РАКЕТА
ROCKET

Изобретение относится к области ракетной техники и может быть использовано в ракетах с отделяемой стартовой ступенью.
Известна двухступенчатая ракета с отделяемой стартовой ступенью и механизмом разделения, см. патент РФ 2284457 от 27.09.2006. МПК7 F42B 15/10, принятая нами за прототип.
Ракета содержит маршевую ступень (МС) с бортовой аппаратурой управления (БАУ), отделяемую стартовую ступень с двигателем, механизм разделения ступеней (МР), включающий привод, переходный шпангоут, жестко закрепленный на двигателе, разрезную гайку, установленную на распорной втулке и удерживающую насадок, закрепленный на торце кормового отсека МС зацепами. Насадок снабжен кольцевыми секциями из материала менее прочного, чем материал насадка и переходного шпангоута, который снабжен расточкой-ловителем кольцевых секций с коническим сбегом. В насадке с обтюрацией помещен газогенератор, изолированный от блоков кормового отсека маршевой ступени поршнем.
Основными недостатками приведенного устройства являются: 1) существенное рассеивание маршевой ступени после отделения стартовой ступени с отработанным двигателем из-за того, что БАУ ракеты после разделения ступеней продолжает выдавать какое-то время команды управления маршевой ступенью такие же, как для ракеты в целом до разделения. И наоборот, двигатель еще не отделился, а БАУ уже может выдавать команды управления свободной маршевой ступенью, так как нет прямого сигнала в БАУ о разделении и изменение команды управления производится по косвенным признакам. Например, по предполагаемому времени окончания работы СД или по появлению обратной перегрузки, если установить приборы, регистрирующие ее (после окончания работы СД начнется торможение ракеты лобовым аэродинамическим сопротивлением, если нет маршевого двигателя), однако и та и другая информация не является достоверной для системы управления, так как время работы двигателя изменяется от температуры эксплуатации, а появление обратной перегрузки еще не является признаком отделения отработавшего СД; 2) невысокий коэффициент полезного действия (к.п.д.) устройства МР из-за ненормированного усилия страгивания распорной втулки, отчего ступени начинают разводиться, как только произведение давления (р) в камере разделения МР на площадь (S) поршня превысит усилие страгивания (Fcтp) распорной втулки (p·s≥Fcтp). В результате часть пути разведения проходит уже при наполнении камеры разделения газом, т.е. при давлении ниже нормативного, иными словами часть пути разделения используется неэффективно.
Задачей предлагаемого технического решения является снижение рассеивания маршевой ступени ракеты после отделения стартового двигателя с повышением коэффициента полезного действия (к.п.д.) механизма разделения ступеней.
Для решения поставленной задачи в известной ракете, содержащей отделяемую стартовую ступень с двигателем, маршевую ступень с аппаратурой управления, механизм разделения ступеней, включающий привод, газогенератор, изолированный от маршевой ступени поршнем, насадок с кольцевыми секциями, удерживающий зацепами маршевую ступень и закрепленный в переходном шпангоуте разрезной гайкой, установленной на распорной втулке, между насадком и переходным шпангоутом образована полость, в которой помещен электрический кабель, один конец кабеля снабжен розеткой, соединенной с вилкой электропитания воспламенителя двигателя, а противоположный конец снабжен вилкой, соединенной с розеткой электросети аппаратуры управления маршевой ступени, в окне насадка помещен закрепленный на переходном шпангоуте упор с закрепленным на нем штифтом, фиксирующим угловое положение маршевой ступени относительно насадка, а на переходном шпангоуте установлена шпонка, ориентирующая насадок относительно стартового двигателя, при этом на газогенераторе тандемом закреплены разрезная кольцевая шпонка, частично погруженная в насадок, и распорная втулка, в выемке которой помещена розетка электрического кабеля.
Сущность решения заключается в том, что в 2-ступенчатой ракете с отделяемым стартовым двигателем кормовой отсек маршевой ступени, содержащий блоки БАУ, снабжен розеткой электрического соединителя, вилка которого установлена на кабеле механизма разделения ступеней. Такое решение позволяет обеспечить БАУ информацией об отделении стартовой ступени за счет размыкания цепи системы управления ракетой, замкнутой контактами вилки кабеля МР. Полученный сигнал о разделении может использоваться как для переключения команд управления, так и для иных целей, например активирования боевой части на расстоянии, безопасном для носителя.
Кроме того, предложенное устройство повышает к.п.д МР, а следовательно, эффективность разделения ступеней, что также ведет к уменьшению рассеивания МС за счет сокращения времени разведения МС с отработанной стартовой ступенью, так как в нем применено форсированное разведение ступеней, достигнутое установкой на пути перемещения газогенератора кольцевой шпонки, частично погруженной в насадок, с нормированным усилием разрушения. Такое решение исключает преждевременное начало движения блоков МР до тех пор, пока газогенератор не выйдет на режимные параметры и не доведет параметры газа наполняемой камеры разделения до расчетного оптимального уровня (в основном по давлению и температуре), то есть устраняется нерациональное использование отведенного пути разведения ступеней.
Предложенное техническое решение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена ракета, содержащая маршевую ступень 1, отделяемую стартовую ступень с двигателем 2 и механизм разделения ступеней 3. На фиг.2 показан вид А фиг.1 с разрезом по электрическому кабелю, где подробно изображен фрагмент ракеты с механизмом разделения ступеней в исходном состоянии. На фиг.3 подробно показано устройство в разрезе по шпонке, ориентирующей МР с двигателем в исходном состоянии. На фиг.4 показано состояние устройства в сечении по кабелю после разделения ступеней.
Фиг.2 (вид А на фиг.1) подробно раскрывает предложенное устройство, содержащее маршевую ступень 1, отделяемую стартовую ступень с двигателем 2, механизм разделения ступеней, включающий привод 4, газогенератор 5, изолированный от маршевой ступени поршнем 6, насадок 7 с кольцевыми секциями 8, удерживающий зацепами 9 маршевую ступень и закрепленный в переходном шпангоуте 10 разрезной гайкой 11, установленной на распорной втулке 12. Между насадком и переходным шпангоутом образована полость, в которой размещен кабель 13. Один конец кабеля снабжен розеткой 14, соединенной с вилкой 15 электропитания воспламенителя двигателя, а противоположный конец снабжен вилкой 16, вилка кабеля соединена с розеткой 17 электросети маршевой ступени и поджата к ней винтами 18, закрепленными в пластине 19, прилегающей к упору 20, установленному в окне насадка 7 и закрепленному на переходном шпангоуте, при этом на упоре закреплен штифт 21, фиксирующий угловое положение маршевой ступени относительно насадка.
На фиг.3 показано устройство в продольном сечении по штифту 22, фиксирующему от угловых перемещений разрезную кольцевую шпонку 23 и обеспечивающему угловое ориентирование распорной втулки 12 с розеткой кабеля относительно вилки двигателя с помощью винтов 24. При этом шпонка 25 ориентирует угловое положение насадка относительно двигателя. Снаружи МР установлен аэродинамический обтекатель 26.
Предложенное устройство работает следующим образом: по команде с носителя „ПУСК" БАУ ракеты формирует команду на запуск двигателя, которая в виде электрического импульса поступает на электровоспламенитель двигателя. Газами работающего двигателя активируется привод 4, по окончании работы двигателя привод механическим импульсом (ударника) задействует газогенератор 5, который, оставаясь неподвижным, заполняет газами камеру разделения. При достижении в камере разделения расчетного давления газогенератор срезает разрезную кольцевую шпонку 23 и, перемещая распорную втулку 12, освобождает разрезную гайку 11, начинается разведение ступеней. При этом насадок 7 с МС перемещается в переходном шпангоуте 10, а упор 20, закрепленный на переходном шпангоуте 10, удерживает вилку 16 кабеля МР, в результате вилка 16 расстыковывается с розеткой 17 кабельной электросети БАУ МС, размыкая цепи управления и создавая тем самым сигнал в БАУ, используемый в цепях управления, об отделении стартовой ступени. Одновременно с упором 20 из МС выводится ориентирующий штифт 21 и продолжается разведение ступеней до освобождения зацепов 9, при этом кольцевые секции 8 удержат насадок с кабелем и элементами переходного отсека в составе стартовой ступени (подробно работа кольцевых секций по улавливанию фрагментов переходного отсека при разделении ступеней изложена в прототипе). Состояние устройства показано на фиг.4.
Таким образом, предложенное техническое решение в составе ракеты, содержащей отделяемую стартовую ступень с двигателем, маршевую ступень с БАУ и механизм разделения ступеней, обеспечивает возможность уменьшить рассеивание МС после отделения стартовой ступени за счет того, что БАУ ракеты получает однозначную информацию об отделении отработанной стартовой ступени и вносит необходимые коррективы в команды управления ракетой в момент, соответствующий отделению. Кроме того, такое решение позволяет снизить риск активирования опасных элементов ракеты (боевой части и проч.) в непосредственной близости от носителя на участке работы стартовой ступени, т.е. в пределах своей территории.