Устройство для экспериментальной отработки отсеков разделения реактивных снарядов с составными источниками энергии
DEVICE FOR EXPERIMENTAL DEVELOPMENT OF JET PROJECTILES SEPARATION COMPARTMENT WITH COMPOSIT POWER SOURCES

Изобретение относится к военной технике, а именно к экспериментальным устройствам для стендовой отработки отсеков разделения реактивных снарядов (PC), преимущественно для систем залпового огня.
Экспериментальная отработка разделяющихся PC (РРС) в условиях стенда проводится с целью определения рациональных параметров заряжания отсека, обеспечивающих надежное разделение снаряда при минимальных значениях силовых и тепловых нагрузок (давления, температуры, перегрузок), действующих на конструктивные элементы в процессе разделения.
Для анализа внутрикамерного процесса, оценки достоверности результатов теоретического исследования и проверки работоспособности реактивного снаряда в процессе разделения используются различные подходы к проведению экспериментальной отработки. При этом одной из важных задач экспериментальной отработки является обеспечение сохранности и многократности использования объекта испытаний, что позволяет сократить количество дорогостоящих испытаний и тем самым уменьшить временные и материальные затраты на разработку новых образцов вооружения.
Эти проблемы приобретают особое значение при использовании в качестве источника энергии составных зарядов, представляющих совокупность быстрогорящих зерненных порохов (типа ДРП), выполняющих функции форсажных зарядов, и газогенераторных порохов (типа малоградиентных трубчатых ВБС-МГ), выполняющих роль ускорителей
движения разделяемых элементов PC. В этом случае, учитывая кратковременность процесса разделения РРС (≤0,1 с), необходимо в стендовых условиях решать важную практическую задачу по выбору не только массы зарядов, но и момента включения в работу ускорительных зарядов, определяющих рациональность назначения параметров заряжания отсека разделения PC.
По патенту РФ №2235302 (заявка №2002122582 от 20.08.2002 г., МПК G01M 7/08) известен испытательный стенд, имеющий в своем составе разгонное и тормозное устройства.
Разгонное устройство стенда содержит зарядную камеру с пороховым зарядом, донную крышку и инициирующее устройство. Инициирующее устройство выполнено в виде форкамеры с дополнительным пороховым зарядом и электровоспламенителем, установленной перпендикулярно оси стволика и сообщающейся радиальным каналом с кольцевой проточкой с угловой перемычкой со стороны зарядной камеры.
Тормозное устройство стенда содержит демпферное устройство и поглотитель энергии.
Описанная конструкция стенда позволяет проводить испытания изделий на ударное воздействие за счет наличия разгонного устройства с пороховым зарядом, обеспечивающего заданный уровень действующих нагрузок, и тормозного устройства с демпферным устройством, обеспечивающего требуемое торможение каретки с изделием при движении ее на направляющих.
Однако практическое использование такого устройства является проблематичным в связи со сложностью функционирования и необходимостью размещения его в двух противоположных направлениях.
Таким образом, задачей данного экспериментального устройства является испытание изделий на регламентируемые ударные воздействия, создаваемые за счет наличия зарядной камеры с пороховым зарядом.
Общими признаками известного ударного стенда с предлагаемой
авторами конструкцией экспериментального устройства для отработки разделяющихся PC в стендовых условиях является наличие отсека (камеры сгорания) с пороховым зарядом и направляющей.
По патенту РФ №2285892 (заявка №2005110720/02 от 12.04.2005 г. МПК F42B 35/00) известно устройство для экспериментальной отработки РРС, содержащее макет головной части (ГЧ) с отсеком разделения и макет ракетной части (РЧ), размещенные на жестком основании лоткового типа. Основание выполнено в виде внутренней и внешней опорной направляющих швеллерной формы, симметрично скрепленных между собой основаниями и упорно взаимодействующих боковыми полками с поверхностями макетов головной и ракетной частей снаряда в вертикальном и горизонтальном направлениях.
Описанная конструкция устройства, принятая авторами за прототип, позволяет уменьшить скорость движения макетов головной и ракетной частей в процессе движения по направляющей, снизить ударные перегрузки на испытуемые макеты в момент соударения с преградой и сократить пути разделяемых элементов от точки разделения до полного торможения.
Однако практическое использование такого устройства для решения поставленной задачи не представляется возможным и целесообразным.
Таким образом, задачей данного экспериментального устройства является испытание изделий в условиях закрытого помещения.
Общими признаками известного экспериментального устройства с предлагаемой авторами конструкцией является наличие жесткого основания лоткового типа, на котором размещены исследуемый объект испытания, включающий макеты головной и ракетной частей снаряда с узлом форсирования и пороховой заряд.
Задачей предлагаемого изобретения является разработка конструкции устройства, позволяющего производить экспериментальную отработку отсека разделения PC в стендовых условиях и решать актуальную техническую задачу по определению рациональных параметров заряжания отсеков, использующих в качестве источников энергии составные заряды, представляющие любую совокупность зерненных и трубчатых порохов. В этом случае наиболее актуальной задачей для разработчика является выбор средств задействования дополнительных зарядов вышибного или газогенераторного типа, обеспечивающих требуемую задержку срабатывания, исключающую резкий взмыв давления в отсеке разделения, при одновременном совместном (или близком по отношению к друг другу) инициировании пороховых зарядов.
Учитывая малое время процесса разделения PC, эта задача требует тщательного подхода при выборе средств задействования зарядов, использующих, как правило, принципы прорывного газодинамического или вытяжного механического действия, обеспечиваемых наличием либо сменных доньев со штатными мембранами, разрушающимися при фиксированной нагрузке за счет различного типа утонений, либо вытяжных тяг регулируемой длины, связанных с отделяющимися элементами макета ГЧ и извлекающих заглушку из соплового канала дна, соединяющего рабочую полость с камерой сгорания, в требуемый момент процесса разделения.
Эта задача решается посредством использования сменной крышки камеры сгорания, в которой размещены заряды вышибного (зерненного) или газогенераторного (трубчатого) типа.
Указанный практический результат достигается за счет того, что в конструкции известного устройства для экспериментальной отработки разделяющихся PC (с составными источниками энергии), содержащих жесткое основание лоткового типа, на котором размещены исследуемый отсек разделения с рабочей полостью и узлом форсирования, пороховыми зарядами и средствами их задействования, макеты головной и ракетной частей снаряда и регистрирующая аппаратура, введена новая совокупность конструктивных узлов и элементов, изменены их взаимное расположение и связи.
В частности, снабжение отсека разделения форсажным зарядом
позволяет создать в отсеке разделения силовые и тепловые нагрузки, обеспечивающие разрушение узла форсирования, скрепляющего разделяемые элементы конструкции, и моделирование реальных условий работы отсека на начальном временном участке функционирования.
Снабжение отсека разделения камерой сгорания, в которой размещается дополнительный разгонный заряд вышибного или газогенераторного типа, формирует облик и содержание объекта испытаний, изменяемое в процессе проведения стендовых работ, в том числе и за счет наличия компенсаторов объема камеры сгорания.
Снабжение камеры сгорания средствами задействования различного типа необходимо для обеспечения функционирования отсека и обеспечивается наличием сменных доньев.
При этом для включения в работу разгонного заряда вышибного типа, представляющего из себя зерненные пороха типа ДРП, целесообразно использование средств задействования прорывного газодинамического действия, обеспечиваемого наличием сменного дна со штатными мембранами, разрушающимися при фиксированной нагрузке за счет наличия различного типа утонений. В случае же размещения в камере сгорания разгонного заряда газогенераторного типа, представляющего из себя трубчатые пороха типа ВБС-МГ, целесообразно для включения в работу использовать средства задействования механического действия, характеризующиеся наличием вытяжных тяг регулируемой длины, связанных с отделяющимися элементами макета ГЧ и извлекающих заглушку из соплового канала дна, соединяющего рабочую полость с камерой сгорания, в требуемый момент процесса разделения, наступающий, как правило, после формирования максимального давления, создаваемого в процессе работы форсажного заряда.
Одновременно, закрепление датчиков, регистрирующих изменение основных внутрибаллистических параметров процесса разделения, на неподвижных элементах макета ракетной части (в дне или оболочке), позволяет обеспечить сохранность и возможность их дальнейшего использования, а скрепление макета РЧ с неподвижным основанием устройства посредством убирающегося упора позволяет (путем проведения малочисленных испытаний) оценить влияние подвижности макета РЧ на точность определения внутрибаллистических параметров процесса разделения PC.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен общий вид устройства для экспериментальной отработки отсеков разделения реактивных снарядов с разгонным зарядом газогенераторного типа, а на фиг. 2 изображен поперечный разрез устройства с разгонным зарядом газогенераторного типа.
Устройство для экспериментальной отработки отсеков разделения PC с составными источниками энергии содержит жесткое основание лоткового типа 1, на котором размещены исследуемый отсек разделения 2 с узлом форсирования 3, форсажным пороховым зарядом 4 и средством задействования 6, макеты головной 7 и ракетной частей 8 снаряда.
Отсек разделения, снабженный форсажным зарядом 4, имеет камеру сгорания 11 со сменным дном 14 и компенсаторами объема 10, в которой размещается дополнительный разгонный заряд газогенераторного 12 или вышибного типа.
Разгонный заряд газогенераторного типа 12 снабжен средствами задействования вытяжного действия, обеспечиваемого наличием вытяжных тяг регулируемой длины 17, связанных с отделяющимися элементами макета головной части и извлекающих заглушку 16 из соплового канала дна, соединяющего рабочую полость с камерой сгорания в требуемый момент процесса разделения.
Для разгонного заряда вышибного типа используются средства задействования прорывного газодинамического типа действия, обеспечиваемого наличием сменных доньев 14 со штатными мембранами 13, разрушающимися при фиксированной нагрузке за счет наличия различного типа утонений.
Датчики 5, регистрирующие изменение основных внутрибаллистических параметров процесса разделения, закреплены на неподвижных элементах макета ракетной части, скрепленного с основанием устройства посредством убирающегося упора 9.
Работа экспериментального устройства начинается с подачи напряжения на средство инициирования 6 (типа МБ-5Н), обеспечивающее воспламенение форсажного заряда 4. Продукты сгорания форсажного заряда заполняют рабочую полость отсека разделения 2 и при величине давления, соответствующего давлению разрушения узла форсирования 3, начинается процесс разделения макетов ракетной и головной частей.
В процессе разделения макет головной части отходит от макета ракетной и при величине относительного перемещения их, соответствующего упору в гайку вытяжной тяги 17, начинается извлечение заглушки 16 из канала дна 15. Горячие продукты горения из зоны разделения 2 начинают поступать в камеру сгорания 11 и включают в работу газогенератор. Продукты сгорания газогенератора интенсивно поступают в рабочую полость отсека и тем самым обеспечивают эффективный отстрел головной части от ракетной.
В случае использования для ускорения макета ГЧ разгонного заряда вышибного типа, вместо вытяжной тяги для задействования вышибного заряда используются сменные донья со штатными мембранами 13, разрушающимися при фиксируемой нагрузке за счет наличия различного типа утонений. После включения разгонного заряда процесс разделения макетов развивается аналогично предыдущему варианту.
Изменение основных внутрибаллистических параметров в процессе разделения фиксируются датчиками давления и температуры 5, закрепленными на неподвижных элементах макета РЧ. Последнее позволяет сохранять дорогостоящие датчики и макет РЧ в процессе всего времени стендовых испытаний. В случае же проведения контрольных испытаний, сопровождаемых освобождением макета РЧ от основания посредством убирающегося упора 9, датчики вместе с макетом ударяются о преграду или ловушку и, как правило, разрушаются.
На практике процесс отработки отсека разделения проводится в 2 этапа.
На основном, первом этапе отработка выполняется на малогабаритном образце испытуемого разгонного заряда значительно меньшей массы, что достигается размещением компенсаторов массы в камере сгорания. Это позволяет резко снизить скорость движения ускоряемой ГЧ и тем самым максимально сохранить ее в процессе разделения. Таким образом, основная задача этого этапа отработки заключается в определении наиболее выгодного режима включения разгонного заряда в работу (времени задержки), находящегося после формирования максимального давления от срабатывания форсажного заряда и разрушения узла форсирования.
На втором, заключительном этапе отработки компенсаторы массы удаляются и камера сгорания снабжается полновесным разгонным зарядом вышибного или газогенераторного типа.
При этом одновременно убирается упор, удерживающий макет РЧ в процессе разделения. Тем самым производится незначительное количество контрольных опытов, подтверждающих рациональность выбранных параметров процесса разделения (давление, температура, скорость, перегрузка, время процесса) в полном интервале рабочих температур (±50°С) в условиях одновременного движения макетов головной и ракетной частей.
Указанные этапы испытаний проводятся для обоих типов зарядов. Причем в случае отработки заряда вышибного типа в качестве средств задействования прорывного газодинамического типа используются сменные донья со штатными мембранами, разрушающимися при фиксированной нагрузке за счет наличия различного типа утонений. В случае же отработки заряда газогенераторного типа в качестве средств задействования используются вытяжные тяги регулируемой длины, связанные с
отделяющимися элементами макета головной части и извлекающие заглушку из канала дна в требуемый момент процесса разделения.
Такой подход к проведению экспериментальных работ позволяет в условиях минимального нагружения элементов конструкции решить в стендовых условиях трудоемкую задачу по поиску времени рационального включения в работу разгонного заряда любого типа, исключающего одновременное (или близкое) формирование максимальных давлений от срабатывания форсажного и разгонного зарядов. А замена образцов зарядов незначительной массы на полноценную массу (определяемую по результатам теоретических исследований и, в случае необходимости, корректируемую по результатам экспериментальных работ) позволяет за счет снятия упора и наличия необходимых датчиков определить значения внутрибаллистических характеристик исследуемого процесса разделения в условиях, приближенных к реальным полетным условиям.
Практическое использование предлагаемого изобретения обеспечивает сохранность и многократность использования объекта испытаний, что позволяет сократить временные и финансовые затраты на разработку новых образцов вооружения.