РАКЕТА ДЛЯ АКТИВНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ОБЛАКА
ROCKET FOR ACTIVE IMPACT ON CLOUDS

Настоящее изобретение относится к устройствам для изменения атмосферных условий, а более конкретно к метеорологическим ракетам для рассеивания в облаках аэрозоля, генерируемого при сгорании пиротехнической дымовой шашки, с целью искусственного вызывания осадков или предотвращения градобития.
Уровень данной области техники характеризует ракета для активного воздействия на облака, описанная в патенте RU 2129354, A01G 15/00,1999 г., которая содержит головную часть с шашкой активного дыма, закрытую обтекателем, оснащенным коллектором дымовыводящих отверстий, и исполнительный механизм самоликвидации, твердотопливный реактивный двигатель, выполненный из двух последовательных секций, каждая из которых включает канальную пороховую шашку и усилительный заряд, а также сопловой блок с аэродинамическими лопастями (стабилизаторами) и центральной электрокапсюльной втулкой, оснащенной огнепередаточной трубкой для формирования направленного форса пламени, воспламеняющего пороховую шашку реактивного двигателя, запуская его в работу.
Для корректировки и оптимизации высоты и дальности полета ракеты реактивный двигатель выполнен двухрежимным, канальные шашки каждой секции которого установлены с разными зазорами относительно корпуса, что увеличивает поверхность горения и динамику выхода ракеты на режим при увеличении дистанции полета.
Два режима работы реактивного двигателя обеспечиваются последовательным функционированием двух его секций, в целом для скоростного подъема ракеты на относительно большую высоту. В секциях соответственно подбираются структурные элементы по составу, массе и характеру их горения.
В обтекателе выполнены отверстия для выхода генерируемого при горении канальной пиротехнической шашки через коллектор головной части активного дыма (аэрозоля), твердые частички которого служат ядрами кристаллизации влаги или сорбирующими концентраторами каплеобразования в атмосферном облаке.
Характерной особенностью описанной ракеты является оснащение головной части исполнительным механизмом, установленным на обращенной к усилителю диафрагме и включающим замедлитель и капсюль-детонатор системы самоликвидации.
Исполнительный механизм системы самоликвидации размещен в коллекторе обтекателя, его замедлительньгй заряд инициируется автоматически при воспламенении шашки активного дыма. Время замедления (горения пиротехнического заряда) гарантированно превышает время функционирования шашки активного дыма. Срабатывание системы самоликвидации происходит от капсюля-детонатора.
Продольные ленточные заряды взрывчатого вещества, распределенные вдоль корпуса ракеты, при подрыве (через время задержки после окончания работы функционального снаряжения головной части) создают направленные к центру встречные потоки осколков, которые взаимно дробятся при встрече с потерей кинетической энергии, а кольцевые ленточные заряды дробят наиболее массивные части ракеты на фрагменты, не имеющие убойной силы.
Недостатком описанной ракеты является неудовлетворительная функциональная надежность двухрежимного реактивного двигателя при последовательном действии автономных секций, в каждой из которых для стабилизации горения канальных пороховых шашек дополнительно используются пиротехнические шашки торцевого горения, связанные с усилителями для передачи воспламенительного импульса, что заметно снижает дальность полета ракеты.
Кроме того, связь пиротехнической шашки второй секции реактивного двигателя с функциональной шашкой активного дыма головной части посредством усилительного заряда обеспечивает воспламенение последней до входа ракеты в обрабатываемое облако, что заметно снижает продуктивность его обработки по назначению, снижая эффективность образования осадков.
Отмеченные недостатки устранены в ракете для активного воздействия на облака по патенту RU 2340861, A01G 15/00; F42B 12/36, 2008 г., которая по технической сущности и числу совпадающих признаков выбрана в качестве наиболее близкого аналога предложенной ракете.
Известная ракета для активного воздействия на облака содержит головную часть с установленной в ней шашкой активного дыма, снабженной средством инициирования системы самоликвидации, коллектор и обтекатель с выходными отверстиями, реактивный двигатель, в общем корпусе которого с кольцевым зазором последовательно смонтированы через диафрагму две канальные пороховые шашки, отделенные от функционального наполнения головной части пороховым замедлителем, и сопловой блок с центральной электрокапсюльной втулкой и аэродинамическими лопастными стабилизаторами.
Особенность известной ракеты заключается в том, что выпускные отверстия для активного дыма выполнены в диффузоре коллектора, оснащенном соосной дюзой исполнительного механизма самоликвидации, а центральная электрокалсюльная втулка соплового блока с шашками реактивного двигателя сообщается посредством примыкающего по торцу воспламенительного заряда, которые отделены ресивером, а пороховые канальные шашки двигателя выполнены с равными сводами горения.
Недостатком известной ракеты является ограничение радиуса действия из-за относительно малой дальности полета, определяемой неэффективной газодинамикой генерируемого при горении шашки активного дыма, выводимого через сопловой блок и выходные отверстия диффузора коллектора, а также большими потерями на аэродинамическое торможение изделия при маневрах на траектории.
Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение эффективности основного действия по назначению за счет рационального распределения генерируемого аэрозоля в большем объеме обрабатываемого облака, при сопутствующей стабилизации ракеты на траектории для увеличения дальности ее полета.
Требуемый технический результат достигается тем, что в известной ракете для активного воздействия на облака, содержащей головную часть с канальной шашкой пиротехнического заряда активного дыма, сообщающуюся с дымовыходными отверстиями и закрытую обтекателем, где размещен лучевой капсюль-детонатор, взаимодействующий с распределенными ленточными зарядами взрывчатого вещества механизма самоликвидации, двухсекционный твердотопливный реактивный двигатель, воспламенительный заряд которого через ресивер сообщается с центральной электровоспламенительной втулкой соплового блока, несущего на обечайке аэродинамические лопасти, согласно изобретению, два ряда дымовыходных отверстий выполнено в головной части, соосно которым установлены газораспределительные решетки между раздельными частями канальной шашки и между верхней из них и дополнительным монолитным зарядом активного дыма, изолирующим лучевой капсюль-детонатор, накрытый экранирующим колпаком, к которому изнутри примыкает поперечный ленточный заряд механизма самоликвидации, а продольные его ленточные заряды зафиксированы на корпусе поджатием обечайки с аэродинамическими лопастями, причем каждый из трех зарядов активного дыма по образующим цилиндрическим поверхностям бронирован покрытием из термостойкого асбеста, а в обтекателе помещен насыпной металлический материал.
Другой особенностью ракеты является то, что толщина опорных торцов газораспределительных решеток между зарядами активного дыма выполнена кратно меньшей проходного сечения дымовыходного отверстия.
Отличительные признаки повысили функциональную надежность метеорологической ракеты и обеспечили высокопроизводительное генерирование активного дыма с пяти торцов одновременного горения пиротехнического заряда головной части ракеты, который выводится непосредственно в атмосферу в форме мелкодисперсного аэрозоля, эффективно воздействующего на облака в течение более протяженного времени.
Размещение дымовыходных отверстий в два ряда, распределенных на поверхности головной части ракеты, позволяет выводить в обрабатываемое облако функциональный аэрозоль непосредственно с места его генерирования, исключив при этом шламовые потери в каналах транспортирования и агломерационный рост дисперсной фазы, снижающий активность реагента.
Соосное ориентирование дымовыходных отверстий в головной части ракеты относительно газораспределительных решеток, установленных между торцами структурных частей пиротехнического заряда активного дыма, способствует беспрепятственному выводу генерируемого при их горении аэрозоля в форме поперечных газодинамических струй.
Установка газораспределительных решеток между торцами структурных частей пиротехнического заряда активного дыма конструктивно формирует открытыми поверхности горения, а между ними образует камеры сгорания и ресиверы для накопления под давлением газообразных продуктов горения и ориентированного организованного их выхода в атмосферу.
При этом поперечные струи активного дыма служат для дополнительной аэродинамической стабилизации траектории движения ракеты в обрабатываемом облаке, выполняя функции газовых рулей.
Выполнение функционального заряда из трех автономно горящих с торцов частей способствует увеличению скорости дымообразования и, как следствие, повышению эффективности активного воздействия на обрабатываемые облака.
Монолитный заряд активного дыма изолирует лучевой капсюль-детонатор в обтекателе, выполняя функции временного замедлителя для инициирования механизма самоликвидации.
Усиленный форс пламени от прогоревшего по торцу монолитного заряда активного дыма инициирует срабатывание лучевого капсюля-детонатора и последующий подрыв распределенных вдоль и поперек ракеты ленточных зарядов взрывчатого вещества.
Размещение лучевого капсюля-детонатора (инициирующего устройства) под экранирующим колпаком повышает функциональную надежность срабатывания механизма самоликвидации ракеты, так как инициирующий детонационный импульс локализуется в поперечном ленточном заряде взрывчатого вещества, примыкающем к стальному колпаку изнутри, и передается на периферию к продольным ленточным зарядам, распределенным по корпусу.
При срабатывании механизма самоликвидации в результате сложения падающих и отраженных волн происходит дробление стального колпака, осколками которого разрушается на части обтекатель, что резко снижает кинетическую энергию разлета формируемых фрагментов до безопасной.
Надежность срабатывания механизма самоликвидации достигается дублированием лучевого капсюля-детонатора, установленных параллельно над термочувствительным усилительным зарядом.
Геометрическое и силовое замыкание обечайки, несущей аэродинамические лопасти, резьбовой втулкой на сопловом блоке обеспечивает механическое фиксирование пространственного положения продольных ленточных зарядов взрывчатого вещества на корпусе ракеты и их взаимосвязь с поперечным ленточным зарядом взрывчатого вещества на сопловом блоке. Жесткая фиксация обечайки соплового блока на корпусе, за счет силового и геометрического их замыкания в клиновом сопряжении, обеспечивает относительную неподвижность крепления аэродинамических лопастей при динамическом их нагружении в работе.
Этим гарантируется передача детонационного импульса и заданное дробление всех элементов ракеты при срабатывании механизма самоликвидации.
Термобронирование трех автономных частей пиротехнического заряда активного дыма по образующим цилиндрическим поверхностям посредством покрытия из термостойкого асбеста необходимо для организации их торцевого горения.
Заполнение обтекателя насыпным металлическим материалом (чугунной дробью) служит для увеличения дальности полета ракеты в обрабатываемом облаке за счет стабилизации траектории ее полета в результате смещения центра масс дальше от центра давления, что особенно важно при выгорании реактивного топлива и заряда активного дыма.
После самоликвидации ракеты металлический материал насыпного наполнения обтекателя рассыпается в пространстве и не представляет опасности живым организмам на земной поверхности.
Выполнение толщины опорных торцов газораспределительных решеток кратно меньшей, чем диаметр дымовыходных отверстий в корпусе головной части, исключает перекрывание их проходного сечения при несанкционированных смещениях решеток в работе, что практически заметно не ухудшит динамику истечения генерируемого аэрозоля в атмосферу.
Следовательно, каждый существенный признак необходим, а их совокупность в устойчивой взаимосвязи являются достаточными для достижения новизны качества, неприсущей признакам в разобщенности, то есть поставленная техническая задача решается не суммой эффектов, а новым сверхэффектом суммы признаков.
Проведенный сопоставительный анализ предложенного технического решения с выявленными аналогами уровня техники, из которого предложенное изобретение явным образом не следует для специалиста по пиротехнике, показал, что оно не известно, а с учетом возможности промышленного серийного изготовления ракет для активного воздействия на облака, можно сделать вывод о его соответствии критериям патентоспособности.
Сущность изобретения поясняется чертежом, который имеет чисто иллюстративную цель и не ограничивает объема притязаний формулы. На чертеже изображено:
на фиг.1 - предложенная метеорологическая ракета;
на фиг.2 - газораспределительная решетка;
на фиг.3 - разрез по А-А на фиг.2;
на фиг.4 - обтекатель, продольный разрез;
на фиг.5 - сопловой блок.
Структурно ракета включает (фиг.1) смонтированные последовательно в корпусе 1: сопловой блок 2 с аэродинамическим оперением 3, узел 4 воспламенения, две секции 5 и 6 реактивного твердотопливного двигателя, головную часть 7, несущую функциональный заряд, и обтекатель 8.
В сопловом блоке 2, соосно узлу 4 воспламенения через ресивер 9, закреплена огнепередаточная трубка 10, в которой установлена центральная электрокапсюльная втулка 11, связанная с пусковой установкой.
Каждая секция 5 и 6 реактивного двигателя включает последовательно смонтированные канальную пороховую шашку 12, пиротехническую шашку 13 торцевого горения и усилительный заряд 14, формообразуя двухрежимный реактивный двигатель ракеты.
Функциональный заряд головной части 7 выполнен из двух канальных шашек 15 и 16, разделенных поперечной газораспределительной решеткой 17, и монолитной шашки 18 активного дыма, примыкающей к обтекателю 8, и перекрывая его.
Все три шашки 15, 16 и 18 функционального заряда головной части 7 ракеты по наружным цилиндрическим поверхностям термобронированы асбестовыми оболочками 19, а каналы шашек 15 и 16 - асбестовыми трубками 20, чем обеспечивается их торцевое горение.
Между монолитной шашкой 18 и верхней канальной шашкой 16, а также между канальными шашками 15 и 16 размещены газораспределительные решетки 21.
Обе газораспределительные решетки 21 смонтированы в головной части 7 ракеты соосно распределенным по периметру корпуса 1 рядам радиальных сквозных отверстий 22 сообщения с атмосферой.
Опорные торцы 23 газораспределительных решеток 17 (фиг.2 и 3) выполнены толщиной, кратно меньше, чем диаметр газовыходных отверстий 22.
Объем газораспределительных решеток 17 выполняет функции ресиверов для накопления под давлением генерируемого при торцевом горении шашек 15-16 и 16-18 функционального аэрозоля, а соосные ряды сквозных отверстий 22 в корпусе 1 служат для непосредственного струйного вывода активного дыма послойно в атмосферу.
В обтекателе 8 (фиг.1, 4) смонтировано два сдублированных лучевых капсюля-детонатора 24, которые инициируют срабатывание распределенных по корпусу 1 ленточных зарядов 25 и 26 взрывчатого вещества, соответственно поперечных и продольных.
Выход головной части 7 в обтекатель 8 перекрыт стальным колпаком 27, к которому изнутри примыкает поперечный ленточный заряд 25, смонтированный над капсюлями-детонаторами 24. Колпак 27 экранирует распространение детонационного импульса в объем обтекателя 8, локализуя энергию в примыкающем ленточном заряде 25 взрывчатого вещества, инициируя его срабатывание и передачу детонационных волн в пристыкованные продольные ленточные заряды 26 взрывчатого вещества, распределенные по периметру корпуса 1 ракеты.
Между монолитным зарядом 18 активного дыма головной части 7 и лучевыми капсюлями-детонаторами 24 в обтекателе 8 установлен термочувствительный усилительный заряд 28.
Свободный от коллектора (по прототипу) обтекатель 8 заполнен чугунной дробью 29.
Продольные ленточные заряды 26 в сопловом блоке 2 (фиг.1 и 5) пристыкованы к кольцевому (поперечному) ленточному заряду 25, при этом их пространственное положение зафиксировано посредством несущей аэродинамические лопасти 3 обечайки 30, которая прижата резьбовой втулкой 31.
Резьбовая втулка 31 с обечайкой 30 при осевом силовом перемещении взаимодействуют по коническому сопряжению, что обеспечивает неподвижность аэродинамических лопастей 3 относительно корпуса 1 ракеты и зажимает ленточные заряды 25, 26 соплового блока 2 в выбранном положении.
Функционирует ракета следующим образом.
Для запуска ракеты с пусковой установки подается электрический импульс на электровоспламенителъную втулку 11, при срабатывании которой формируется форс пламени, направляемый посредством огнепередаточной трубки 10 на узел 4 воспламенения шашек 12 и 13 секции 5 реактивного двигателя, который выводится на расчетный режим параметров работы.
Газообразные продукты горения шашек 12, 13 поступают в сопловой блок 2, где динамично выбрасываются струями в атмосферу, развивая тяговое усилие.
При достижении усилия тяги, достаточного для отжатия стопора пусковой установки, ракета сходит с ее направляющих и стартует под действием реактивных струй из соплового блока 2.
В течение 2 с пороховая шашка 12 секции 5 сгорает, обеспечивая высокий импульс удельной тяги и реактивное движение ракеты. При горении пиротехнической шашки 13 образуются газообразные высокотемпературные продукты, реактивно разгоняющие ракету.
При автономном горении пиротехнической шашки 13 в течение последующих 6 с снижается полный импульс реактивного двигателя, в результате чего скорость ракеты несколько падает и происходит ее угловое склонение к горизонту при инерционном движении по баллистической траектории, более пологой.
При догорании шашки 13 тепловым импульсом воспламеняется усилительный заряд 14, который своей тепловой энергией инициирует горение шашек 12 и 13 второй секции 6 реактивного двигателя. Последовательность функционирования структурных элементов секции 6 аналогична вышеописанному по секции 5.
Ракета получает дополнительный импульс тяги при сгорании пороховой шашки 12 секции 6 с последующим инерционным ее движением по баллистической траектории, когда автономно горит ее пиротехническая шашка 13, по которой ракета входит в обрабатываемое облако под минимальным углом к горизонту.
Далее тепловым факелом, формируемым при сгорании усилительного заряда 14 секции 6, практически одномоментно воспламеняются канальные шашки 15, 16 и монолитная шашка 18 активного дыма головной части 7 ракеты.
При торцевом горении пиротехнических шашек 15, 16, 18 с пяти поверхностей одновременно активно генерируется аэрозоль, включающий мелкодисперсные льдообразующий реагент или сорбирующее вещество, которые служат в качестве активных ядер конденсации влаги.
Генерируемый аэрозоль накапливается в свободном объеме газораспределительных решеток 21, где повышается давление, под действием которого активный дым через распределенные сквозные отверстия 22 поперечными струями послойно выбрасывается в обрабатываемое облако.
В переохлажденных облаках на диспергированных частичках из йодида серебра при этом происходит образование кристаллов льда, а на частичках сорбента из хлористого/йодистого калия происходит концентрация капель влаги, которые выпадают в виде атмосферных осадков.
Особенностью предложенной ракеты является то, что образующиеся в большом объеме газообразные продукты горения функционального пиротехнического заряда головной части динамично выводятся через свободный к тому времени объем корпуса 1 ракеты и ее сопловой блок 2, выполняя дополнительную функцию рабочего тела реактивного двигателя.
В результате этого время нахождения активно движущейся ракеты непосредственно в обрабатываемом облаке заметно увеличивается, что способствует более продолжительному целевому рассеиванию функционального аэрозоля, повышая продуктивность инициирования осадков.
После сгорания шашки 18 теплом форса газообразных продуктов воспламеняется усилительный заряд 28, который инициирует лучевые капсюли-детонаторы 24.
Детонационная волна от сработавших капсюлей-детонаторов 24 вызывает подрыв ленточных зарядов 25 и 26, от чего ракета разрушается соответственно поперек и вдоль на безопасные части, метаемые встречно вовнутрь и дополнительно дробящиеся при этом, без образования поражающих элементов, опасных для живых организмов в районе воздействия ракеты на облака.
Чугунная дробь 29 наполнения из разрушенного обтекателя 8 рассыпается и свободно падает безопасными дробинками.
Натурные испытания опытных образцов предложенной ракеты подтвердили повышение эффективности основного действия: по обрабатываемому объему облаков на четверть, при увеличении дальности полета ракеты до 20%.