БЛОК ГАЗОСТРУЙНОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ
GAS JET CONTROL SYSTEM UNIT

Изобретение относится к ракетной технике, а именно к системам управления ракет реактивных систем залпового огня.
Повышение кучности и точности стрельбы ракетами является основным направлением развития реактивных систем залпового огня. Для достижения данной цели наиболее рационально применение в ракетах блоков газоструйных (газореактивных) систем управления с вихревыми клапанами.
Известна газоструйная вихревая система, содержащая устройства автоматики, твердотопливный аккумулятор давления, газораспределители, выходные сопла, соединенные между собой каналами питания и управления (см. книгу «Струйная автоматика в системах управления» под ред. Б.В.Орлова, М.: Машиностроение, 1975 г., стр.335-336, рис.146).
Задачей данного технического решения явилась разработка газоструйной системы управления с вихревыми клапанами, работающей на продуктах сгорания твердых топлив.
Общими признаками с предлагаемым блоком газоструйной системы управления является наличие твердотопливного аккумулятора давления, выходных сопел, каналов питания и управления и газораспределителей.
Однако, как показывает опыт отработки блоков газоструйной системы управления, данная конструкция не обеспечивает требуемую температуру продуктов сгорания в каналах управления, что вызывает отказы в работе блоков.
Наиболее близким по технической сути и достигаемому результату является блок газоструйной системы управления по патенту 2154797, F42В 10/60, принятый за прототип. Он содержит твердотопливный аккумулятор давления, газораспределители, выходные сопла, каналы питания и управления, а так же коллектор, образованный втулкой.
Принятый за прототип блок функционирует следующим образом. Продукты сгорания из твердотопливного аккумулятора поступают в канал питания, из которого поступают в канал управления (через коллектор) и выходные сопла. При подаче электрического импульса на газораспределители продукты сгорания из канала управления взаимодействуют с продуктами сгорания, поступающими в сопла, создавая или практически обнуляя тягу через соответствующие сопла. Однако при использовании в аккумуляторах современных высокоэффективных топлив, продукты сгорания которых имеют высокую температуру и повышенное содержание частиц конденсированной фазы, были обнаружены существенные недостатки данной конструкции. Особенность данного устройства заключается в недостаточном охлаждении газа, поступающего в канал управления, и интенсивном осаждении частиц конденсированной фазы на поверхности выходных сопел, что нарушает стабильность работы блока газоструйной системы управления и снижает надежность его работы.
Таким образом, задачей данного технического решения (прототипа) являлось создание конструкции блока газоструйной системы управления с твердотопливным аккумулятором, топлива которой имеют низкие энергетические характеристики.
Общими признаками с предлагаемым устройством являются наличие в блоке газоструйной системы управления твердотопливного аккумулятора давления, газораспределителей, выходных сопел, каналов питания и управления и коллектора.
В отличие от прототипа в предлагаемом блоке газоструйной системы управления на входе в канал питания между втулкой коллектора и дном аккумулятора установлена дополнительная втулка из материала с высокой теплопроводностью длиной, составляющей 0,4…0,6 длины канала питания с внутренним диаметром, равным внутреннему диаметру втулки коллектора, и толщиной (0,4…0,6)d, канал питания выполнен длиной (2…3)d, а на выходе из канала питания установлена диафрагма с диаметром отверстия, составляющим (0,4…0,6)d, где d - диаметр канала питания.
Именно это позволяет сделать вывод о наличии причинно-следственной связи между совокупностью существенных признаков заявляемого технического решения и достигаемым техническим результатом.
Указанные признаки, отличительные от прототипа и на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны, во всех случаях достаточны.
Задачей предлагаемого изобретения явилось повышение надежности функционирования блока газоструйной системы управления с твердотопливным аккумулятором с высокоэнергетическим топливом.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном блоке, содержащем твердотопливный аккумулятор давления, газораспределители, выходные сопла, каналы питания и управления, коллектор, особенность заключается в том, что на входе в канал питания между втулкой коллектора и дном аккумулятора установлена дополнительная втулка из материала с высокой теплопроводностью длиной, составляющей 0,4…0,6 длины канала питания с внутренним диаметром, равным внутреннему диаметру втулки коллектора, и толщиной (0,4…0,6)d, канал питания выполнен длиной (2…3)d, а на выходе из канала питания установлена диафрагма с диаметром отверстия, составляющим (0,4…0,6)d.
Новая совокупность конструктивных элементов, а также наличие связей между ними позволяют, в частности, за счет:
- установки на входе в канал питания между втулкой коллектора и дном аккумулятора дополнительной втулки из материала с высокой теплопроводностью длиной, составляющей 0,4…0,6 длины канала питания, обеспечить снижение температуры продуктов сгорания в канале питания и тем самым дополнительно снизить температуру продуктов сгорания, поступающих в каналы управления, чем достигается увеличение надежности работы блока. При уменьшении длины дополнительной втулки менее 0,4d снижается эффект охлаждения продуктов сгорания, при увеличении длины свыше 0,6d эффект снижения температуры становится незначительным, поскольку основное снижение температуры происходит на входном участке дополнительной втулки. При уменьшении толщины дополнительной втулки менее 0,4d снижение температуры продуктов сгорания к концу работы незначительно (ввиду прогрева втулки), при увеличении толщины втулки свыше 0,6d нерационально увеличивается масса конструкции без заметного дополнительного снижения температуры продуктов сгорания; выполнение втулки с диаметром, равным диаметру втулки коллектора, обеспечивает снижение турбулентности потока при движении по каналу питания, соосность траекторий движения частиц конденсированной фазы и оси канала питания и тем самым снижение вероятности попадания частиц в каналы управления;
- выполнения канала питания длиной (2…3)d обеспечивается необходимый уровень снижения температуры продуктов сгорания; при уменьшении длины канала менее 2d уровень снижения температуры продуктов сгорания существующих топлив по данным испытаний оказывается недостаточным; при увеличении длины канала свыше 3d нерационально возрастают размеры и масса блока при незначительном охлаждении продуктов сгорания на участках, расположенных ниже по течению продуктов сгорания;
- установки на выходе из канала питания диафрагмы с диаметром отверстия, составляющим (0,4…0,6)d, обеспечить осаждение частиц конденсированной фазы, движущихся в осевом направлении в области, прилегающей к стенкам дополнительной втулки и втулки коллектора, на торцевой поверхности диафрагмы, резко снижая тем самым количество частиц, попадающих через отверстие в диафрагме в выходные сопла, что обеспечивает снижение разбросов управляющего усилия и стабильность работы блока. При увеличении диаметра отверстия в диафрагме свыше 0,6d увеличивается количество частиц, попадающих в выходные сопла, при снижении диаметра отверстия менее 0,4d возрастают потери давления продуктов сгорания, что приводит к снижению давления на входе в выходные сопла и тяги, создаваемой блоком.
Признаки, отличающие предлагаемое техническое решение от прототипа, не выявлены в других технических решениях и не известны из уровня техники в процессе проведения патентных исследований, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию «новизна».
Исследуя уровень техники в ходе проведения патентного поиска по всем видам сведений, доступных в странах бывшего СССР и зарубежных странах, обнаружено, что предлагаемое техническое решение явным образом не следует из известного уровня техники, следовательно, можно сделать вывод о соответствии критерию «изобретательский уровень».
Сущность изобретения заключается в том, что блок газоструйной системы управления, содержащий твердотопливный аккумулятор давления, газораспределители, выходные сопла, каналы питания и управления, коллектор, отличается тем, что на входе в канал питания между втулкой коллектора и дном аккумулятора установлена дополнительная втулка из материала с высокой теплопроводностью длиной, составляющей 0,4…0,6 длины канала питания с внутренним диаметром, равным внутреннему диаметру втулки коллектора, и толщиной (0,4…0,6)d, канал питания выполнен длиной (2…3)d, а на выходе из канала питания установлена диафрагма с диаметром отверстия, составляющим (0,4…0,6)d.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где изображен предлагаемый блок газоструйной системы управления с частичным вырезом его стенки.
Предложенный блок содержит твердотопливный аккумулятор давления 1, газораспределители 2, выходные сопла 3, каналы питания 4 и управления 5, коллектор 6, при этом на входе в канал питания 4 между втулкой коллектора 7 и дном аккумулятора 8 установлена дополнительная втулка 9 из материала с высокой теплопроводностью длиной, составляющей 0,4…0,6 длины канала питания 4 с внутренним диаметром, равным внутреннему диаметру втулки коллектора 7, и толщиной (0,4…0,6)d, канал питания 4 выполнен длиной (2…3)d, а на выходе из канала питания 4 установлена диафрагма 10 с диаметром отверстия, составляющим (0,4…0,6)d.
Предлагаемый блок функционирует следующим образом. Продукты сгорания из аккумулятора давления 1 поступают в канал питания 4, откуда поступают во входные сопла 3 через диафрагму 10 и газораспределители 2 (через коллектор 6 и каналы управления 5). За счет установки между дном аккумулятора 8 и втулкой коллектора 7 дополнительной втулки 9 из материала с высокой теплопроводностью и предложенной длины канала питания 4 обеспечивается эффективное охлаждение продуктов сгорания, поступающих по каналам управления 5 и выходным соплам 3. За счет выполнения дополнительной втулки 9 с предложенной толщиной обеспечивается эффективное охлаждение продуктов сгорания в течение всего времени работы блока газоструйной системы управления. За счет предложенной установки диафрагмы 10 с отверстием указанного диаметра достигается осаждение частиц конденсированной фазы из потока, движущегося вдоль поверхности втулок 9 и 7, на торцевой поверхности диафрагмы 4, следствием чего является резкое снижение количества частиц, осаждающихся на поверхности сопел 3.
Выполнение блоков в соответствии с изобретением позволило повысить надежность функционирования блоков с твердотопливными аккумуляторами с высокоэнергетическим топливом.
Изобретение может быть использовано при разработке блоков газоструйной стабилизации для ракет различного назначения, в том числе ракет систем залпового огня.
Указанный положительный эффект подтверждается огневыми стендовыми испытаниями и летными испытаниями блоков, выполненных в соответствии с изобретением, в составе ракет.
В настоящее время разработана конструкторская документация, проведены испытания блоков, налажено серийное производство.