РЕАКТИВНЫЙ СТРЕЛЯЮЩИЙ МЕХАНИЗМ (ВАРИАНТЫ)

Предлагаемая полезная модель относится к области авиации и может быть использована в парашютных системах спасения, а также в системах вывода грузов.
Наиболее близким техническим решением, принятым в качестве прототипа, является реактивный стреляющий механизм (см. книгу «Средства спасения экипажа самолета», авторы С.М. Алексеев, Я.В. Балдинг и др. Москва, «Машиностроение», 1975 г., стр.135, рис.4.3). В этом механизме реактивный двигатель с зарядом размещается внутри стреляющего механизма, а сам механизм содержит силовой цилиндр, шток с замком, захваты, промежуточный цилиндр, патрон с первоначальным зарядом, пусковое пироснаряжение, камеру, заполняемую газами от воспламенения первоначального заряда, реактивный двигатель с зарядом, соплом и газоводом. При задействовании механизма воспламеняется первоначальный заряд, вследствие расширения пороховых газов в камере промежуточный цилиндр выталкивается из механизма и после схода кресла летчика с направляющих воспламеняется заряд реактивного двигателя.
Существенными признаками прототипа, совпадающими с существенными признаками предлагаемого технического решения, являются наличие силового цилиндра, штока с замком, пускового пироснаряжения, патрона с зарядом, реактивного двигателя с зарядом, соплом и газоводом.
Недостатками данного реактивного стреляющего механизма являются: в громоздкость конструкции; низкие массово-габаритные характеристики; необходимость организации двух запусков: патрона с первоначальным зарядом и реактивного двигателя, что снижает надежность стреляющего механизма.
Предлагаемой полезной моделью решается задача повышения эффективности реактивного стреляющего механизма за счет упрощения
конструкции, улучшения массово-габаритных характеристик, повышения надежности и улучшения энергетических характеристик.
Для решения данной технической задачи в реактивном стреляющем механизме по варианту 1, содержащем силовой цилиндр, шток с замком, патрон с зарядом, пусковое пироснаряжение, реактивный двигатель с зарядом, соплом и газоводом, силовой цилиндр, выполняющий также функции газовода с соплом, расположен внутри реактивного двигателя, шток расположен внутри силового цилиндра, стенки штока и силового цилиндра сопряжены герметично, пиропатрон с зарядом и пусковое снаряжение расположены внутри силового цилиндра перед торцом штока, а заряд реактивного двигателя находится в кольцевом пространстве между корпусом реактивного двигателя и силовым цилиндром.
При этом для усиления эффекта, обеспечивающего перетекание газов в полость силового цилиндра со сверхзвуковой скоростью, сопло реактивного двигателя может быть установлено неподвижно в силовом цилиндре перед торцом штока.
Усиление эффекта может быть также достигнуто тем, что сопло реактивного двигателя установлено в силовом цилиндре на конце штока с возможностью разъединения от штока и перемещения по внутренней поверхности силового цилиндра, причем на противоположном конце силового цилиндра установлен упор сопла реактивного двигателя.
Для решения данной технической задачи в реактивном стреляющем механизме по варианту 2, содержащем силовой цилиндр, шток с замком, патрон с зарядом, пусковое пироснаряжение, реактивный двигатель с зарядом, соплом и газоводом, силовой цилиндр, выполняющий также функции газовода, расположен внутри реактивного двигателя, шток расположен внутри силового цилиндра, стенки штока и силового цилиндра сопряжены герметично, пиропатрон с зарядом и пусковое снаряжение расположены на заднем днище реактивного двигателя, заряд реактивного двигателя находится в кольцевом пространстве между корпусом
реактивного двигателя и силовым цилиндром, а сопло реактивного двигателя выполнено в виде сопел Лаваля, расположенных на переднем днище реактивного двигателя перед торцом штока под углом к оси силового цилиндра, причем точка пересечения осей сопел Лаваля расположена на оси силового цилиндра.
Для решения данной технической задачи в реактивном стреляющем механизме по варианту 3, содержащем силовой цилиндр, шток с замком, патрон с зарядом, пусковое пироснаряжение, реактивный двигатель с зарядом, соплом и газоводом, реактивный двигатель закреплен на торцовой части силового цилиндра, выполняющего также функции газовода, шток расположен внутри силового цилиндра, стенки штока и силового цилиндра сопряжены герметично, пиропатрон с зарядом и пусковое снаряжение расположены на заднем днище реактивного двигателя, а сопло реактивного двигателя выполнено в виде сопел Лаваля, расположенных на заднем днище реактивного двигателя перед торцом штока под углом к оси силового цилиндра, причем точка пересечения осей сопел Лаваля расположена на оси силового цилиндра.
Учитывая, что при силовом взаимодействии струй, усилие может быть вычислено R=R0 sinα, где:
0
R - реактивная сила струи;
α - угол между осью сопла Лаваля и осью силового цилиндра;
и то, что производная функции sin а по углу а имеет предельные значения при α=0°-30°, оптимальные величины углов находятся в диапазоне 30°-90°.
Отличительными признаками предлагаемого реактивного стреляющего механизма по варианту 1 является то, что силовой цилиндр, выполняющий также функции газовода с соплом, расположен внутри реактивного двигателя, шток расположен внутри силового цилиндра, стенки штока и силового цилиндра сопряжены герметично, пиропатрон с зарядом и пусковое снаряжение расположены внутри силового цилиндра перед торцом
штока, а заряд реактивного двигателя находится в кольцевом пространстве между корпусом реактивного двигателя и силовым цилиндром.
Отличительными признаками предлагаемого реактивного стреляющего механизма по варианту 2 является то, что силовой цилиндр, выполняющий также функции газовода с соплом, расположен внутри реактивного двигателя, шток расположен внутри силового цилиндра, стенки штока и силового цилиндра сопряжены герметично, пиропатрон с зарядом и пусковое снаряжение расположены на заднем днище реактивного двигателя, заряд реактивного двигателя находится в кольцевом пространстве между корпусом реактивного двигателя и силовым цилиндром, а сопло реактивного двигателя выполнено в виде сопел Лаваля, расположенных на переднем днище реактивного двигателя перед торцом штока под углом к оси силового цилиндра, причем точка пересечения осей сопел Лаваля расположена на оси силового цилиндра.
Отличительными признаками предлагаемого реактивного стреляющего механизма по варианту 3 является то, что, реактивный двигатель закреплен на торцевой части силового цилиндра, выполняющего также функции газовода, шток расположен внутри силового цилиндра, стенки штока и силового цилиндра сопряжены герметично, пиропатрон с зарядом и пусковое снаряжение расположены на переднем днище реактивного двигателя, а сопло реактивного двигателя выполнено в виде сопел Лаваля, расположенных на заднем днище реактивного двигателя перед терцем штока под углом к оси силового цилиндра, причем точка пересечения осей сопел Лаваля расположена на оси силового цилиндра.
Благодаря наличию данных отличительных признаков в совокупности с известными достигается следующий результат: для обеспечения потребной скорости разгона полезной нагрузки реактивным двигателем нужен меньший запас рабочего тела при меньших значениях предельных давлений газов, что улучшает габаритно-массовые характеристики; не требуется запуск реактивного двигателя от первоначального заряда, что упрощает
конструкцию и повышает надежность; снижается температура газов, истекающих в атмосферу; снижается уровень шума реактивного двигателя;
улучшаются энергетические характеристики реактивного двигателя.
В результате поиска по источникам патентной и научно-технической информации, решений, содержащих аналогичные признаки, не было обнаружено. Таким образом, можно сделать заключение о том, что предложенное устройство не известно из уровня техники и, следовательно, соответствует критерию охраноспособности - «новое».
На основании сравнительного анализа предложенного решения с известным уровнем техники по источникам научно-технической и патентной информации можно утверждать, что между совокупностью признаков, в том числе и отличительных, и выполняемой ими функцией и достигаемой целью наблюдается неочевидная причинноследственная связь. На основании вышеизложенного можно сделать вывод о том, что предложенное устройство не следует явным образом из уровня техники и, следовательно, соответствует критерию охраноспособности «изобретательский уровень».
Предложенное техническое решение может найти применение в авиации парашютных системах спасения, а также в системах вывода грузов, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «промышленная применимость».
Полезная модель поясняется рисунками фиг.1-6. На фиг.1 представлен реактивный стреляющий механизм по п.1 формулы (вариант 1).
На фиг.2 представлен реактивный стреляющий механизм по п.2 формулы. На фиг.3 представлен реактивный стреляющий механизм по п.3 формулы. На фиг.4 представлен реактивный стреляющий механизм по п.4 формулы (вариант 2).
На фиг.5 представлен реактивный стреляющий механизм по п.5 формулы (вариант 3).
На фиг.6 представлен реактивный стреляющий механизм по п.4 формулы после выхода из сопряжения штока с силовым цилиндром.
Представленный на фиг.1 реактивный стреляющий механизм для парашютной системы спасения содержит силовой цилиндр 1, выполняющий также функцию газовода, шток 2, разрывной элемент 3, выполняющий функцию замка, воспламенитель 4, выполняющий функцию патрона с зарядом, пусковое пироснаряжение 5. В корпусе 6 реактивного двигателя, снабженном крышкой 7, размещается тверд отопливный заряд 8. Для организации истечения продуктов сгорания со сверхзвуковой скоростью реактивный двигатель содержит сопло 9. Шток 2 реактивного стреляющего механизма закреплен в оконечной части на элементе летательного аппарата 10.
В представленном на фиг.2 реактивном стреляющем механизме сопло 9 реактивного двигателя установлено жестко в силовом цилиндре 1 перед штоком 2.
В представленном на фиг.3 реактивном стреляющем механизме сопло 9 реактивного двигателя установлено в силовом цилиндре 1 на конце штока 2 с возможностью перемещения по внутренней поверхности силового цилиндра, причем на противоположном конце силового цилиндра установлен упор 11 сопла реактивного двигателя.
Представленный на фиг.4 реактивный стреляющий механизм для парашютной системы спасения содержит такие же элементы конструкции, что и реактивный стреляющий механизм для парашютной системы спасения на фиг.2 только сопло 9 представляет несколько сопел Лаваля, расположенных на переднем днище реактивного двигателя перед торцом штока 2 под углом к оси силового цилиндра 1, причем точка пересечения осей сопел Лаваля расположена на оси силового цилиндра 1. Твердотопливный заряд 8 может состоять из одной или нескольких вкладных шашек. Патрон с зарядом 4 и пусковое снаряжение 5 расположены на заднем днище реактивного двигателя. Для фиксации шашек в осевом
направлении и обеспечения потока газообразных продуктов сгорания в камере реактивного двигателя установлены колосниковые решетки 12 и 13.
Представленный на фиг.5 реактивный стреляющий механизм для парашютной системы спасения содержит такие же элементы конструкции, что и реактивный стреляющий механизм для парашютной системы спасения на фиг.2, только реактивный двигатель закреплен на торцевой части силового цилиндра 1, выполняющего также функции газовода, а сопло 9 реактивного двигателя выполнено в виде сопел Лаваля, расположенных на заднем днище реактивного двигателя перед торцом штока 2 под углом к оси силового цилиндра 1, причем точка пересечения осей сопел Лаваля расположена на оси силового цилиндра 1, патрон с зарядом 4 и пусковое снаряжение 5 расположены на переднем днище реактивного двигателя, для обеспечения потребного газоприхода продуктов сгорания твердого топлива в процессе перемещения силового цилиндра 1 относительно штока 2 реактивный двигатель снабжен форсажным зарядом 14.
На фиг.6 представлен реактивный стреляющий механизм для системы спасения по пункту 4 формулы (вариант 2 исполнения) после выхода из сопряжения штока 2 с силовым цилиндром 1.
Устройства на фиг.1...6 работают следующим образом. При подаче импульса на пусковое пироснаряжение 5 продукты сгорания навески зажигают воспламенитель 4 с твердотопливным 8 и форсажным 14 зарядами. По мере нарастания давления в камере реактивного двигателя происходит и рост давления газов в силовом цилиндре 1. При достижении усилия, определяемого как произведение давления газов на величину площади поперечного сечения штока 2, равного усилию срабатывания замка 3 (разрыва или среза элемента), силовой цилиндр 1 с реактивным двигателем начнет перемещаться относительно штока 2, сходит с него (фиг.6) и обеспечивает полезной нагрузке (например, контейнеру с парашютом) потребную скорость разгона.
Величина минимального диаметра сопла 9 устройства на фиг.1 назначается исходя из требуемых динамических параметров в процессе перемещения силового цилиндра 1 относительно штока 2, а также потребных значений тяг реактивного двигателя после выхода силового цилиндра 1 из сопряжения со штоком 2.
В устройствах на фиг.2...5 перепуск газообразных продуктов сгорания из камеры реактивного двигателя в полость силового цилиндра через сверхзвуковое сопло 9 позволяет форсировать процесс разгона силового цилиндра 1 с реактивным двигателем относительно штока 2 с минимальной отдачей.
Вышеизложенное объясняется следующим образом.
Из литературных источников известно, что турбулентное течение газообразных продуктов из сопла со сверхзвуковой скоростью при встрече с преградой - штоком механизма - сопровождается широким спектром колебаний (см. например книгу «Системы питания и управления жидкостных ракетных двигательных установок», автор А.А. Козлов, Москва «Машиностроение», 1988 г. стр.209).
Так как ударно-волновой процесс характеризуется тем, что сжатие происходит на длине, равной нескольким пробегам молекул и он необратим, а уплотнение осуществляется вследствие перемещения молекул газа из слоев, прилежащих к зоне сжатия, что приводит к образованию волн разрежения, то адиабатный процесс расширения газа в цилиндре в процессе совершения рабочего хода заменяется на ряд совершенных быстропротекающих циклов.
Это приводит к тому, что для обеспечения потребной скорости разгона цилиндра 1 с реактивным двигателем и полезной нагрузкой (например, контейнера с парашютом) относительно штока 2 нужен меньший запас рабочего тела при меньших значениях предельных давлений газов в силовом цилиндре 1, а, следовательно, улучшаются габаритные и массовые параметры.
Кроме того, частота пульсаций давления газов в силовом цилиндре превышает собственную частоту конструкции устройства, т.е. элементы конструкции будут воспринимать в основном среднеинтегральные значения давления газов на каждом из циклов.
При работе реактивного двигателя после выхода силового цилиндра 1 из сопряжения со штоком 2 (повторный запуск не требуется, что упрощает конструкцию и повышает надежность) в импульсном режиме (см. фиг.6) обеспечивается:
- отделение К - фазы на стенки силового цилиндра;
- снижение температуры газов, истекающих из силового цилиндра в атмосферу вследствие перевода энергии из одного вида в другой:
кинетической энергии газов в потенциальную (образование волн сжатия) с последующим переходом в кинетическую энергию (существенное снижение температуры газов подтверждено стендовыми испытаниями пироприводов);
- снижение уровня шума при работе реактивного двигателя, т.к. функционирование в импульсном режиме с высокой частотой позволяет интенсифицировать поглощение звука в воздухе, принимая во внимание, что коэффициент поглощения пропорционален квадрату звуковой частоты;
- улучшение энергетических характеристик реактивного двигателя, связанное с кумуляцией сверхзвуковых газовых струй.
Таким образом, предлагаемый реактивный стреляющий механизм позволяет повысить эффективность за счет упрощения конструкции, улучшения массовых и габаритных параметров, повысить надежность и улучшить энергетические характеристики.