УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИМПУЛЬСА СИЛЫ ЭЛЕКТРОЗАПАЛА
DEVICE FOR DETERMINING PULSE OF ELECTRIC IGNITER POWER

Изобретение относится к системам для испытания ракетного вооружения.
В ракетных двигателях твердого топлива (РДТТ) широко используются электрозапалы - устройства для зажжения порохового заряда. Конструктивно электрозапал представляет собой микродвигатель твердого топлива (см. сборник «Итоги науки и техники», серия «Авиационные и ракетные двигатели», том 2, ВИНИТИ, 1977 г., стр. 10, 11). При срабатывании электрозапала возникают импульсные силы (время действия порядка 0,1 мс) значительной величины, которые могут выводить из строя бортовые элементы системы управления. Поэтому для выбора электрозапала на стадии проектирования и экспериментальной отработки РДТТ возникает необходимость определения импульса силы электрозапала. Следует отметить, что сложность решения такой задачи во многом обусловлена чрезвычайно малой величиной импульса. Так если импульс силы импульсного ракетного двигателя ПТУР составляет порядка 500…1500 н·с, то расчетный импульс силы электрозапала - порядка 0,1 н·с.
Известны способ и устройство определения «мгновенных» импульсов силы (импульса силы пули, снаряда, РДТТ и т.д.) с помощью маятника (Зельдович Я.Б. и др. «Импульс реактивной силы пороховых ракет». Оборонгиз, Москва, 1963 г., стр. 133…145). При этом способе испытываемый источник силы закрепляют на маятниковом подвесе, горизонтально ориентируя вектор силы. При действии силы измеряют линейное перемещение или угол поворота маятника, по которым и определяют импульс силы. Реализуется способ устройством баллистического маятника, представляющего собой груз (в приведенном источнике масса груза - 270 кг), подвешенный на четырех стальных тросах и свободно качающийся на неподвижной оси в шарикоподшипниках. Источник силы, испытываемый ракетный двигатель, горизонтально крепится на грузе и ориентируется строго перпендикулярно оси подвеса. Отклонение маятника регистрируется на бумажном носителе с помощью самописца.
Принципиальный недостаток устройства обусловлен наличием шарнирно закрепленного подвеса, на перемещение которого расходуется часть измеряемого импульса силы. При этом, чем больше масса маятника, тем больше потери импульса на трение в шарнире. При измерении импульса силы ракетного двигателя потери импульса увеличиваются из-за наличия боковых составляющих тяги, которые увеличивают трение в шарнире. У электрозапала, не имеющего оформленного сопла, боковые составляющие тяги могут быть существенно больше, чем у ракетного двигателя, что дополнительно увеличивает погрешность определения импульса силы.
Задачей настоящего изобретения является снижение погрешности определения импульса силы электрозапала.
Указанная задача решается тем, что в известном устройстве, включающем элементы крепления и подвеса электрозапала и систему регистрации параметров перемещения, испытываемый электрозапал закреплен вертикально, выходным торцом вниз в центре диска, прикрепленного с помощью гибкого подвеса к неподвижному основанию, на периферии диска закреплена текстильная нить, которая пропущена через трубку с калиброванным отверстием, вертикально установленную под плоскостью диска с электрозапалом, причем трубка удалена от продольной оси электрозапала на расстояние, большее трех диаметров электрозапала, а на горизонтальной поверхности диска установлен трехкомпонентный датчик ускорений.
Электрозапал выстреливают вертикально вверх с регистрацией перемещения и ускорения. Перемещение определяют по длине нити, вытянутой из трубки. По перемещению определяют начальную скорость шайбы из формулы для движения тела, брошенного вверх, ,
где g - ускорение свободного падения,
h - линейное перемещение шайбы (высота подъема).
Для исключения разрушения трубки и обрыва нити от действия газового потока из электрозапала трубка смещена от оси газового потока. Экспериментально установлена приемлемая величина смещения - не менее трех диаметров электрозапала.
0
0
Для контроля величины скорости, полученной по измеренному перемещению, скорость дополнительно определяют интегрированием кривой ускорения. По начальной скорости (u) и массе диска с электрозапалом (m) определяют импульс силы (I) из известной зависимости - I=mu(импульс силы равен изменению количества движения).
Трехкомпонентный датчик регистрирует составляющие ускорения по трем осям. Для определения скорости используется результирующее значение ускорения, что исключает погрешность определения импульса силы в случае отклонения вектора силы от вертикали. Диск с исследуемым электрозапалом и датчиком ускорений с помощью гибкой нити подвешен к неподвижному основанию. Нить подвеса не ограничивает перемещение диска в заданном направлении и служит только для улавливания его после срабатывания электрозапала.
На чертеже показана конструкция предлагаемого устройства.
Исследуемый электрозапал 1 с выходным торцем 2 ввернут в резьбовое отверстие в центре диска 3. Для уменьшения массы устройства диск 3 выполнен из капролона. Текстильная нить 4 для измерения перемещения закреплена на диске 3 и пропущена через трубку 5 с калиброванным отверстием 6. Диаметр отверстия выполняется примерно равным диаметру нити. В этом случае нить свободно протягивается вверх через отверстие, как через игольное ушко при снаряжении, но обратно через отверстие не упадет. На периферии диска 3 установлен малогабаритный трехкомпонентный датчик ускорений 7. Для исключения дисбаланса напротив датчика ускорений на поверхности диска под углом 120° установлены два габаритно-весовых имитатора датчика ускорений 8. Диск 3 с помощью текстильной нити 9 подвешен к неподвижному основанию 10. Длина нити 9 подбирается заведомо большей величины вертикального перемещения диска с электрозапалом.
Работает устройство следующим образом.
При срабатывании электрозапала 1 со стороны выходного торца 2 истекают продукты сгорания воспламенительной навески. При истечении продуктов сгорания из расходного отверстия электрозапала возникает реактивная сила, под действием которой диск 3 с электрозапалом 1 и датчиком 7 перемещается вверх, а затем опускается вниз в исходное положение. Перед срабатыванием электрозапала на нити 4 в месте выхода ее из трубки 5 делается метка. А после срабатываниия измеряется длина нити, вытянутая из трубки, которая и будет искомым перемещением диска. По величине перемещения определяется начальная скорость диска, а затем и импульс силы электрозапала. При перемещении диска датчик ускорений 7 регистрирует составляющие ускорения по трем взаимно перпендикулярным осям. По составляющим ускорения подсчитывается их геометрическая сумма. Интегрированием полного ускорения получают начальную скорость диска. По скорости и массе устройства подсчитывают импульс силы.
Таким образом, предложенное техническое решение позволяет экспериментально определять импульс силы электрозапала, характеризуемый малой величиной (порядка 0,1 Н·с), и при этом позволяет уменьшить погрешность определения за счет исключения связей, препятствующих перемещению источника силы.