ИМПУЛЬСНЫЙ МАЛОГАБАРИТНЫЙ ПОРОХОВОЙ ВЫТЕСНИТЕЛЬ РАБОЧЕЙ ЖИДКОСТИ
WORKING FLUID PULSE SMALL-SIZED POWDER DISPLACER

Изобретение относится к ракетно-космической технике и может быть использовано при проектировании вытеснительных систем рабочей жидкости в приводах для органов управления летательных аппаратов.
Одной из проблем работы насосной системы привода является проявление кавитации жидкости на входе в насос, возникающей из-за оттока рабочей жидкости от входа в насос вследствие действующих на летательный аппарат перегрузок.
Это явление особо опасно при запуске насоса, работающего от электропривода, что может вывести из строя электромотор, т.к. он работает без нагрузки. Для исключения явления кавитации на входе в насос необходимо поддерживать уровень рабочей жидкости в начальный момент запуска за счет впрыска некоторого количества жидкости непосредственно на входе в насос. При дальнейшей работе насосная система сама поддерживает требуемый уровень за счет закольцовки гидросистемы. В качестве устройства впрыска используются пороховые вытеснители.
Известна конструкция, в которой вытеснитель выполнен в едином корпусе в виде емкости, разделенной вытеснительной диафрагмой на две полости - жидкостную для хранения рабочей жидкости и газовую, соединенную с камерой сгорания заряда (см. Труды МИТ, том 12, часть 2, стр. 134. М. 2012 г.).
Недостатком такой конструкции помимо увеличенных габаритов является непосредственное воздействие истекающих непрореагированных продуктов сгорания твердотопливного заряда и воспламенителя на вытеснительную диафрагму и их ударное нагружение диафрагмы в начальный момент работы. Это может привести к нерасчетной форме выворачивания диафрагмы, что особенно важно для малогабаритных конструкций, а также возможному разрушению диафрагмы, что вообще недопустимо.
Кроме того, для надежного зажжения заряда необходимо, с одной стороны, иметь достаточно мощный форс от продуктов сгорания пиропатрона, а с другой стороны, увеличенная мощность создает ударное воздействие на выворачиваемую диафрагму, особенно в начальный момент работы вытеснителя. При слабой мощности форса пиропатрона не обеспечивается надежное зажжение заряда. Обеспечение оптимального выбора мощности пиропатрона практически недостижимо, т.к. навески составов пиропатронов выполнены дискретно с достаточно большим интервалом между ними при практически одинаковом энергетическом потенциале на единицу массы навески.
Задачей предлагаемого изобретения является создание импульсного малогабаритного порохового вытеснителя рабочей жидкости, позволяющего исключить непосредственное воздействие продуктов сгорания на диафрагму в начальный момент, а также уменьшить габариты вытеснителя за счет размещения камеры сгорания в газовой полости вытеснителя.
Это достигается тем, что в известном импульсном малогабаритном вытеснителе рабочей жидкости, содержащем камеру сгорания, которая выполнена в виде стакана, установленного в газовой полости, внутри которого в торце закреплен заряд, а с открытого конца стакана расположен пиропатрон, причем между зарядом и пиропатроном с зазором с обеих сторон установлена перегородка с отверстиями, оси которых располагаются под острым углом к продольной оси стакана с вершинами в сторону пиропатрона, при этом полость между перегородкой и зарядом сообщена боковыми отверстиями в стакане с газовой полостью емкости, а оси боковых отверстий расположены между точками пересечения осей отверстий в перегородке с внутренней поверхностью стакана и торцом заряда.
За счет такой конструкции поток продуктов сгорания от форса пиропатрона, истекая в направлении перегородки, притормаживается, увеличивая полноту сгорания, а затем через отверстия в перегородке истекает в объем за перегородкой на стенку стакана камеры сгорания и, отражаясь от нее, воздействует на торец заряда, воспламеняя его. Продукты сгорания заряда, истекая в сторону перегородки, также притормаживаются на перегородке, разворачиваются в обратную сторону и истекают через боковые отверстия в стакане в газовую полость емкости с потерей скорости. А так как отверстия в стакане расположены под углом к продольной оси в стакане, то исключается прямое воздействие продуктов сгорания заряда на выворачиваемую диафрагму и стенку газовой полости. Выполнение отверстий в стакане между точками пересечения осей отверстий в перегородке с внутренней поверхностью стакана и торцом заряда исключает непосредственное истечение продуктов сгорания пиропатрона в газовую полость емкости, а отраженный поток воздействует на заряд, обеспечивая его зажжение. Размещение стакана камеры сгорания непосредственно в объеме газовой полости емкости вытеснителя, которая при малых габаритах для расчетной работы выворачиваемой диафрагмы практически равна объему жидкостной полости вытеснителя, существенно сокращает его габариты. Кроме того, в процессе работы и после окончания горения заряда теплопотери продуктов сгорания аккумулируются в газовой полости, уменьшая потери давления, которое обеспечивает выворачивание диафрагмы и сохранение ее формы после выворачивания.
Предложенная конструкция импульсного малогабаритного порохового вытеснителя рабочей жидкости поясняется чертежами, на которых представлены: Фиг. 1 - общий вид вытеснителя, Фиг. 2 - увеличенная конструкция камеры сгорания.
Вытеснитель состоит из емкости (1), разделенной выворачиваемой диафрагмой (2) на две полости - жидкостную (3) и газовую (4). В жидкостной полости (3) размещена рабочая жидкость, а в газовой (4) размещена камера сгорания (5). Со стороны жидкостной полости емкость (1) закрыта гидроразъемом (6), а со стороны газовой полости (4) - стаканом (7), являющимся корпусом камеры сгорания (5). В донной части стакана (7) закреплен пороховой заряд (8), а с открытого торца закрыт пиропатроном (9). Между пиропатроном (9) и зарядом (8) с зазором с обеих сторон расположена перегородка (10) с отверстиями (11), оси которых расположены под острым углом к продольной оси стакана (7) с вершинами в сторону пиропатрона (9) так, чтобы отраженный от внутренней стенки стакана (7) форс продуктов сгорания пиропатрона (9) был направлен на торец заряда (8). Между точками пересечения осей отверстий (11) в перегородке с внутренней поверхностью стакана (7) и сечением по торцу заряда (8) на боковой поверхности стакана (7) выполнены отверстия (12), сообщающие полость камеры сгорания (5) с газовой полостью (4) емкости (1). Оси отверстий (12) в стакане (7) выполнены под углом с вершиной в сторону пиропатрона (9).
Вытеснитель работает следующим образом.
При подаче команды на срабатывание пиропатрона (9) его форс продуктов сгорания истекает в направлении перегородки (10), а затем через отверстие (11) истекает на стенку стакана (7) камеры сгорания (5) и, отражаясь от нее, воздействует на торец заряда (8). Продукты сгорания заряда (8) истекают в сторону перегородки (10) и, разворачиваясь в обратную сторону, истекают через отверстия (12) в стакане (7) камеры сгорания (5) в газовую полость (4) емкости (1), создавая в ней давление, которое выворачивает диафрагму (2).
Вытеснитель данной конструкции планируется использовать в приводе органов управления вновь создаваемого высокоскоростного летательного аппарата.