Стартовый реактивный двигатель с противомассой

Полезная модель относится к области стартовых реактивных двигателей (СРД) безоткатных средств ближнего боя, в которых происходит процесс преобразования химической энергии порохового заряда в тепловую энергию пороховых газов, а затем в кинетическую энергию истекающей газовой струи.
п
р
Δр
Недостатком существующих СРД к безоткатным средствам ближнего боя является значительный выброс несгоревших частиц порохового заряда по причине разрушения пороховых элементов из-за перепада давлений по длине заряда, а также высокий уровень импульсного избыточного давления, действующего на стрелка при выстреле, особенно при стрельбе в условиях многостороннего экранирования огневой позиции, а также из помещений ограниченного объема. Выброс топлива обусловливает соответствующую потерю полного теплосодержания и приводит к существенному снижению (более 20%) комплексной внутрибаллистической характеристики СРД - полного импульса силы тяги I, значительному разбросу времени работы τ(до 10%) и высоким значениям импульсного избыточного давления в местах расположения расчета L.
Известен СРД, состоящий из порохового заряда, скрепленного с переходным дном, корпуса и воспламенителя. Дозвуковая часть сопла в прототипе представляет собой вихревое устройство, выполненное в виде двухкамерного тангенциально-щелевого стакана с центральным отверстием, а сопловой насадок имеет цилиндрическое удлинение, в котором размещена реакционная инертная масса (РИМ), представляющая собой мелкодисперсный порошок, а узел форсирования размещается во второй камере вихревого устройства.
п
Δр
Цель полезной модели - улучшение внутрибаллистических (увеличение полного импульса силы тяги (I)) и эргономических (снижение импульсного избыточного давления (L)) характеристик при функционировании СРД в условиях многостороннего экранирования огневой позиции и при стрельбе из помещений замкнутого объема, а также уменьшения стоимости изделия. Цель достигается за счет совершенствования внутрикамерного рабочего процесса путем организации радиально-вихревого истечения продуктов сгорания и диспергирования РИМ.
Достижение цели осуществляется за счет организации газодинамического тракта, заявляемого СРД с противомассой радиально-вихревого истечения продуктов сгорания и диспергирования реакционной инертной массы, представленного на фиг. 1.
Предлагаемый СРД с противомассой (фиг. 1) конструктивно состоит из корпуса (6), в котором размещен пороховой заряд (5), удерживаемый передней (4) и задней (7) диафрагмами, конфузора сопла, представляющего собой вихревой узел форсирования (8), содержащий пенопластиковую пробку (11), воспламенителя (9), соплового насадка (10), в котором размещается реакционная инертная масса (12).
Новым в предлагаемой схеме заявляемого СРД с противомассой является конструкция газодинамического тракта, включающая переднюю (4) и заднюю (7) диафрагмы, обеспечивающие удержание и горение вкладного порохового заряда (5), при этом для уменьшения давления во фронте ударной воспламенительной волны в полость передней диафрагмы (3) помещен поглотитель ударной волны, выполненный из пористой резины. Для уменьшения газодинамического сопротивления у вихревого узла форсирования (8) обтекатель и окончание корпуса камеры сгорания (6) выполнены в виде конуса. Для увеличение силы тяги и увеличения объема диспергирования реакционной инертной массы (11), представляющей собой мелкодисперсный порошок, она размещается как в сопловом насадке, так и реакционной камере, выполненной в виде усеченного конуса.
Предлагаемый СРД с противомассой функционирует следующим образом. При срабатывании воспламенителя (9), размещенного в конусном обтекателе вихревого узла форсирования (8), его пороховые газы распространяются через щели задней диафрагмы (7) и воспламеняют вкладной пороховой заряд (5) по его наружной и внутренней поверхностям. При достижении фронта пороховых газов воспламенителя передней диафрагмы (4) и пройдя через ее щели происходит их перетекание между зазорами пороховых элементов (5) и отражение от поглотителя воспламенительной волны (3), вследствие чего выравнивается давления как по длине, так и по радиусу камеры сгорания, что предотвращает возникновения критических напряжений в пороховых элементах и предотвращает разрушение заряда. Пороховые газы при достижении давления форсирования выталкивают из вихревого узла форсирования, пенопластиковую пробку (11), размещенную в задней камере вихревого узла форсирования (10) и РИМ (12) и через тангенциальные щели вихревого узла форсирования (10), закручиваясь коаксиально в двух взаимопротивоположных направлениях, истекают через сопловой насадок (12).
При выходе РИМ за казенный срез соплового насадка под действием осевой, радиальной и тангенциальной составляющей истекающей газовой струи происходит ее диспергирование в засопловом пространстве. При этом энергия отката при выстреле компенсируется метаемой в противоположную сторону движению гранаты РИМ и за счет функционирования СРД после выхода РИМ из газодинамического тракта.
п
На дигрессивной стадии функционирования СРД из-за разносводности пороховых трубок происходит их разрушение. Разрушенные частицы вкладного порохового заряда вместе с пороховыми газами попадают в вихревой узел форсирования (8), где происходит процесс их дожигания, обусловленный одновременным увеличением пути пребывания частиц в камере сгорания и интенсификацией скорости их горения в турбулентном потоке пороховых газов. Стадия дожигания частиц пороха в вихревом устройстве обеспечивает повышение полноты сгорания порохового заряда, за счет чего обеспечивается увеличение I.
Снижение импульсного избыточного давления при работе заявляемого СРД обусловлено радиально-вихревым диспергированием РИМ в засопловом пространстве. Часть энергии реактивной газовой струи затрачивается на разгон частиц РИМ в засопловом пространстве гранатомета, а поскольку ударная волна имеет большую скорость, чем частицы, то и отражается она от преград раньше, чем частицы РИМ их достигают. При отражении ударной волны от преград она меняет свое направление и двигается навстречу частицам РИМ, затрачивая часть энергии на их торможение. При этом при диспергировании РИМ увеличивается конус ее диспергирования, как за счет непосредственно радиально-вихревого диспергирования, так и конструкции соплового насадка (10), имеющего форму усеченного конуса. С увеличением конуса диспергирования увеличивается площадь перекрытия стрелка, обеспечивающая поглощение части энергии, отраженной от экранирующих поверхностей огневой позиции ударной волны. Таким образом, при подходе ударной волны к стрелку она становится более ослабленной, чем и объясняется уменьшение импульсного избыточного давления, действующего на стрелка.
п
Δp
п
Экспериментальные исследования заявляемого СРД с радиально-вихревым диспергированием РИМ, проведенные авторами, показали, что по сравнению с прототипом полный импульс силы тяги I увеличился на 5%, а уровень импульсного избыточного давления L уменьшился на 42% при стрельбе на открытой местности и на 64% при стрельбе из помещений ограниченного объема. При этом разброс величин I снизился более чем в 2 раза, что свидетельствует о достигнутой цели полезной модели.