ГАЗОДИНАМИЧЕСКИЙ ИСТОЧНИК ДАВЛЕНИЯ
GASDYNAMIC PRESSURE SOURCE

Изобретение относится к газодинамическим устройствам: пороховым аккумуляторам давления, пиротехническим устройствам и может применяться в авиационной технике, системах вытеснения, например, жидкостей или отделения объектов друг от друга.
Известен стреловидный заряд пробивающего действия (описание к международной заявке WO №02/35176 А1, МПК F42B 10/40, опубл. 28.09.2001), основой которого является основной вытесняющий (газогенерирующий) заряд в виде полого цилиндра, размещенного в хвостовой части стреловидного снаряда, в полости которого с зазором установлено воспламеняющее устройство. Задействование основного заряда осуществляется посредством воспламенителя через воздушный зазор. Продукты горения, проходя через пластину-фильтр, истекают через одно или несколько выходных отверстий корпуса снаряда. Недостатком данного устройства является недостаточно быстрое воспламенение заряда по всей длине, что приводит к затянутости и нестабильности внутрибаллистических процессов.
Известен газодинамический источник давления (описание к патенту РФ №2135926, МПК F41F 1/00, опубл. 27.08.1999). Корпус источника давления разделен перфорированной перегородкой на две части для создания отсека с зарядом из взрывчатого вещества (ВВ) и отсека с пороховым зарядом. Источник давления работает следующим образом. При воздействии механического или электрического импульса срабатывает детонатор, продукты детонации которого, перетекая через перфорированную перегородку и воздействуя на пороховой заряд, поджигают его. Образующиеся при этом пороховые газы вместе с продуктами детонации перетекают через расходное отверстие в смежный объем, где совершают полезную работу. Недостатком данного устройства является то, что продукты детонации ВВ поджигают пороховой заряд с торца и не обеспечивают достаточно быстрое воспламенение заряда по всей длине. Данное устройство предпочтительно для пороховых зарядов, диаметр которых превышает их длину.
Известен другой газодинамический источник давления (описание к патенту РФ №2135927, МПК F41F 1/00, опубл. 27.08.1999), принятый за прототип как наиболее близкий к заявляемым по количеству сходных признаков и решаемой задаче.
Данный источник давления содержит корпус, в котором выполнено газовыводное отверстие и в котором размещены полый цилиндрический газогенерирующий заряд, в качестве которого использован пороховой заряд, поджигающий заряд, который представляет собой стержневой осевой воспламенитель, и инициирующее устройство, в качестве которого использован детонатор и которое размещено с одного из торцов поджигающего заряда. Воспламенитель выполнен из взрывчатого вещества и установлен с зазором в полости порохового заряда. Источник давления работает следующим образом. При воздействии механического или электрического импульса детонатор вызывает детонацию ВВ, продукты детонации которого поджигают пороховой заряд. Образующиеся при этом пороховые газы вместе с продуктами детонации перетекают через расходное отверстие в смежный объем, где совершают полезную работу. Недостатком такого источника давления является возможность дробления заряда ударной волной, а также неполное сгорание зерен (частиц) пороха в полости источника давления, что не способствует стабильности воспроизведения внутрибаллистических параметров (получению импульса давления с необходимыми формой и интегралом).
Решаемой технической задачей является сокращение времени воспламенения порохового заряда.
Техническим результатом, который может быть получен при использовании предлагаемого изобретения, является повышение стабильности воспроизведения внутрибаллистических параметров источника давления, повышение безопасности и эксплуатационных возможностей при обращении с устройством.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в газодинамическом источнике давления, включающем корпус, в котором выполнено газовыводное отверстие и размещены полый цилиндрический газогенерирующий заряд из пороха, стержневой осевой поджигающий заряд из взрывчатого вещества, установленный с зазором в полости газогенерирующего заряда и снабженный с одного из торцов инициирующим устройством, в полости газогенерирующего заряда вплотную к нему установлена перфорированная труба, в которой коаксиально заряду размещен перфорированный стержень с выступами, опирающимися на внутреннюю поверхность трубы, и с осевым отверстием, в котором установлен поджигающий заряд ВВ, при этом газовыводное отверстие закрыто мембраной.
Газогенерирующий заряд может быть выполнен составным из порохов с различными размерами зерен и толщинами горящего свода.
В корпусе источника может быть выполнено, по крайней мере, еще одно газовыводное отверстие.
Газовыводное отверстие может быть выполнено со стороны инициирующего устройства.
Перфорированная труба может быть облицована бумагой или тканью.
Размещение в полости газогенерирующего заряда вплотную к нему перфорированной трубы повышает стойкость конструкции к внешним механическим воздействиям, формирует внутренний объем и позволяет ориентировать строго коаксиально положение газогенерирующего заряда и поджигающего заряда, что приводит к стабилизации процесса воспламенения и формирования импульса давления с требуемыми характеристиками и исключает сближение газогенерирующего и поджигающего зарядов, которое может привести к детонации газогенерирующего заряда с разрушением всей конструкции. Кроме того, перфорированная труба демпфирует (ослабляет) дробящее действие ударной волны на зерна пороха, что также способствует стабильности воспроизведения газодинамических процессов воспламенения и формирования импульса давлении. Перфорация (наличие отверстий) трубы позволяет надежно воспламенить газогенерирующий заряд продуктами взрыва ВВ. Таким образом, рассматриваемый признак способствует повышению стабильности воспроизведения внутрибаллистических параметров источника давления, повышению безопасности и эксплуатационных возможностей при обращении с устройством.
Размещение в перфорированной трубе перфорированного стержня с выступами, опирающимися на внутреннюю поверхность трубы, придает дополнительную жесткость конструкции и позволяет располагать поджигающий заряд строго коаксиально к перфорированной трубе, чтобы обеспечить стабильные характеристики импульса давления. Перфорация стержня позволяет увеличить надежность задействования газогенерирующего заряда. Таким образом, данный рассматриваемый признак, как и предыдущий, способствует повышению стабильности воспроизведения внутрибаллистических параметров источника давления, повышению безопасности и эксплуатационных возможностей при обращении с устройством.
Размещение поджигающего заряда в осевом отверстии стержня позволяет, в дополнение к вышесказанному, равномерно задействовать газогенерирующий заряд.
Наличие мембраны, закрывающей газовыводное отверстие, обеспечивает герметичность конструкции, создает замкнутый объем для начального этапа горения и дает возможность создать начальное форсажное давление, необходимое для стабильного горения пороха. За счет герметизации конструкции влияние внешних неблагоприятных воздействий, например влажного воздуха, пламени или искры, исключается, что повышает как безопасность обращения с устройством, так и его эксплуатационные возможности.
Выполнение газогенерирующего заряда составным из порохов с различными размерами зерен и толщинами горящего свода в совокупности с количеством и размерами газовыводных отверстий увеличивает стабильность внутрибаллистических параметров источника давления.
Выполнение газовыводного отверстия со стороны инициирующего устройства позволяет оптимизировать компоновку устройства, а именно: производить установку источника давления в глухое отверстие и осуществлять газовывод в сторону задействования источника.
Облицовка перфорированной трубы бумагой или тканью исключает проникание и попадание частиц пороха через перфорацию трубы в ее полость, где размещен стержень с выступами и с зарядом из взрывчатого вещества, что повышает безопасность обращения с источником давления и стабильность его внутрибаллистических параметров.
На фиг.1 изображен пример заявляемого источника давления, поясняющий суть заявляемого решения, где:
1 - корпус;
2 - крышка;
3 - газогенерирующий полый цилиндрический пороховой заряд;
4 - стержневой осевой поджигающий заряд из взрывчатого вещества;
5 - инициирующее устройство (детонатор);
6 - перфорированная труба;
7 - стержень с выступами (катушка);
8 - мембрана;
9 - газовыводное отверстие.
На фиг.2 изображен импульс давления (зависимость давления Р от времени τ), получаемый при работе заявляемого устройства в герметизированном объеме 6 л.
2
Примером конкретного выполнения заявляемого устройства может служить газодинамический источник давления, состоящий из полого корпуса, крышки, гайки, порохового заряда, перфорированных трубы и катушки, поджигающего заряда и детонатора. Внутренний диаметр полости корпуса соответствует наружному диаметру порохового заряда и составляет 40 мм. Внутренний диаметр порохового заряда 20 мм. Поджигающий заряд выполнен из пластифицированного ВВ в виде прутка. Диаметр прутка взрывчатого вещества 3 мм. Длина порохового заряда соответствует длине прутка из взрывчатого вещества и составляет 75 мм. В крышке выполнено 12 газовыводных отверстий. Суммарная площадь поперечного сечения этих отверстий 2,4 см. В качестве составного порохового заряда используются пироксилиновые пороха мелкой и крупной дисперсности.
Представленный выше газодинамический источник давления работает следующим образом. При воздействии механического или электрического импульса на детонатор 5 последний, срабатывая, возбуждает детонацию в прутке взрывчатого вещества 4, расположенном в катушке 7. Ударная волна и продукты детонации, воздействуя на пороховой заряд 3, находящийся в полости, образованной корпусом 1 и перфорированной трубой 6, поджигают его. Образующиеся при горении порохового заряда газы вместе с продуктами детонации прутка ВВ осуществляют прорыв мембраны 8 (при давлении выше давления форсирования) и перетекают через газовыводные отверстия 9 в смежный объем, где, создавая давление, совершают полезную работу, например осуществляют движение катапульты. Газодинамический источник давления, располагаясь, например, в герметизированном объеме 6 л, создает в нем при своем срабатывании стабильный импульс давления (фиг.2), имеющий следующие номинальные значения параметров:
max
- Р=10,5 МПа - амплитуда импульса (максимальная величина давления);
Ф
- τ=9,5 мс - время нарастания давления до максимальной величины;
И
И
- J=0,2 МПа·с - импульс давления к моменту времени τ=22 мс от начала возрастания давления (интеграл действия давления).
При этом указанные параметры импульса давления в герметизируемом объеме получаются более стабильными, чем в прототипе: разброс по указанным параметрам составляет не более 10% от номинальных значений (в прототипе по нашим оценкам - не менее 15%).