КАТАПУЛЬТНОЕ УСТРОЙСТВО
EJECTOR DEVICE

Изобретение относится к области ракетной техники и может быть использовано при проектировании, экспериментальной отработке и изготовлении катапультных устройств (КУ) и газогенераторов к ним предпочтительно для отстрела малогабаритных ракет малой массы.
Известны КУ и твердотопливные газогенераторы для них по патентам: RU 2213245, RU 2289036, US 4956971, US 5613358, GB 2218494, GB 2004353.
Указанные устройства предназначены для катапультирования ракет значительной массы (до 600 кг и более), что требует как существенной массы твердого ракетного топлива (ТРТ) для оснащения газогенератора (ГГ), так и осуществления специальных конструктивных решений (многосекционного заряда ТРТ, использования специальных пленочных материалов, нормирования соотношения дымного пороха различной дисперсности (ДРП, КЗДП) - патент RU 2213245; либо двухкамерного исполнения ГГ - форсажная камера и камера сопровождения-наддува с реализацией ряда сложных конструктивных мероприятий по обеспечению работоспособности газогенератора и КУ в целом - патент RU 2289036). Изобретение по патенту RU 2289036 (опубликован 10.08.06 г., заявка RU 2005104915 от 22.02.2005 г.) выбрано авторами за прототип.
КУ подобного типа весьма сложны и затратны в изготовлении и практически не пригодны (не эффективны) для КУ отстрела малогабаритного полезного груза (ракеты) малой массы (до 20 кг).
Технической задачей патентуемого изобретения является разработка эффективной конструкции катапультного устройства, обеспечивающей оптимальные весогабаритные характеристики устройства и оптимальный уровень внутрибаллистических характеристик (ВБХ) продуктов сгорания (ПС) заряда твердого ракетного топлива (ТРТ) как в подпоршневом объеме цилиндропоршневой системы (ЦПС) катапультного устройства, так и в корпусе ГГ при отстреле полезного груза малой массы.
Технический результат изобретения заключается (Фиг.1) в выполнении КУ, содержащим ГГ твердого ракетного топлива (включающий корпус, переднее и заднее днища и заряд ТРТ в виде канальных шашек), пусковой пиропатрон и цилиндропоршневую систему (ЦПС). Пиропатрон установлен со стороны заднего днища ГГ. В корпусе ГГ установлена центральная полая трубка, одна оконечность которой прочно скреплена, например через штуцер, с пиропатроном, а другая размещена вблизи переднего днища корпуса ГГ с зазором относительно последнего. При этом продольная фиксация шашек заряда ТРТ в корпусе ГГ может быть выполнена либо за счет внешней отбортовки в оконечности центральной трубки, либо за счет кольцевого уступа на корпусе ГГ, либо совместного применения указанных конструктивных мероприятий. Шашки заряда ТРТ размещены в кольцевом зазоре между трубкой и корпусом ГГ. Корпус ГГ связан газоводом с подпоршневым объемом ЦПС. Пусковой пиропатрон оснащен пиротехническим инициатором и навеской дымного ружейного пороха (ДРП), масса которой составляет 0,07…0,11 массы заряда твердого ракетного топлива. Площадь поперечного сечения газовода выполнена из условия докритического истечения продуктов сгорания из корпуса ГГ в подпоршневой объем ЦПС.
В зависимости от уровня скорости горения ТРТ шашки заряда могут быть выполнены всестороннего горения (Фиг.2), либо бронированными по боковой поверхности и торцам, либо некоторые из шашек бронированными по боковой поверхности, либо часть шашек может быть выполнена из инертного материала (Фиг.3).
Указанные варианты конструктивного исполнения заряда, в зависимости от конкретных баллистических характеристик ТРТ, позволяют в рамках патентуемой конструкции обеспечить требуемые ВБХ катапультного устройства и решение технической задачи.
При этом заряд может быть выполнен из ТРТ как баллиститного, так и смесевого типа.
2
ν
1
Для обеспечения повышенного газоприхода и оптимизации ВБХ газогенератора и КУ в целом шашки ТРТ могут быть выполнены всестороннего горения из быстрогорящего баллиститного ТРТ с уровнем скорости горения 24-28 мм/с, при Т=20°С, Р=150 кгс/см, показателем степени [Горение ТРТ, как правило, подчиняется степенному закону скорости горения U=Up (см., например, «Теория ракетного двигателя на твердом топливе» Шапиро Я.М., Мазинг Г.Ю., Прудников Н.Е., М.: 1966 г, стр.99)] ν=0,324 в законе скорости горения и температурном градиенте скорости горения не более 0,12%/°С, а воспламенительная навеска пиропатрона 1 - из пороха ДРП-2.
Сущность изобретения заключается:
1. В оснащении ГГ центральной полой трубкой, пристыкованной к пиропатрону, содержащему нормированную воспламенительную навеску ДРП, и выполнении заряда ГГ многошашечным, размещенным в кольцевом зазоре между корпусом ГГ и центральной трубкой. Это позволяет обеспечить эффективное и надежное зажжение заряда, исключая воздействие прямой волны давления ПС пиропатрона (повышенной мощности) на топливные шашки и тем самым предотвратить их разрушение. В патентуемой конструкции зажжение шашек осуществляется ПС пиропатрона, отраженными от переднего днища ГГ, что существенно снижает газодинамическое воздействие ПС на шашки ТРТ и вместе с тем обеспечивает одновременное зажжение шашек по всему периметру.
2. В практической замене по сравнению с прототипом функции форсажной камеры - пиропатроном, содержащим размещенную внутри него навеску ДРП, требуемой массы, а функции камеры наддува - непосредственно однокамерным ГГ с зарядами повышенной газопроизводительности всестороннего горения. В прототипе используются канальные шашки ТРТ, бронированные по боковой поверхности.
3. В принятом соотношении воспламенительной навески ДРП пиропатрона и массы заряда твердого ракетного топлива (0,07…0,11). Как показала экспериментальная отработка, нижний предел указанного соотношения обеспечивает надежное зажжение заряда ГГ, а верхний предел ограничивает как допустимый уровень максимального давления в корпусе ГГ и в подпоршневом объеме ЦПС, так и неразрушение шашек ТРТ от осевых и радиальных перепадов давления в КУ. При этом навеска ДРП целенаправленно выбрана избыточной (с точки зрения воспламенения заряда ТРТ), с учетом использования ПС навески для обеспечения усилия страгивания поршня и последующего разгона и отстрела полезного груза.
4. В выполнении в оконечности трубки, примыкающей к переднему днищу ГГ, внешнего выступа-отбортовки либо кольцевого уступа на корпусе ГГ (Фиг.5, Фиг.6). Это обеспечивает надежную продольную фиксацию шашек ТРТ заряда и их целостность как при воспламенении, так и в течение рабочего процесса горения заряда.
5. В выполнении площади поперечного сечения газовода, обеспечивающем докритическое истечение ПС из корпуса ГГ в подпоршневой объем ЦПС. Это позволяет обеспечить достаточно «плавное» страгивание «толкающего» груз поршня при приемлемом максимальном уровне давления как в корпусе ГГ, так и в подпоршневом объеме ЦПС.
6. В выполнении внутреннего контура переднего днища ГГ в виде конуса. Это позволяет дополнительно ослабить газодинамическое воздействие ПС пиропатрона на шашки ТРТ при воспламенении за счет ослабления динамики движения ПС пиропатрона после отражения их от конической поверхности днища (Фиг.5).
2
7. В выполнении шашек заряда из баллиститного твердого ракетного топлива со скоростью горения 24-28 мм/с, при Т=20°С, Р=150 кгс/см, ν=0,324 в законе скорости горения и температурном градиенте скорости горения не более 0,12%/°С. По результатам экспериментальной оценки, указанные ВБХ топлива позволяют получить (Фиг.4) требуемые диаграммы «давления-время» р(τ) как в корпусе ГЦ (15), так и в подпоршневом объеме ЦПС (16).
Конструктивные особенности изобретения поясняются графическими материалами.
Фиг.1 - патентуемая конструкция
1 - ЦПС
2 - подпоршневой объем
3 - газовод
4 - корпус ГГ
5 - заднее днище
6 - переднее днище
7 - заряд ТРТ
8 - пусковой пиропатрон
9 - навеска ДРП
10 - инициирующая навеска
11 - центральная трубка
12 - зазор
13 - поршень
14 - шашки из инертного материала
Фиг.2 - конструкция шашки ТРТ.
Фиг.3 - конструкция ГГ, содержащего шашки из инертного материала.
Фиг.4 - диаграмма «давление-время» для примера патентуемой конструкции:
15 - для корпуса ГГ
16 - для подпоршневого объема ЦПС
Фиг.5 - вариант 1 патентуемой конструкции газогенератора КУ вблизи переднего днища.
Фиг.6 - вариант 2 патентуемой конструкции газогенератора КУ вблизи переднего днища.
На Фиг.1, Фиг.5 стрелками показан характер движения ПС в начальный период работы КУ.
Патентуемая конструкция КУ работает следующим образом. При подаче импульса на пусковой пиропатрон (8) срабатывает инициатор (10), поджигающий навеску ДРП (9). Образующиеся при сгорании ДРП продукты сгорания (ПС) перемещаются внутри центральной трубки (11) к переднему днищу (6) ГГ и через зазор (12) подаются к шашкам (7) заряда ТРТ, воспламеняя их. Совместные ПС пиропатрона и ТРТ через газовод (3) перемещаются в подпоршневой объем (2) ЦПС (1), воздействуют на поршень (13) и обеспечивают страгивание, разгон и отстрел полезного груза (ракеты).
Патентуемая конструкция в виде опытного образца реализована в следующем исполнении:
- ГГ (Фиг.3) катапультного устройства оснащен многошашечным зарядом ТРТ из быстрогорящего баллиститного топлива, включающим 4-канальные шашки всестороннего горения с размерами: наружный диаметр - 7,9 мм, диаметр канала - 4,3 мм, длина - 32 мм
2
- скорость горения ТРТ - 27 мм/с при Р=150 кгс/см, Т=20°С, ν=0,324
- температурный градиент ТРТ - 0,12%/°С
- две шашки из инертного материала - стеклопластика типа АГ-4 В
- пиропатрон оснащался инициирующим составом и навеской пороха ДРП-2 массой 0,9 г
- компоновочная схема КУ - в соответствии с патентуемым техническим решением (Фиг.1)
- общая масса катапультируемого груза составила 13,4 кг
- диаграмма «давление-время» для Т=20°С - на Фиг.4
Положительный эффект изобретения - обеспечение эффективного катапультирования ракет малой массы.