РАЗРУШАЕМАЯ КРЫШКА ПУСКОВОЙ ТРУБЫ
DESTRUCTIBLE COVER OF STARTING PIPE

Изобретение относится к разрушаемым крышкам пусковых труб. Кроме того, изобретение может быть использовано в арматуростроении как средство защиты от разрушения при аварийном росте внутреннего давления технологических сосудов, аппаратов и резервуаров хранилищ, работающих в условиях перепада давления.
Известно устройство разрушаемой задней крышки пусковой трубы по патенту US 4186647 (F41F 3/04, 1980 г.). Устройство содержит выпуклую крышку из монолитного теплостойкого материала, с внутренней стороны которой выполнены концентрично расположенные профилированные ослабляющие пазы (канавки) различной глубины. Глубина пазов обеспечивает при пуске ракеты последовательное разрушение нормально закрытой крышки от ее центра к периферии в ответ на увеличение давления в подракетном объеме и диаметра газовой струи стартового двигателя ракеты. Известное устройство предназначено для использования в пусковых установках, имеющих несколько пусковых труб, сообщенных общим газоотводным каналом, и обеспечивает изоляцию пусковой трубы от воздействия газов, образующихся при пуске ракет, находящихся в соседних пусковых трубах.
Однако известная разрушаемая крышка не предполагает возможности ее использования при высоком наружном давлении. Это связано с тем, что прочность крышки обеспечивается лишь уровнем сопротивления основного тела крышки по линиям с минимальной толщиной, вдоль которых происходит концентрация напряжения, а не по всей толщине профиля крышки.
Также известна разрушаемая крышка, выполненная в виде герметично насаженного на пусковую трубу стакана из упругоэластичного материала (RU 2147719 C1, F41F 3/042, 2000 г.). По диагоналям дна стакана с заходом на стенку размещены разрывные тканевые элементы, которые выполнены в виде узких лент, заформованных в материал стакана. В известном устройстве разрушение крышки, представляющей собой, по существу, диафрагму, осуществляется головной частью ракеты.
Однако конструкция известной крышки не рассчитана на эксплуатацию при высоком избыточном давлении, например, в пусковых трубах, используемых для запуска ракет из-под воды.
Известно устройство по авт.св. SU 1213300 A1 (F16К 17/16, 1986 г.). Известное устройство содержит разрушаемую крышку (мембрану), выполненную в виде сферического сегмента с опорным кольцом, закрепленным в обойме, включающей два фланца. На наружной поверхности сферического сегмента выполнены профилированные ослабляющие пазы, например, клиновидного сечения, которые заподлицо заполнены твердым материалом, способным противостоять усилиям сжатия при возникновении внешнего нагружения. В варианте осуществления при изготовлении подобной крышки первоначально из стеклопластика формируется и полимеризуется тело крышки с ослабевающими пазами, затем пазы покрываются тонким слоем разделителя (пудра, смазка), заполняются тем же веществом, что и основное тело и полимеризуются. Известное устройство используется как средство защиты от разрушения при аварийном росте внутреннего давления резервуаров, работающих в условиях перепада давления, например в емкостях химических производств при возникновении кратковременного избыточного внешнего давления или вакуумирования защищаемой емкости. Под действием избыточного давления твердый материал заполнителя пазов сферического сегмента принимает на себя сжимающие усилия и вместе с основным материалом обеспечивает уровень сопротивления, определяемый всей толщиной профиля сферического сегмента. При повышении давления внутри защищаемой емкости выше расчетной величины крышка подвергается прогибу наружу, при этом заполнитель, испытывая предельные усилия растяжения, разрушается, и прочность крышки обеспечивается лишь уровнем сопротивления основного тела крышки по линиям с минимальной толщиной, вдоль которых происходит концентрация напряжений, а при достижении пределов прочности основного материала крышка вскрывается по эти линиям ослабления.
Недостатком известного устройства является то, что при разрушении крышки происходит, по существу, ее разрыв, при котором не освобождается проходное сечение крышки.
Также известно устройство разрушаемой крышки пусковой трубы по патенту US 4301708 (F41F 3/04, 1981 г.). Известное устройство содержит крышку из полимерного материала, выполненную в виде сферического сегмента с опорным кольцом, через которое крышка крепится на опорное кольцо пусковой трубы. Сферический сегмент опирается на меридионально расположенные арочные ребра из хрупкого стекла. Ребра скрепляются между собой в вершине сферического сегмента в точке, расположенной на продольной оси пусковой трубы. На внешней поверхности сферического сегмента устанавливается линейный (шнуровой) заряд, имеющий в плане S-образную форму. Линейный заряд пересекает сферический сегмент и охватывает его по кругу. Для подрыва линейного заряда предусматривается по меньшей мере один детонатор. Детонатор срабатывает в момент начала движения ракеты при старте. В результате подрыва линейного заряда разрывается или разрушается крышка из полимерного материала и разрушаются арочные ребра из хрупкого стекла. Таким образом, устраняются помехи для выхода ракеты из пусковой трубы. Известное устройство обеспечивает возможность создания крышки, имеющей достаточную прочность, позволяющей выдерживать перепады давления при старте из-под воды.
Однако известное устройство не обеспечивает достаточную безопасность при эксплуатации крышки, что связано с применением линейного заряда с детонатором. Вместе с этим необходимость в специальном взрывном устройстве усложняет конструкцию и, кроме того, требует наличия системы управления этим устройством.
Известна разрушаемая крышка пусковой трубы по патенту RU 2218539 C1 (F41F 3/077, F16К 17/16, 2003 г.). Известная разрушаемая крышка выполнена в виде сферического сегмента с опорным кольцом, закрепленным в обойме, включающей опорное и прижимное кольца. На внутренней поверхности сферического сегмента выполнены ослабляющие пазы, образующие систему сообщенных между собой пазов, включающую кольцевые пазы, расположенные концентрично продольной оси сферического сегмента, и отстоящие от упомянутой оси меридионально расположенные пазы. Один из кольцевых пазов выполнен по диаметру, соответствующему заданному диаметру проходного сечения крышки после разрушения последней. Благодаря этому при закреплении опорного кольца сферического сегмента в обойме создается кольцевая зона пониженной прочности, что обеспечивает локальное разрушение сферического сегмента по диаметру, соответствующему заданному диаметру проходного сечения крышки, и разрушение сферического сегмента. Таким образом, прижимное кольцо одновременно является локализующей накладкой. Ослабляющие пазы заполнены твердым материалом, при этом ослабляющие пазы имеют покрытие из антиадгезионного материала, разделяющее материал, заполняющий пазы, от материала сферического сегмента. Сферический сегмент с опорным кольцом выполнен из полимерного композиционного материала, например сферопластика. В качестве материала, заполняющего пазы, разрушаемая крышка содержит материал, идентичный материалу, из которого выполнен сферический сегмент с опорным кольцом. Разрушаемая крышка снабжена тканевыми элементами, которые размещены на периферийной части внутренней поверхности сферического сегмента в зонах между ослабляющими пазами. В качестве тканевых элементов крышка содержит элементы из стеклоткани, пропитанные связующим упомянутого композиционного материала. Известная разрушаемая крышка, выдерживая воздействие избыточного наружного давления, при действии избыточного внутреннего давления распадается на фрагменты заданных размеров, полностью открывая проходное сечение заданного диаметра.
Недостатком известного устройства является то, что разрушение сферического сегмента происходит при недостаточно малом избыточном внутреннем давлении, что обусловлено, в частности, использованием в качестве материала для сферического сегмента с опорным кольцом сферопластика. Вместе с этим известное устройство предполагает изготовление крышки сразу же цельной, что является достаточно сложным.
Наиболее близкой по совокупности существенных признаков с заявляемым изобретением является разрушаемая крышка пусковой трубы по патенту US 6311604 B1 (F41F 3/04, 2001 г.). Известная разрушаемая крышка выполнена в виде сферического сегмента с опорным кольцом (корпусом), вводимым на трении в соответствующий конец пусковой трубы (транспортно-пускового контейнера). Крышка имеет фланец, устанавливаемый на соответствующем торце пусковой трубы при закрывании последней крышкой. Крышка по меридионально расположенным плоскостям разделена на множество одинаковых долей (индивидуальных сегментов). Отдельные доли могут быть изготовлены как путем разрезки цельной крышки пусковой трубы по меридионально расположенным плоскостям, так и путем отливки их в виде отдельных сегментов. В вершине сферического сегмента крышки выполнено сквозное отверстие, которое закрыто втулкой, плотно сидящей в упомянутом отверстии и удерживающей упомянутые доли (индивидуальные сегменты). При этом в варианте выполнения упомянутые доли удерживаются вместе при помощи ленты, намотанной на опорное кольцо (корпус) крышки. При установке крышки в пусковую трубу цилиндрическая часть опорного кольца вводится до края ленты. В этот момент лента снимается, крышка вводится в пусковую трубу до фланца и удерживается на месте за счет трения. Кроме того, мягкие индивидуальные сегменты (доли) прижимаются друг к другу, образуя герметичные стыки. В момент старта ракета сдвигает крышку и отбрасывает ее сегменты (доли) в радиальных направлениях под действием избыточного давления, действующего на вогнутую внутреннюю поверхность крышки. Крышка пусковой трубы изготовлена из легкого водостойкого материала типа пенополиуретана. Наружная поверхность крышки имеет покрытие, защищающее от обледенения и/или электромагнитного излучения. Кроме того, упомянутое покрытие облегчает выброс крышки и разделение ее на сегменты при старте.
Однако известная разрушаемая крышка не рассчитана на эксплуатацию при воздействии высокого наружного давления, и область ее использования ограничена пусковыми установками авиационного и наземного базирования.
Задачей, решаемой изобретением, является создание герметичной крышки пусковой трубы, обеспечивающей прочность и герметичность при воздействии высокого наружного давления и, вместе с тем, разрушающейся при незначительном избыточном давлении в подкрышечном объеме и обеспечивающей при разрушении возможность полного освобождения проходного сечения крышки, а также обеспечивающей расширение области использования крышки.
Указанная задача решается тем, что разрушаемая крышка пусковой трубы, выполненная в виде сферического сегмента с опорным кольцом, имеющая фланец, устанавливаемый на соответствующем торце пусковой трубы при закрывании последней крышкой, причем сферический сегмент разделен на доли, а в его вершине выполнено сквозное отверстие, которое закрыто втулкой, при этом сферический сегмент имеет зону, в которой плоскости раздела смежных долей сферического сегмента расположены в меридиональных плоскостях, согласно изобретению включает отдельные сферический сегмент и опорное кольцо с фланцем и дополнительно содержит прижимное кольцо, с помощью которого сферический сегмент закреплен на опорном кольце с фланцем. Сферический сегмент имеет кольцевую зону, примыкающую к опорному кольцу, в которой плоскости раздела смежных долей сферического сегмента расположены наклонно по отношению к соответствующим меридиональным плоскостям раздела. Плоскости раздела смежных долей на границе упомянутых зон расположены соответственно в плоскостях, ортогональных соответствующим меридиональным плоскостям раздела. При этом в плане (т.е. на виде сверху) в упомянутой кольцевой зоне каждая из одной части долей сферического сегмента частично перекрывает две доли сферического сегмента из другой части долей сферического сегмента. Доли сферического сегмента обеих частей расположены через одну. Втулка и доли сферического сегмента выполнены с образованием кольцевого щелевого зазора, расположенного концентрично продольной оси сферического сегмента, меридионально расположенных щелевых зазоров, щелевых зазоров, расположенных наклонно меридиональным плоскостям, и щелевых зазоров, расположенных ортогонально соответствующим меридиональным плоскостям раздела. Упомянутые щелевые зазоры заполнены материалом меньшей прочности, чем у материала долей сферического сегмента и втулки, образующим единое целое с материалом последних.
Технический результат использования изобретения состоит в том, что обеспечивается предотвращение распора долей (индивидуальных сегментов) сферического сегмента разрушаемой крышки при «раскрывании» сферического сегмента в процессе освобождения проходного сечения крышки при пуске ракеты. Вместе с этим обеспечивается возможность расширения области использования крышки.
На фиг.1 схематично показана предлагаемая разрушаемая крышка, установленная на пусковой трубе, общий вид, продольный разрез; на фиг.2 - то же, вид в плане; на фиг.3 - сферический сегмент разрушаемой крышки пусковой трубы, общий вид сбоку.
В варианте осуществления изобретения заявляемая разрушаемая крышка используется в качестве передней крышки, например, контейнера для хранения и пуска ракеты. Разрушаемая крышка выполнена в виде сферического сегмента 1, который закреплен на опорном кольце 2 с помощью прижимного кольца 3. Опорное кольцо 2 имеет фланец «а», устанавливаемый на соответствующем торце пусковой трубы 4 при закрывании последней крышкой.
Сферический сегмент 1 разделен на доли (индивидуальные сегменты) 5 и 6, которые расположены через одну. Сферический сегмент выполнен из композиционного материала. В варианте осуществления изобретения в качестве композиционного материала для сферического сегмента используется, например, стеклопластик. Доли 5 и 6 могут быть изготовлены в виде отдельных частей (сегментов), из которых изготавливают единый сферический сегмент 1. В вершине сферического сегмента выполнено сквозное отверстие, которое закрыто втулкой 7. Сферический сегмент имеет центральную зону, в которой плоскости раздела смежных долей 5 и 6 сферического сегмента расположены в меридиональных плоскостях, а также имеет кольцевую зону, примыкающую к опорному кольцу 2, в которой плоскости раздела смежных долей 5 и 6 сферического сегмента расположены наклонно (например, под углом 30°) по отношению к соответствующим меридиональным плоскостям раздела. Плоскости раздела смежных долей 5 и 6 сферического сегмента на границе упомянутых центральной и кольцевой зон расположены соответственно в плоскостях, ортогональных соответствующим меридиональным плоскостям раздела. В плане (т.е. на виде сверху) в упомянутой кольцевой зоне каждая из долей 5 сферического сегмента 1 частично перекрывает две смежные с ней доли 6 сферического сегмента 1.
Втулка 7 и доли 5 и 6 сферического сегмента 1 выполнены с образованием кольцевого щелевого зазора «b», расположенного концентрично продольной оси 8 сферического сегмента 1, меридионально расположенных щелевых зазоров «с», щелевых зазоров «d», расположенных наклонно меридиональным плоскостям, и щелевых зазоров «е», расположенных ортогонально соответствующим меридиональным плоскостям раздела. Щелевые зазоры «b», «с», «d» и «е» заполнены композиционным материалом меньшей прочности, чем у материала долей 5 и 6 сферического сегмента 1 и втулки 7, образующим единое целое с материалом долей сферического сегмента и втулки.
Сферический сегмент 1 установлен на опорном кольце 2 посредством герметизирующего уплотнения 9 из упругоэластичного материала. Для закрепления опорного кольца предусмотрены резьбовые элементы 10 и 11. При этом резьбовые элементы 11 одновременно служат для закрепления разрушаемой крышки на герметичном корпусе контейнера для хранения и пуска ракеты, т.е. - на торце пусковой трубы 4. Герметичность корпуса контейнера обеспечивается, в частности, уплотнением 12, установленным в кольцевых проточках, выполненных на опорном кольце 2.
Разрушаемая крышка пусковой трубы работает следующим образом.
При транспортировке и длительном хранении разрушаемая крышка в сборе с корпусом контейнера может периодически подвергаться внешнему механическому воздействию и воздействию избыточного давления окружающей среды. Сферический сегмент 1 реагирует на эти воздействия типа сжатия как монолитная конструкция, которая совместно с опорным и прижимным кольцами 2 и 3, резьбовыми элементами 10 и 11 и герметизирующим уплотнением 9 обеспечивает целостность и герметичность крышки в заданных пределах внешних воздействий. Прижимное кольцо 3 удерживает сферический сегмент 1 при перегрузках, возникающих при транспортировании и ударах, возникающих при эксплуатации.
При пуске ракеты продукты сгорания топлива поступают в подкрышечный объем. Под действием давления газа на внутреннюю поверхность сферического сегмента 1 осуществляется раскрывающее воздействие. При достижении избыточного давления выше расчетной величины происходит разрушение сферического сегмента. При этом благодаря системе щелевых зазоров, заполненных материалом меньшей прочности, чем у материала долей 5 и 6 и втулки 7, сферический сегмент распадается на индивидуальные сегменты (доли) 5 и 6 и втулку 7. Под воздействием давления доли сферического сегмента 1 двигаются практически одновременно и практически одинаково поворачиваются каждая вокруг соответствующего участка прижимного кольца 3, которое частично перекрывает концевые части долей сферического сегмента. При этом благодаря тому, что в кольцевой зоне, примыкающей к опорному кольцу 2, щелевые зазоры «d» между смежными долями сферического сегмента расположены под углом (наклонно) к щелевым зазорам «с», смежные доли сферического сегмента при их одновременном повороте в процессе «раскрывания» сферического сегмента расходятся свободно без распора, полностью освобождая проходное сечение крышки.
Таким образом, благодаря особенности выполнения разрушаемой крышки пусковой трубы изобретение обеспечивает возможность создания герметичной разрушаемой крышки, обеспечивающей прочность и герметичность при воздействии высокого наружного давления и, вместе с тем, разрушающейся при незначительном избыточном давлении в подкрышечном объеме, позволяющей предотвратить распор долей сферического сегмента, когда происходит разрушение крышки, и - достичь при этом полного освобождения проходного сечения крышки, а также обеспечивающей расширение области использования.