом таблетки имеют развитую посредством радиальных рифлей открытую поверхность.
Отличительные признаки предложенного технического решения обеспечили широкие возможности адаптации компактного микродвигателя в стесненных объемах основного изделия, инициируемого различными штатными электровоспламенителями, что создает универсальность при повышении быстродействия.
Тангенциальное размещение выпускного сопла относительно камеры сгорания создает конструкционную миниатюрность реактивного микродвигателя, пригодного для размещения в габаритах летательного аппарата с целью коррекции траектории полета аппарата или его гироскопической продольной стабилизации.
Установка запальной диафрагмы в крышке камеры сгорания с возможностью продольных относительных перемещений необходима для балансировки давления инициирующего импульса горячих газов от электровоспламенителя, что позволяет использовать разные штатные типы инициаторов для создания тарированного подпора на диафрагме и, следовательно, заданного газодинамического режима обтекания пламенем всей развитой поверхности воспламенения твердотопливного заряда.
Резьбовая связь запальной диафрагмы с крышкой камеры сгорания позволяет выбрать оптимальное геометрическое местоположение топливного моноблока в ней и относительно ресивера.
Установка запальной диафрагмы в крышке камеры сгорания с возможностью относительных продольных перемещений обеспечивает балансировку посредством изменения объема между ними, адекватно мощности сменного электровоспламенителя, расширяя тем самым номенклатуру используемых штатных инициаторов.
Крепление канальных шашек, примыкающих между собой и вписанных в поперечное сечение камеры сгорания, в моноблок посредством торцевых диафрагм, связанных резьбовыми стяжками, оставляет открытыми поверхность горения функционального заряда, что увеличивает быстродействие устройства по назначению.
Опора шашек функционального заряда на стяжки крепления торцевых диафрагм формирует автономный топливный моноблок, в котором предотвращены несанкционированные радиальное смещения шашек под действием окружных сил вращения микродвигателя в полете.
Припрессовка конформного усилительного заряда непосредственно к торцу канальных шашек повышает быстродействие за счет сокращения огневой цепи и повышает функциональную надежность импульсного микродвигателя.
Выполнение на открытой поверхности таблеток усилительного заряда радиальных рифлений, развивает поверхность контакта с воспламенительным форсом и распределенно направляет потоки пламени на периферию функционального заряда для усиления огневого импульса одномоментного воспламенения его по всей поверхности горения, что повышает динамику газогенерирования.
Следовательно, каждый существенный признак необходим, а их совокупность является достаточной для достижения новизны качества, неприсущего признакам в разобщенности, то есть поставленная в изобретении техническая задача решена не суммой эффектов, а новым сверхэффектом суммы признаков.
Сущность предложенной полезной модели поясняется чертежом, который имеет чисто иллюстративную цель и не ограничивает объема притязаний совокупности признаков формулы.
На чертеже изображены:
на фиг. 1 - общий вид предложенного устройства;
на фиг. 2 - разрез по А-А на фиг 1;
на фиг. 3 - вид сверху на шашку функционального заряда;
на фиг. 4 - разрез по Б-Б на фиг. 3.
Импульсный реактивный микродвигатель содержит (фиг. 1) твердотопливный блок из канальныъх шашек 1, по торцам зафиксированных запальной и выходной диафрагмами 2 и 3 соответственно, которые между собой жестко связаны посредством резьбовых стяжек 4 (фиг. 2).
Канальные шашки 1, примыкая между собой, вписаны в поперечное сечение камеры 5 сгорания и радиально опираются на стяжки 4 от произвольного перемещения.
Особенностью топливных канальных шашек 1 является то, что на верхнем по чертежу со стороны запальной диафрагмы 2 торце припрессованы усилительные таблетки 6 из чувствительного к тепловому воздействию пиротехнического состава (фиг. 4), которые повторяют поперечный профиль канальных шашек 1, то есть выполнены конформными.
Открытый торец усилительных таблеток 6 снабжен радиальными рифлями 7 (фиг. 3 и 4), развивающими их поверхность воспламенения и по которым форс огня направленно распространяется на периферию шашек 1, активизируя их горение по всей поверхности.
Запальная диафрагма 2 (фиг. 1) по резьбе подвижно связана с крышкой 8 камеры 5 сгорания, образуя свободный объем в форме конфузора 9, направленного на периферию топливных шашек 1.
В крышке 8 закреплен центральный электровоспламенитель 10.
Камера 5 сгорания оснащена тангенциально расположенным выпускным соплом 11, с которым сообщается посредством донного ресивера 12.
В служебном обращении сопло 11 перекрыто сгорающей мембраной 13.
На камере 5 сгорания выполнен опорный фланец 13 для монтажного крепления импульсного микродвигателя в основном изделии.
Функционирует предложенный импульсный реактивный микродвигатель следующим образом.
От внешнего управляющего сигнала срабатывает электровоспламенитель 10, огневой форс которого через конфузор 9 и окна запальной диафрагмы 2 распределенно подается к усилительным таблеткам 6.
Чувствительный к тепловой энергии пиротехнический состав таблеток 6 воспламеняется и активно горит, поджигая примыкающие канальные шашки 1, которые горят по всей развитой поверхности, воспламеняемой форсом пламени инициатора 10, проникающим через их осевой канал, конфузор 9 и окна диафрагмы 2.
Дополнительно к тепловой энергии форса пламени от электровоспламенителя 10 горячие продукты горения по торцу таблеток 6 распределяются по радиальным рифлям на периферию, где воспламеняют снаружи шашки 1, стабилизируя скорость их горения.
При горении шашек 1 по развитой поверхности генерируется большое количество газообразных продуктов, которые через выходную диафрагму 3 поступают в ресивер 12, где перемешиваются, выравнивая давление и температуру. Возросшее давление газов в ресивере 12 демпфирует пульсацию струйной подачи генерируемых газов из камеры 5 сгорания и повышает скорость горения функционального заряда в ней.
При этом резко увеличивается удельный расход газов через сопло 11, которое при прожигании мембраны 13 коммутируется с рабочей емкостью наддува (подушкой безопасности, спасательным плотом или авиатрапом).
В случае использования предложенного устройства в качестве рулевых микродвигателей реактивная струя из сопла 11 создает импульс тяги, направленный нормально траектории движения летательного аппарата, на котором оно смонтировано, что создает крутящий момент для гироскопической продольной стабилизации полета.
Импульсный реактивный микродвигатель предложенной конструкции при массе топлива 30-35 г обеспечивает за время работы 0,1-0,2 с импульс тяги в диапазоне 5-6 кгс⋅с.
Таким образом, осуществляется разнообразное техническое применение газогенерирующего устройства по различному назначению при достижении новизны качества.
Натурные и стендовые испытания опытных образцов предложенной конструкции импульсного микродвигателя подтвердили его функциональную надежность и стабильность технических параметров при широком диапазоне регулирования газодинамических характеристик, что расширяет технологические возможности для практического использования по различному назначению и позволяет рекомендовать конструкцию на серийное производство для поставки заказчикам.
Проведенный сопоставительный анализ предложенного технического решения с выявленными аналогами уровня техники, из которого полезная модель явным образом не следует для специалиста по импульсным газогенераторам, показал, что она неизвестна, а с учетом возможности промышленного серийного изготовления реактивных микродвигателей на действующем производстве можно сделать вывод о соответствии условиям патентоспособности.