РАКЕТА ДЛЯ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ОБЛАКА

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 по патенту FR 2097895, F42В 00, 1972 г., которая содержит шашку активного дыма, помещенную в корпусе головной части, закрытой обтекателем с выходными отверстиями для генерируемого аэрозоля, твердотопливный реактивный двигатель с сопловым блоком, оснащенным стабилизатором и центральной электрокапсюльной втулкой, а также устройством самоликвидации.
Радиально расположенные в обтекателе головной части выходные отверстия служат для диспергирования в обрабатываемое облако генерируемого аэрозоля (активного дыма), твердые частички которого являются ядрами кристаллизации влаги или конденсаторами каплеобразования для формирования осадков.
Недостатком описанной ракеты является возможность поражения людей и животных в районе ее использования осколками, формируемыми при самоликвидации подрывом бризантного разрывного заряда.
Отмеченный недостаток устранен в ракетах с более совершенной системой самоликвидации в виде распределенных ленточных зарядов взрывчатого вещества вдоль корпуса ракеты, взаимодействующими с кольцевыми ленточными зарядами, расположенными поперек соплового блока и головной части, где размещен исполнительный механизм (см. щатенты RU 2110040, F42В 12/36, 1998 г., 21229354, A01G 15/00, 1999 г. и 2251655, F42В 12/36, 2005 г.)
Исполнительный механизм системы самоликвидации размещен в коллекторе обтекателя, его замедлительный заряд инициируется автоматически от воспламенителя 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 при подрыве корпуса создают направленные к центру ракеты 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.
В качестве наиболее близкого аналога выбрана ракета по патенту RU 2110040, F42B 12/36, 1998 г., содержащая головную часть с шашкой активного дыма, закрытую обтекателем, оснащенным коллектором дымовыходных отверстий и исполнительным механизмом 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 (стабилизатором) и центральной электрокапсюльной втулкой, оснащенной огнепередаточной трубкой для формирования направленного форса пламени от электрокапсюльной втулки к пороховой шашке реактивного двигателя, осуществляя ее воспламенение и запуск в работу.
В известной ракете реактивный двигатель выполнен двухрежимным для корректировки и оптимизации высоты и дальности ее 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, что трудоемко и экономически неоправданно.
Однако, известной ракете присущи следующие недостатки:
2
2
- неудовлетворительная функциональная надежность изделия из-за того, что при срабатывании штатной электрокапсюльной втулки внутри ракеты создается скачок давления до 200 кг/см, что может привести к образованию поверхностных микротрещин бумажно-бакелитового корпуса, рассчитанного на рабочее давление до 90 кг/см, что нарушает заданный газодинамический режим запуска и полета;
- дополнительная комплектация и затратный монтаж в сквозном отверстии соплового блока огнепроводной трубки для обеспечения передачи огневого форса от торцовой электрокапсюльной втулки к удаленной шашке реактивного двигателя;
- металлические электрокапсюльная втулка и огнепроводная трубка при самоликвидации ракеты не дробятся и поэтому представляют собой поражающие элементы, опасные для людей и животных в зоне действия ракеты.
Кроме того, возможны случаи замедленного или неустойчивого воспламенения канальной шашки реактивного двигателя по всей поверхности, что негативно сказывается на старте ракеты и приводит к значительному промаху от цели полета.
Задачей, на решение которой направлена настоящая полезная модель, является повышение функциональной надежности средств запуска метеорологической ракеты и эффективности ее действия по основному назначению при безопасной эксплуатации.
Требуемый технический результат достигается тем, что в известной ракете для воздействия на облака, содержащей головную часть с шашкой активного дыма, закрытую обтекателем, оснащенным коллектором дымовыходных отверстий и исполнительным механизмом самоликвидации, твердотопливный реактивный двигатель, выполненный из двух последовательных секций, каждая из которых включает канальную пороховую шашку, пиротехническую шашку и усилительный заряд, а также сопловой блок с аэродинамическими лопастями и центральным электровоспламенителем, по предложению авторов, электровоспламенитель выполнен в виде омического сопротивления, размещенного внутри насыпного воспламенительного пиротехнического заряда на дне глухого осевого канала в сопловом блоке, герметично закрытого сверху пыжом из пластифицированной летучим растворителем пиротехнической таблетки.
Отличительные признаки обеспечили повышение функциональной надежности электровоспламенительного устройства примыкающей шашки реактивного двигателя, более простой и технологичной конструкции, при повышении безопасности осколочного поражения людей и животных в районе действия ракеты.
Последнее обстоятельство определяется исключением из структуры воспламенителя по прототипу не дробящихся на безопасные осколки металлических электрокапсюльной втулки и огнепроводной трубки.
При этом исключена дополнительная спецкомплектация элементов электрозапуска при старте ракеты, которые выполнены в виде структурных составляющих конструкции, совмещенных и взаимосвязанных с существующими деталями.
Выполнение воспламенителя в виде омического сопротивления, размещенного внутри насыпного воспламенительного заряда из термочувствительного пиротехнического состава представляет собой простейшее и надежно функционирующее средство для преобразования электрического импульса запуска в воспламелительный.
Это позволяет использовать тепловую энергию, выделяемую на омическом сопротивлении, для воспламенения примыкающего к нему пиротехнического состава воспламенительного заряда.
Насыпной воспламенительный пиротехнический заряд характеризуется развитой поверхностью горения и высокой чувствительностью к тепловому воздействию.
Размещение воспламенительного пиротехнического заряда на дне глухого осевого канала соплового блока, который сверху герметично закрыт пыжом, обеспечивает стабильное его функционирование.
При этом сопловой блок выполняет дополнительные функции корпуса воспламенительного устройства, что упрощает конструкцию и технологию сборки.
Осевой канал соплового блока выполняет функции баллистического ствола, по которому происходит продольное ориентирование горящей пиротехнической таблетки при ее метании к пороховой канальной шашке реактивного двигателя.
Использование пыжа в форме пиротехнической таблетки в качестве герметизирующего воспламенительного заряда, продольно метаемого при старте, повышает надежность воспламенения канальной пороховой шашки реактивного двигателя, происходящего при их контактном взаимодействии.
Повышенным давлением генерируемых газообразных продуктов сгорания насыпного воспламенительного пиротехнического заряда в замкнутом объеме осевого канала соплового блока герметизирующая таблетка, адгезионно связанная с поверхностью осевого канала соплового блока, вышибается и продольно метается к торцу шашки реактивного двигателя.
При этом распределенные очаги воспламенения в виде раскаленных до температуры 2000°С частиц металлического горючего и ферросилиция неизбежно обеспечивают интенсивное горение шашки по всей поверхности, включая ее осевой канал.
Обработка перед сборкой пыжа из пиротехнического воспламенительного состава типа В-6М или УВС, содержащего горючее связующее - фенолформальдегидную смолу СФ-0112А, летучим растворителем (ацетоном) обеспечивает его пластификацию. В результате этого состав приобретает свойства вязкотекучести, беззазорно заполняя проходное сечение осевого канала соплового блока и плотно примыкая к насыпному воспламенительному пиротехническому заряду с адгезионной взаимосвязью.
При этом формируется монолитная конструкция воспламенителя, термочувствительный пыж которого герметично прикреплен к каналу соплового блока, изолируя тем самым насыпной воспламенительный заряд.
В результате технологического испарения летучего растворителя из объема пыжа формируется пиротехническая таблетка в конструктивном единстве с насыпным воспламенительным зарядом, контактирующим с потенциальным омическим сопротивлением, формообразуя в объеме осевого канала соплового блока электровоспламенитель для твердотопливного снаряжения реактивного двигателя ракеты.
Следовательно, каждый существенный признак необходим, а их совокупность является достаточной для достижения новизны качества, неприсущей признакам в разобщенности, то есть поставленная техническая задача решена не суммой эффектов, а новым эффектом суммы признаков.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, который имеет чисто иллюстративные цели и не ограничивает объема притязаний совокупности существенных признаков формулы. На чертеже изображены:
на фиг.1 - общий вид предложенной ракеты, продольный разрез;
на фиг.2 - воспламенитель в составе соплового блока.
В тонкостенном корпусе 1 посредством несущих обечаек 2, 3, 4 жестко смонтированы последовательно:
- коллектор 5, на котором закреплен обтекатель 6, и головная часть 7 с шашкой 8 активного дыма;
- две секции 9 и 10 реактивного двигателя, каждая из которых включает канальную пороховую шашку 11, пиротехническую шашку 12 торцевого горения и усилительный заряд 13;
- сопловой блок 14 с центральным электровоспламенителем 15 и аэродинамическими лопастями 16.
Сопловой блок 14 (фиг.2) выполнен в форме кольцевой втулки с распределенными по периметру соплами 17 и осевым глухим каналом 18.
На дне глухого канала 18 размещен насыпной воспламенительный пиротехнический заряд 19, внутри которого установлена нить 20 накаливания (активное омическое сопротивление), концами связанная с полярными шнурами 21 устройства запуска (условно не показано).
Насыпной заряд 19 закрыт сверху пыжом 22 из пиротехнического состава, чувствительного к тепловому импульсу, содержащего горючее связующее - фенолформальдегидную смолу и распределенный порошок металлического горючего.
Пиротехнический состав пыжа 22 перед сборкой пластифицируется ацетоном до вязкотекучего состояния и вводится в осевой канал 18 соплового блока 14 до примыкания к насыпному пиротехническому заряду 19.
При этом насыпной пиротехнический состав заряда 19 с поверхности примыкания частично растворяется и монолитной коркой адгезионно связывается с пыжом 22.
Пыж 22 беззазорно примыкает к поверхности осевого канала 18, герметично изолируя сформированный узел воспламенения 21-20-19-22.
После удаления сушкой летучего растворителя, пыж 22 преобразуется в монолитную пиротехническую таблетку, образуя конструктивное единство с насыпным воспламенительным пиротехническим зарядом 19, внутри которого размещено омическое сопротивление 20.
Сформированный компактный узел воспламенения по высоте занимает не более трети длины осевого канала 18 соплового блока 14, свободная часть которого служит в качестве баллистического ствола для продольного метания пыжа 22.
В коллекторе 5 (фиг.1) выполнены каналы 23 сообщения с распределенными по периметру обтекателя 6 радиальными отверстиями 24 для выхода активного дыма и размещен исполнительный механизм самоликвидации, в состав которого входят фокусирующий дроссель 25, пиротехнический замедлитель 26 и детонатор 27, связанный с ленточными разрывными зарядами 28 (продольными) и 29, 30 (поперечными), установленными на коллекторе 5 и сопловом блоке 14 соответственно.
На сопловом блоке 14 установлена диафрагма 31 с внутренним объемом, образующим ресивер 32 между соплами 17 и шашкой 11 секции 9.
На диафрагму 31 опирается канальная пороховая шашка 11 первой секции 9 реактивного двигателя, сверху ограниченная обечайкой 2, внутри которой последовательно установлены пиротехническая шашка 12 и усилительный заряд 13.
На обечайке 2 размещена диафрагма 33, разделяющая секции 9 и 10 реактивного двигателя.
На диафрагме 33 установлена канальная пороховая шашка 11 второй секции 10, ограниченная сверху обечайкой 3, внутри которой последовательно установлены пиротехническая шашка 12 и усилительный заряд 13.
На обечайку 3 опирается головная часть 7 с размещенной внутри шашкой 8 активного дыма, ограниченная сверху обечайкой 4.
Фокусирующий дроссель 25 исполнительного механизма самоликвидации расположен соосно усилительному заряду 13 второй секции 10 реактивного двигателя и сообщается с ним посредством центрального канала шашки 8.
Функционирует ракета следующим образом.
Для запуска ракеты, установленной на пусковой установке, по шнурам 21 с пускового устройства подается электрическое напряжение на омическое сопротивление 20, которое накаляется, выделяя тепловую энергию.
В результате насыпной пиротехнический заряд 19 вспыхивает, генерируя газообразные продукты горения.
При этом воспламеняется пиротехнический состав пыжа 22, что приводит к резкому росту давления в замкнутом объеме глухого канала 18 под пыжом 22, который продольно, ускоряясь, продольно перемещается и метается к торцу шашки 11 секции 9.
Горящий пыж 22 одновременно воспламеняет канальную пороховую шашку 11 и пиротехническую шашку 12 первой секции 9 реактивного двигателя, который мгновенно выводится на расчетный режим параметров работы, что является характерной особенностью предложенного технического решения.
Газообразные продукты горения шашек 11, 12 поступают в ресивер 32, где перемешиваются, при этом выравнивается температура и давление. Из ресивера 32 газообразные продукты динамично выбрасываются через сопла 17 блока 14, развивая усилие тяги.
При достижении тяги, достаточной для отжатия стопора пусковой установки, ракета сходит с ее направляющих и стартует под действием реактивных струй из соплового блока 14.
В течение 2с пороховая шашка 11 секции 9 сгорает, обеспечивая высокий импульс удельной тяги и реактивное движение ракеты. При горении пиротехнической шашки 12 образуются газообразные высокотемпературные продукты, которые позволяют уменьшить задонное аэродинамическое сопротивление и массу ракеты, которая ускоряется.
При автономном горении пиротехнической шашки 12 (замедлителя) в течение последующих 6с снижается полный импульс реактивного двигателя, в результате чего скорость ракеты падает и происходит ее угловое склонение к горизонту при инерционном движении по баллистической траектории, более пологой.
При догорании шашки 12 тепловым импульсом воспламеняется усилительный заряд 13, который затем инициирует горение шашек 11, 12 второй секции 10 реактивного двигателя. Работа структурных элементов секции 10 аналогична вышеописанным в секции 9.
Ракета получает дополнительный импульс тяги при сгорании пороховой шашки 11 секции 10 с последующим инерционным ее движением по баллистической траектории при активном генерировании газообразных продуктов горения пиротехнической шашки 12 (замедлителя), когда ракета входит в обрабатываемое облако под минимальным углом к горизонту.
Время нахождения ракеты предложенной конструкции непосредственно внутри обрабатываемого облака заметно увеличена, где обеспечивается более продолжительное рассеивание активного дыма, что неизбежно повышает продуктивность активного инициирования осадков.
Тепловой факел, формируемый при сгорании усилительного заряда 13 второй секции 10 воспламеняет канальную шашку 8, при горении которой генерируется аэрозоль, включающий льдообразующий реагент в форме активных ядер кристаллизации, вызывающих в переохлажденных облаках выпадение осадков.
Генерируемый аэрозоль поступает в коллектор 5, где через каналы 23 и радиальные отверстия 24 обтекателя 6 выбрасывается в атмосферу, непосредственно в облако.
Генерируемый аэрозоль в атмосферу также поступает через свободный к тому времени объем собственно ракеты и сопловой блок 14. В процессе движения вдоль ракеты генерированного при горении шашки 8 активного дыма происходит конденсация и коагуляция твердых частиц с образованием функционального аэрозоля, содержащего более крупные частицы, чем диспергируемые непосредственно через выходные отверстия 24 обтекателя 6. Этим обеспечивается распределение в обрабатываемом облаке сбалансированного количества центров каплеобразования разной дисперсности, в результате чего более активно выпадают продолжительные осадки, предотвращающие градообразование.
Одновременно с этим тепловой импульс от усилителя 13 второй секции 10 фокусируется соосным дросселем 25 и воспламеняет пиротехнический замедлитель 26 системы самоликвидации ракеты, время горения которого заметно превышает время генерирования активного дыма шашкой 8.
Через заданное время задержки от теплового импульса замедлителя 26 срабатывает лучевой детонатор 27, детонационная волна от которого вызывает срабатывание распределенных разрывных ленточных зарядов 28, 29 и 30, чем разрушается ракета соответственно вдоль и поперек на безопасные части, без образования поражающих осколков, опасных для населения и животных района воздействия на облака.
На предложенные конструктивные усовершенствования ракеты разработана техническая документация. Натурные испытания макета устройства воспламенения фактически подтвердили достижение более высоких характеристик назначения и его функциональную надежность.
Проведенный сопоставительный анализ предложенного технического решения с выявленными аналогами уровня техники, из которого полезная модель явным образом не следует для специалиста по метеорологическим реактивным ракетам, показал, что она не известна, а с учетом возможности промышленного изготовления на действующем производстве, можно сделать вывод о ее соответствии критериям патентоспособности.