СПОСОБ ВОСПЛАМЕНЕНИЯ ПОРОХОВОГО ЗАРЯДА НА БОРТУ ДВИЖУЩЕГОСЯ РАКЕТНОГО ПОЕЗДА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ
IGNITION METHOD OF POWDER CHARGE ONBOARD MOVING MISSILE TRAIN AND DEVICE FOR ITS REALISATION

Изобретение относится к испытательной технике. Преимущественная область применения - высокоскоростные испытания на ракетном треке.
Известен способ запуска ракетного двигателя при помощи узла воспламенителя (патент США №3750581, МПК F42B 15/00; F02K 9/08, опубл. 07.08.1973). В узле воспламенителя ракетного двигателя имеется капсюль-воспламенитель (устройство для воспламенения), который установлен в основании гильзы. От капсюля-воспламенителя пламя передают на воспламенительный заряд (пороховой заряд), расположенный внутри ракетного двигателя, с помощью воспламенительного шнура, один конец которого находится в гильзе, а второй проходит к воспламенительному заряду. Далее продукты горения воспламенительного заряда зажигают твердотопливный заряд ракетного двигателя. Недостатками данного способа являются большое время горения воспламенительного шнура и его нестабильность. Кроме этого, для инициирования капсюля-воспламенителя требуется отдельное устройство, что усложняет данный способ запуска ракетного двигателя.
Известен способ запуска линейных ступеней движущегося ракетного поезда, описанный в статье D.J.Rigali and L.V. Felt2. High speed Monorail Rocket Sleds for Aerodynamic Testing at High Reynolds Numbers, "Journal of Spacecraft and Rockets", v.5, №11, p.1341-1346, 1968 (Д.Дж.Риджэли и Л.В.Фельти. Скоростные монорельсовые ракетные тележки для аэродинамических испытаний при больших числах Рейнольдса. Перевод №82087/0 ВИНИТИ, М., 1970 г., стр.11), выбранный в качестве прототипа для заявляемого способа. Ракетный поезд - совокупность ракетных тележек (ступеней ракетного поезда), каждая из которых включает один или несколько твердотопливных ракетных двигателей, соединенных между собой и снабженных устройствами (типа опор скольжения) для поступательного перемещения по рельсовой направляющей ракетного трека. Линейными ступенями ракетного поезда принято называть все его ступени за исключением стартовой - первой по порядку запуска. Способ заключается в использовании бортовой системы зажигания, при помощи которой инициируют средство воспламенения электрическим импульсом. От средства воспламенения зажигается пороховой заряд, воспламеняющий твердое топливо ракетного двигателя. Бортовая система зажигания состоит из двух отдельных пусковых устройств. В каждое пусковое устройство входит акселерометр, интегрирующий акселерометр и источник питания. Пусковое устройство отрегулировано так, чтобы двигатели включались при заданном уровне перегрузки. Недостатками данного способа являются сложность и высокая стоимость системы зажигания, ухудшающая к тому же энергомассовые характеристики ракетного поезда.
6
Известен газодинамический источник давления (патент РФ №2135927, МПК F41F 1/00, опубл. 27.08.99, бюл. №24), содержащий корпус, в котором размещен полый цилиндрический пороховой заряд со стержневым осевым воспламенителем и средством воспламенения (детонатором). Воспламенитель порохового заряда выполнен из взрывчатого вещества (в частности, в виде детонирующего шнура) и установлен с зазором в полости порохового заряда. К недостатку данного устройства следует отнести то, что средство воспламенения размещено в корпусе источника давления, что обусловливает необходимость подвода инициирующего импульса (электрический ток, удар, накол и т.д.) непосредственно к корпусу источника давления. Это означает, что для воспламенения порохового заряда на борту движущегося ракетного поезда необходимо наличие на нем же источника инициирующего импульса (батареи, ударно-спускового механизма и т.д.). В результате ухудшаются энергомассовые характеристики поезда и возникают проблемы с определением оптимального момента передачи инициирующего импульса от его источника к средству воспламенения.
6
Известно устройство для воспламенения пороховых зарядов пиротехнических установок (патент РФ №2105263, МПК F42B 3/10, опубл. 20.02.1998), выбранное в качестве прототипа. Устройство содержит корпус с взрывной камерой, узел ввода заряда в камеру, источник электрического тока и средство инициирования огня. В камере размещен насыпной пороховой заряд и воспламенитель, зерна которого покрыты тонким слоем токопроводящего материала. Средство инициирования огня размещено в нижней части взрывной камеры и выполнено в виде диэлектрического вкладыша с коническим углублением по центру для воспламенителя и двумя электродами для образования электрической дуги. Недостатки прототипа те же, что и у аналога.
Решаемой технической задачей является создание способа и реализующего его устройства для воспламенения порохового заряда на борту движущегося ракетного поезда.
Ожидаемый технический результат при использовании заявляемых способа и устройства заключается в повышении надежности и снижении стоимости запуска ракетных двигателей и пиромеханических устройств, расположенных на борту движущегося ракетного поезда.
Технический результат достигается за счет применения способа воспламенения порохового заряда на борту движущегося ракетного поезда, включающего инициирование устройства для воспламенения. В отличие от прототипа в заявляемом способе инициирование устройства для воспламенения производят путем его взаимодействия с ударником, расположенным у ракетного трека.
Инициирование устройства для воспламенения путем его взаимодействия с ударником позволяет надежно производить воспламенение порохового заряда на борту движущегося ракетного поезда без использования электронной автоматической системы зажигания.
Расположение ударника у ракетного трека обеспечивает запуск ракетного двигателя (двигателей) линейной ступени движущегося ракетного поезда или пиромеханического устройства, размещенного на борту движущегося ракетного поезда, в заданной точке.
Технический результат достигается также за счет применения устройства для воспламенения порохового заряда, содержащего средство инициирования и корпус с взрывной камерой, внутри которой расположен воспламенитель. В отличие от прототипа в заявляемом устройстве средство инициирования выполнено в виде удлиненного заряда взрывчатого вещества, один конец которого размещен во взрывной камере, а другой расположен снаружи корпуса и заключен в кожух, закрепленный на корпусе. В корпусе выполнено сопло. Между соплом и взрывной камерой расположен обратный клапан с возможностью истечения продуктов сгорания воспламенителя через сопло из корпуса устройства.
Удлиненный заряд взрывчатого вещества средства инициирования может быть выполнен в виде детонирующего шнура.
На расположенной снаружи корпуса части детонирующего шнура может быть размещен заряд пластичного взрывчатого вещества.
Выполнение средства инициирования в виде удлиненного заряда взрывчатого вещества обеспечивает возможность возбуждения детонации ударным способом (способность ВВ инициироваться от воздействия удара освещена, например, в источнике "Физика взрыва" под ред. К.П.Станюковича. - М.: Наука, 1975, с.181-194) и передачи ее к воспламенителю, то есть позволяет производить инициирование устройства для воспламенения путем его взаимодействия с ударником.
Размещение одного конца заряда взрывчатого вещества во взрывной камере позволяет передать инициирующий импульс расположенному в ней же воспламенителю от детонирующего заряда взрывчатого вещества.
Расположение второго конца заряда взрывчатого вещества снаружи корпуса позволяет при взаимодействии устройства для воспламенения с ударником избежать разрушения корпуса устройства.
Заключение конца заряда, расположенного снаружи корпуса, в кожух, закрепленный на корпусе, обеспечивает его стойкость к механическому и тепловому воздействиям от набегающего потока воздуха в процессе высокоскоростного движения ракетного поезда до взаимодействия с ударником.
Выполнение в корпусе сопла обеспечивает истечение продуктов сгорания воспламенителя из устройства в полость, где расположен воспламеняемый пороховой заряд.
Расположение обратного клапана между взрывной камерой и соплом с возможностью истечения продуктов сгорания воспламенителя из устройства через сопло препятствует истечению в обратном направлении продуктов сгорания из полости, где расположен пороховой заряд (в ракетном двигателе или в газодинамическом источнике давления), в атмосферу через отверстие для ввода средства инициирования в корпусе.
Выполнение удлиненного заряда взрывчатого вещества средства инициирования в виде детонирующего шнура делает снаряжение устройства более технологичным.
Размещение на расположенной снаружи корпуса части детонирующего шнура заряда пластичного взрывчатого вещества позволяет варьировать чувствительность средства инициирования, используя различные виды пластичного взрывчатого вещества в зависимости от скорости взаимодействия устройства для воспламенения с ударником.
Заявляемый способ воспламенения пороховых зарядов на борту движущегося ракетного поезда и устройство для его реализации поясняются чертежами: фиг.1 - устройство для воспламенения порохового заряда; фиг.2 - устройство для воспламенения порохового заряда с удлиненным зарядом взрывчатого вещества средства инициирования, выполненным в виде детонирующего шнура с зарядом пластичного взрывчатого вещества; фиг.3 - схема взаимного расположения ударника и устройства для воспламенения порохового заряда, предназначенного для зажигания твердого топлива ракетного двигателя линейной ступени движущегося ракетного поезда; фиг.4 - внешний вид устройства для воспламенения порохового заряда, закрепленного на твердотопливном ракетном двигателе линейной ступени ракетного поезда; фиг.5 - схема взаимного расположения ударника и устройства для воспламенения порохового заряда, размещенного в газодинамическом источнике давления пиромеханического устройства, расположенного на борту движущегося ракетного поезда; фиг.6 - схема работы обратного клапана после воспламенения порохового заряда на борту движущегося ракетного поезда.
Устройство для воспламенения порохового заряда (фиг.1) состоит из корпуса 1 (корпус в данном варианте выполнен из двух составных частей) с взрывной камерой 2, внутри которой размещен воспламенитель 3, который может быть выполнен, например, в виде навески пороха (в данном варианте исполнения воспламенитель 3 зафиксирован во взрывной камере 2 диафрагмой 27, выполненной из разрушаемого под действием пороховых газов материала, например пенопласта). Средство инициирования выполнено в виде удлиненного заряда взрывчатого вещества 4, один конец 5 которого размещен во взрывной камере 2, а другой конец 6 расположен снаружи корпуса 1 и заключен в кожух 7, закрепленный на корпусе 1. В корпусе 1 выполнено сопло 8. Между соплом 8 и взрывной камерой 2 установлен обратный клапан 9 с возможностью истечения продуктов сгорания воспламенителя 3 через сопло 8 из корпуса 1 устройства. В данном варианте конструкции обратный клапан 9 состоит из запирающего элемента 10, размещенного в канале 11 корпуса 1 с возможностью перемещения между буртом 12 и соплом 8. В запирающем элементе 10 выполнены отверстия 13, сообщающиеся с соплом 8 и полостью взрывной камеры 2, когда запирающий элемент 10 прижат к торцу сопла 8.
Удлиненный заряд взрывчатого вещества 4 средства инициирования может быть выполнен в виде детонирующего шнура (фиг.2).
На расположенной снаружи корпуса части детонирующего шнура 4 может быть размещен заряд пластичного взрывчатого вещества 14 (фиг.2).
Способ воспламенения порохового заряда 15 на борту движущегося ракетного поезда поясняется фиг.3, 5.
Линейная ступень ракетного поезда 16 (фиг.3, 5) движется по рельсовой направляющей 17 ракетного трека. На борту линейной ступени 16 закреплено устройство 18 для воспламенения порохового заряда 15.
Пороховой заряд 15 может быть предназначен, например, для зажигания твердого топлива 19 ракетного двигателя 20 линейной ступени ракетного поезда 16 (фиг.3, 4).
Также пороховой заряд 15 может быть размещен в газодинамическом источнике давления 21 пиромеханического устройства 22 на борту линейной ступени ракетного поезда 16 (фиг.5). Инициирование устройства для воспламенения 18 (фиг.3, 5) производится путем его взаимодействия с неподвижным ударником 23, расположенным у ракетного трека.
Функционирование устройства 18 для воспламенения порохового заряда на борту движущегося ракетного поезда осуществляется следующим образом.
В момент соударения кожуха 7, в канал которого помещен один конец 6 удлиненного заряда ВВ 4, являющегося средством инициирования (фиг.1-5), с ударником 23, расположенным у ракетного трека, происходит импульсное сжатие заряда ВВ 4, в результате чего возбуждается детонация. Детонационная волна, перемещаясь по заряду ВВ 4, достигает взрывной камеры 2. Продукты взрыва другого конца 5 заряда ВВ 4, размещенного во взрывной камере 2, зажигают воспламенитель 3, чьи продукты сгорания, пройдя через систему отверстий 13 обратного клапана 9, истекают из корпуса 1 устройства через сопло 8, образуя форс пламени, в полость, где расположен воспламеняемый пороховой заряд 15.
В результате воздействия форса пламени на пороховой заряд 15 (фиг.4, 5), расположенный на борту ракетного поезда, происходит его воспламенение. Продукты сгорания порохового заряда 15 обеспечивают зажигание твердого топлива 19 ракетного двигателя 20 линейной ступени движущегося ракетного поезда 16 (фиг.4).
В случае расположения порохового заряда 15 в газодинамическом источнике давления 21, продукты сгорания истекают из него в рабочую полость 24 пиромеханического устройства 22, совершая в ней работу по выталкиванию объекта испытания 25 (фиг.5).
После воспламенения порохового заряда 15 его продукты сгорания, воздействуя на торец запирающего элемента 10 (фиг.6) обратного клапана 9, перемещают его до упора в бурт 12, перекрывая, таким образом, канал 11 корпуса 1 и препятствуя своему истечению в атмосферу через отверстие 26 корпуса 1.
Предложенный способ и устройство для воспламенения порохового заряда на борту движущегося ракетного поезда позволят повысить надежность и снизить стоимость запуска расположенных на нем же ракетных двигателей и пиромеханических устройств.
Предлагаемые технические решения прошли экспериментальную проверку в обращенных испытаниях. Воспламенение порохового заряда зафиксировано электрическими (датчик давления) и оптическими (видеокамера) средствами регистрации.