УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГЕНЕРИРОВАНИЯ ГАЗОВ

Предложенная полезная модель относится к области пиротехники и предназначена для функционирования в качестве источника генерируемого при горении пиротехнического заряда газа, который используется для приведения в действие через заданные промежутки времени двух и более исполнительных механизмов.
Уровень данной области техники характеризует конструкция пиротехнического газогенератора для реактивных снарядов с задержкой воспламенения, описанного в патенте US 5088412, F42C 9/10, 1992 г., который содержит корпус с последовательно расположенными в нем инициирующим элементом, системой временной задержки и газогенерирующим зарядом.
При подаче электрического напряжения на мостик накаливания происходит воспламенение заряда в инициирующем элементе. От форса пламени сгорающего инициирующего элемента зажигается первый замедлительный заряд в системе временной задержки.
После сгорания зарядов системы временной задержки воспламеняется газогенерирующий пиротехнический заряд. Импульс давления, образующийся при накоплении газообразных продуктов горения этого пиротехнического заряда, обеспечивает работу одного исполнительного механизма в реактивном снаряде.
Задержка воспламенения газогенерирующего заряда задается временем сгорания зарядов, спрессованных из замедлительного пиротехнического состава.
Данная конструкция газогенератора позволяет инициировать работу только одного исполнительного механизма, что ограничивает функциональные возможности и область применения по назначению.
Отмеченный недостаток устранен в устройстве для генерирования газов по патенту RU 2275957 С1, В01J 7/00; F42C 9/10, 2006 г., предназначенном для создания от одного источника нескольких импульсов давления, используемых для разновременного приведения в действие различных исполнительных механизмов.
Указанная конструкция по технической сущности и числу совпадающих признаков выбрана в качестве наиболее близкого аналога предложенному многофункциональному устройству для генерирования газа.
Известное устройство для генерирования газа содержит корпус, в котором расположены инициирующий элемент, связанный огнепередаточными каналами с газогенерирующим зарядом и пиротехническим замедлителем, сообщающимся с дополнительным функциональным зарядом, в частности газогенерирующим, смонтированным в осесимметричной трубчатой оболочке, выходное отверстие которой закрыто мембраной.
При этом оба газогенерирующих заряда срабатывают от одного инициирующего импульса: установленный в корпусе непосредственно, а более позднего срабатывания - через пиротехнический замедлитель, - после его сгорания, причем центральный огнепередаточный канал к пиротехническому замедлителю размещен внутри первого канального газогенерирующего заряда, бронированного изнутри, что определяет торцевое его горение.
Известное устройство имеет компактную конструкцию, в которой газогенерирующие заряды функционирует автономно от одного инициирующего элемента, что обеспечивает повышение надежности срабатывания.
Недостатком известного многоканального устройства является унификация функций только по генерированию газов, высокая температура которых на выходе ограничивает применение по назначению.
Кроме того, торцевое горение газогенерирующих зарядов снижает быстродействие по формированию заданного импульса давления, которое при наддуве рабочей емкости стремительно снижается из-за неизбежных люфтов и конструкционных зазоров. Для компенсации утечек газа вынужденно используют заряд заведомо большей массы, что непродуктивно и не всегда возможно из-за стесненных объемов устройства.
Продолжением достоинств являются присущие недостатки. Так, параллельное инициирование двух функциональных зарядов от одного импульса ограничивает пространственную удаленность заряда, оснащенного замедлителем, что требует комплектации дополнительными передающими элементами, которые монтируются в специальных насадках.
Выполнение мембран газовыводов проточкой материала корпуса надежно перекрывает проходное сечение в служебном обращении и при хранении, но не обеспечивает точности по передаче импульса давления на исполнительные механизмы из-за вариативности времени разрушения мембран, отличающихся толщиной, структурой и прочностью металла.
Задачей, на решение которой направлена настоящая полезная модель, является устранение отмеченных недостатков, то есть повышение точности срабатывания и стабильности целевого воздействия автономных функциональных зарядов различного назначения для расширения технологических возможностей применения.
Требуемый технический результат достигается тем, что в известном устройстве для генерирования газов, содержащем инициирующий элемент, смонтированный в осевой втулке, закрепленной на крышке, оснащенной огнепередаточными каналами одновременного взаимодействия с газогенерирующим зарядом, помещенным в корпусе, имеющем газовыводы, и с пиротехническим замедлителем функционального заряда, которые последовательно установлены в закрепленной на корпусе трубчатой оболочке, снабженной выходным соплом, перекрытым мембраной, по предложению авторов, функциональный заряд выполнен из воспламенительного состава, оболочка которого отделена диафрагмой от огнепередаточного канала, в котором дополнительно установлены усилительные пороховые шашки, а газогенерирующий заряд выполнен в форме двух разновысоких канальных шашек, внутри которых расположена осевая втулка с инициирующим элементом, коаксиально установленных в корпусе и смонтированных между собой с торцевым зазором, где распределены воспламенительные таблетки, и прижат посредством пружины резьбовой крышкой к пакету из металлических сеток, примыкающих к газовыводам, которые с наружной стороны корпуса уплотнены прокладками.
Особенностью предложенной полезной модели является то, что ячейки соседних металлических сеток в пакете относительно смещены и выполнены разного периметра, причем на входе центрального канала крышки смонтирован эксцентрический выступ, а усилительные пороховые шашки пиротехнического замедлителя выполнены канальными.
Отличительные признаки обеспечили расширение технологических возможностей компактному газогенератору за счет дополнительной функции по формированию воспламенительного, остро направленного, форса пламени в качестве управляющего теплового импульса, выдаваемого через время регулируемой задержки после инициирования работы устройства.
Предложенное устройство для генерирования газов характеризуется повышенной функциональной надежностью формирования стабильного избыточного давления в рабочей емкости наддува и точностью срабатывания через время задержки автономного воспламенителя.
Выполнение функционального заряда из воспламенительного состава сообщает газогенирирующему устройству дополнительное новое свойство: формирование воспламенительного импульса, в качестве управляющего сигнала для исполнительного механизма основного изделия, от автономно срабатывающего через заданное время задержки, автономно смонтированного заряда, что отсутствует в прототипе.
Жесткое крепление диафрагмы в центральном огнепередаточном канале осевой втулки не препятствует передаче инициирующего теплового импульса через ее коммуникационное отверстие, которое полностью перекрывается заслонкой из шлаков, образующихся при горении замедлительного пиротехнического состава, что позволяет стабилизировать газодинамический режим его горения, а в итоге - получить заданное время задержки формирования управляющего огненного форса на выходе.
Дополнительная установка в огнепередаточном центральном канале пороховых шашек направлена на повышение энергетики инициирующего импульса для передачи на относительно протяженное расстояние, что позволяет конструктивно выполнить компактное газогенерирующее устройство многофункциональным: в качестве газогенератора и воспламенителя.
При этом развитая поверхность горения канальных пороховых шашек дополнительного заряда характеризуется высокой динамикой линейной передачи теплового импульса, в частности на инициирование замедлителя.
Выполнение газогенерирующего заряда в форме двух разновысоких канальных шашек пиротехнического состава сообщает новую функцию: стабильность наддува рабочей емкости за счет компенсации в ней газовых утечек через конструкционные люфты посредством пролонгированного генерирования газов при продолжительном горении более высокой шашки.
Коаксиальное расположение газогенерирующих шашек в корпусе позволило более компактно разместить осевую втулку внутри их канала, который дополнительно, в сравнении с прототипом, развивает поверхность горения и, следовательно, увеличивает газоприход.
Размещение в торцевом зазоре между газогенерирующими шашками воспламенительных таблеток, чувствительных к тепловому импульсу от инициирующего элемента, обеспечивает надежное динамичное их воспламенение и стабильное горение с повышенным удельным объемом генерирования газов.
Кинематическое замыкание газогенерирующих шашек посредством пружины резьбовой крышки, которая прижимает их к сетчатому пакету, демпфирует силовые нагрузки, которые могут возникать в служебном обращении с изделием, при транспортировании и пр., что обеспечивает физическую целостность и функциональную надежность заряда по назначению.
Пакет из металлических сеток, установленный между газогенерирующими шашками и газовыводами, служит в качестве конвективного охладителя генерируемых газов и фильтра конденсированной фазы в продуктах горения, что принципиально улучшает рабочее тело, подаваемое в ответственное основное изделие.
На выходе из устройства температура газов, в которых отсутствуют твердые включения, осевшие на проволочную многослойную преграду сетчатого пакета, не превышает 90°С, что кратно ниже температуры воспламенения органических материалов, то есть генерируемый газ является «холодным», пригодным для технического применения без ограничений.
Установка уплотнительных прокладок на газовыводах снаружи корпуса направлена на предотвращение газовых противотоков при запуске устройства в работу, которые могут нарушить стабильность функционирования в целом.
Кроме того, эти уплотняющие прокладки предотвращают несанкционированный доступ вовнутрь устройства (через газовыводы по коммуникационному зазору пристыковки генератора к торцу рабочей полости основного изделия) для раскаленных частиц внешнего инициирующего заряда.
Относительное смещение ячеек соседних металлических сеток в пакете фильтра-охладителя, размер которых (проходное сечение) разнится, создает газодинамическую решетку с лабиринтными распределенными каналами, что обеспечивает высокую степень очистки газообразных продуктов горения от конденсированной фазы и эффективное охлаждение отходящих газов рабочего тела за счет торможения и разворота тонких газовых струй и конвективного отбора тепловой энергии теплоемком материалом сеток.
Эксцентрический выступ на входе центрального огнепередаточного канала осевой втулки предотвращает его перекрытие метаемыми корпусными фрагментами конструкции воспламеняющего средства при его срабатывании.
Этот выступ обеспечивает примыкание фрагментов с гарантированным зазором, достаточным для проникания в канал втулки раскаленных частиц воспламенительного форса, инициирующих запуск устройства.
Следовательно, каждый признак необходим, а их совокупность в устойчивой взаимосвязи являются достаточными для достижения новизны качества, неприсущей признакам в разобщенности, то есть поставленная техническая задача решена не суммой эффектов, а новым сверхэффектом суммы признаков.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, который имеет чисто иллюстративную цель и не ограничивает объема притязаний совокупности признаков формулы.
На чертеже изображено предложенное многофункциональное устройство для генегерирования газов.
Устройство для генерирования газов содержит цилиндрический корпус 1, закрытый резьбовой крышкой 2, в которой смонтирована осевая втулка 3, несущая инициирующий элемент 4, представляющий собой канальную пороховую шашку, сообщающаяся через центральный канал 5 с внешним механизмом термозапуска.
Инициирующий элемент 4 сообщается посредством радиальных огнепередаточных каналов 6 с канальными шашками 7 и 8 газогенерирующего заряда, внутри которого смонтирована осевая втулка 3, и через продольный огнепередаточный канал 9 - с соосным усилительным пороховым зарядом 10 пиротехнического замедлителя 11.
В трубчатой оболочке 12 замедлителя 11, оснащенного исполнительной шашкой 13 воспламенительного состава, установлен замедлительный высоко шлакующийся пиротехнический заряд 14, который отделен диафрагмой 15, имеющей калиброванное запальное отверстие (условно не показано), от канальных пороховых шашек усилительного заряда 10.
Диафрагма 15 установлена на уступе 16 стакана 17, несущего усилительный заряд 10, и прижата посредством ввинтной трубчатой оболочки 12 замедлителя 11. Таким образом, диафрагма 15 пространственно зафиксирована, препятствуя возможному перемещению снаряжения замедлителя 11 в работе.
Выходное отверстие оболочки 12 закрыто сгорающей мембраной 18.
Пиротехнические шашки 7 и 8 газогенерирующего заряда, смонтированные коаксиально корпусу 1, имеют разную высоту, предпочтительно шашка 8 больше шашки 7, что определяет соответственно продолжительность времени их горения.
В зазоре между шашками 7 и 8, по их периметру, расположены воспламенительные таблетки 19, чувствительные к тепловому импульсу.
Шашки 7, 8 и таблетки 19 находятся в силовом замыкании под действием сил упругости пружины 20 резьбовой крышки 2, завинчиваемой до упора в корпус 1. При этом шашка 8 газогенерирующего заряда опирается через монтажную решетку 21 на теплоемкий газопроницаемый пакет 22 из металлических сеток, который служит в качестве фильтра, механически задерживающего конденсированную фазу из газообразных продуктов горения шашек 7 и 8, и эффективного охладителя, конвективно отбирающего большую часть тепловой энергии от протекающих газов.
Особенностью газопроницаемого пакета 22 является то, что ячейки соседних сеток имеют разный периметр - проходное сечение и смещены относительно друг друга (условно не показано), что создает лабиринтную систему поперечных каналов, в которых активизируется теплообмен за счет торможения и разворота распределенных тонких струй генерированного газа.
Пакет 22 примыкает к газовыводам 23 корпуса 1, которые снаружи перекрыты прокладками 24.
На внешней стороне крышки 2 выполнен эксцентричный выступ 25, смещенный относительно центрального запального канала 5.
Функционирует устройство следующим образом.
От воздействия внешнего форса пламени через затравочный центральный канал 5 воспламеняются пороховые шашки 3, при горении которых тепловым импульсом инициируется горение канальных пиротехнических шашек 7, 8 пороховых шашек 10 усилительного заряда через радиальные каналы 6 и центральный канал 8 соответственно.
При горении шашек 7 и 8 генерируются газообразные продукты, которые формируют заданный импульс избыточного давления, а чувствительные к тепловому импульсу пороховые шашки 10 усиливают тепловую энергию, передаваемую на замедлитель 11, который установлен на необходимом удалении, примыкая к исполнительному механизму основного изделия.
Возросшим давлением внутри корпуса 1 генерируемые газообразные продукты горения шашек 7 и 8 продавливаются через сетчатый пакет 22 фильтра-охладителя, где раскаленные конденсированные частицы налипают на проволоку сеток, а тонкие струи распределенного газа эффективно охлаждаются за счет конвективной теплопередачи при контакте с металлическими сетками и при торможении и разворотах в лабиринтах пакета 22.
На выходе из устройства давлением газа выводные отверстия 23 освобождаются от уплотнительных прокладок 24, в результате чего рабочий объем основного изделия импульсно надувается избыточным давлением поступивших газов.
После завершения горения шашки 7 остаток шашки 8 продолжает гореть для генерирования дополнительного объема газов, которые компенсируют утечки из рабочего объема, чем обеспечивается стабильность необходимого уровня давления наддува.
При этом тепловой импульс от горения пороховых шашек 10 через мерное отверстие диафрагмы 15 воспламеняет пиротехнический медленно горящий состав шашек 14, горение которых обеспечивает расчетное время замедления по передаче инициирующего импульса на соосный воспламенительный состав 13 в трубчатой оболочке 14 замедлителя 11.
При этом шлаковый остаток от сгорающих шашек 10, представляющих собой большое аэродинамическое сопротивление, перекрывает отверстие в диафрагме 15, изолируя объем замедлителя для стабилизации режимов горения шашек 14.
Огненный форс, образующийся при горении воспламенительного порохового состава шашки 13, прожигая мембрану 18, подается на инициирование исполнительного механизма основного изделия.
Таким образом, независимо осуществляются физически и по назначению разные функции устройства от одного инициирующего элемента, обеспечивая на выходе холодный отфильтрованный газ для наддува емкости ответственного изделия и задержанный на заданное время воспламенительный импульс, подаваемый на регулируемую дистанцию к исполнительному рабочему механизму.
Положительные результаты испытаний опытного образца предложенного многофункционального устройства подтвердили достижение необходимых результатов, регулируемых в пределах заданных диапазонов параметров, импульсов давления холодных газов и воспламенительного, что определяет целесообразность разработки технической документации на серийное производство для поставки заказчикам.
Проведенный сопоставительный анализ предложенного технического решения с выявленными аналогами уровня техники, из которого полезная модель явным образом не следует для специалиста по пиротехнике, показал, что она не известна, а с учетом возможности промышленного серийного изготовления многофункционального устройства для генерирования газа, можно сделать вывод о соответствии критериям патентоспособности.