ГАЗОГЕНЕРАТОР
GAS GENERATOR

Изобретение относится к области пиротехники и предназначено для функционирования в качестве источника генерируемого при горении пиротехнического заряда газа, который используется для приведения в действие через заданные промежутки времени двух и более исполнительных механизмов.
Уровень данной области техники характеризует конструкция пиротехнического газогенератора для реактивных снарядов с задержкой воспламенения, описанного в патенте US 5088412, F42C 9/10, 1992 г., который содержит корпус с последовательно расположенными в нем инициирующим элементом, системой временной задержки и газогенерирующим зарядом.
При подаче электрического напряжения на мостик накаливания происходит воспламенение заряда в инициирующем элементе. От форса пламени сгорающего инициирующего элемента зажигается первый замедлительный заряд в системе временной задержки.
После сгорания зарядов системы временной задержки воспламеняется газогенерирующий пиротехнический заряд. Импульс давления, образующийся при накоплении газообразных продуктов горения этого пиротехнического заряда, обеспечивает работу одного исполнительного механизма в реактивном снаряде.
Задержка воспламенения газогенерирующего заряда задается временем сгорания зарядов, спрессованных из замедлительного пиротехнического состава.
Данная конструкция газогенератора позволяет инициировать работу только одного исполнительного механизма, что ограничивает функциональные возможности и область применения по назначению.
Отмеченный недостаток устранен в устройстве для генерирования газов по патенту RU 2275957 С1, В01J 7/00; F42C 9/10, 2006 г., предназначенном для создания от одного источника нескольких импульсов давления, используемых для разновременного приведения в действие различных исполнительных механизмов.
Указанная конструкция по технической сущности и числу совпадающих признаков выбрана в качестве наиболее близкого аналога предложенному многофункциональному устройству для генерирования газа.
Известное устройство для генерирования газа содержит корпус, в котором расположены инициирующий элемент, связанный огнепередаточными каналами с газогенерирующим зарядом и пиротехническим замедлителем, сообщающимся с дополнительным функциональным зарядом, в частности газогенерирующим, смонтированным в осесимметричной трубчатой оболочке, выходное отверстие которой закрыто мембраной.
При этом оба газогенерирующих заряда срабатывают от одного инициирующего импульса: установленный в корпусе непосредственно, а более позднего срабатывания - через пиротехнический замедлитель, - после его сгорания, причем центральный огнепередаточный канал к пиротехническому замедлителю размещен внутри первого канального газогенерирующего заряда, бронированного изнутри, что определяет торцевое его горение.
Известное устройство имеет компактную конструкцию, в которой газогенерирующие заряды функционируют автономно от одного инициирующего элемента, что обеспечивает повышение надежности срабатывания.
Недостатком известного многоканального устройства является унификация функций только по генерированию газов, высокая температура которых на выходе ограничивает применение по назначению.
Кроме того, торцевое горение газогенерирующих зарядов снижает быстродействие по формированию заданного импульса давления, которое при наддуве рабочей емкости стремительно снижается из-за неизбежных люфтов и конструкционных зазоров. Для компенсации утечек газа вынужденно используют заряд заведомо большей массы, что непродуктивно и не всегда возможно из-за стесненных объемов устройства.
Продолжением достоинств являются присущие недостатки. Так, параллельное инициирование двух функциональных зарядов от одного импульса ограничивает пространственную удаленность заряда, оснащенного замедлителем, что требует комплектации дополнительными передающими элементами, которые монтируются в специальных насадках.
Выполнение мембран газовыводов проточкой материала корпуса надежно перекрывает проходное сечение в служебном обращении и при хранении, но не обеспечивает точности по передаче импульса давления на исполнительные механизмы из-за вариативности времени разрушения мембран, отличающихся толщиной, структурой и прочностью металла.
Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является расширение технологических возможностей, повышение функциональной надежности газогенератора, качества и эффективности его действия по назначению.
Требуемый технический результат достигается тем, что в известном газогенераторе, содержащем инициирующий элемент, помещенный в осевой втулке, совмещенной с крышкой, оснащенной каналами сообщения с замедлителем, в оболочке которого последовательно размещены пиротехнические шашки замедленного горения, и с двумя газогенерирующими зарядами, помещенными в корпусе, который оснащен газовыводами, согласно изобретению газогенерирующие заряды установлены в корпусе коаксиально, выполнены канальными разновысокими, разделены воспламенительными таблетками, распределенными в зазоре между ними, и опираются на пакет металлических сеток, примыкающий к газовыводам, причем ячейки соседних сеток в пакете имеют разный периметр и относительно смещены, а осевая втулка размещена внутри канальных газогенерирующих зарядов, инициирующий элемент которой отделен от замедлителя диафрагмой с мерным проходным отверстием, которая закреплена на уступе его оболочки, где установлен усилительный воспламенительный заряд, взаимодействующий с инициирующим элементом, при этом резьбовая крышка опирается на газогенерирующие заряды через упругий элемент, а на входе осевого канала крышки выполнен эксцентрический выступ, газовыводы снаружи корпуса закрыты уплотнительной прокладкой, а усилительный воспламенительный заряд выполнен в форме канальных пороховых шашек.
Отличительные признаки обеспечили предложенному газогенерирующему устройству универсальность компактной конструкции, более точное раздельное выполнение разных функциональных технологических и управляющих действий, а также новое качество за счет дополнительного охлаждения и очистки генерируемого газа.
Размещение газогенерирующих зарядов коаксиально в корпусе является рациональным для установки в их канале осевой втулки с инициирующим элементом и дополнительно усилительного заряда устройства временной задержки, что создает компактность плотной взаимосвязи структурных элементов воспламенителя. При этом коммуникационные каналы инициирующего элемента располагаются в непосредственной близости от поджигаемых зарядов, что повышает функциональную надежность многофункционального газогенерирующего устройства в целом.
Надежность и быстродействие при воспламенении газогенерирующих зарядов увеличивается от дополнительного размещения распределенных по примыкающим их торцам воспламенительных таблеток, которые имеют повышенную чувствительность к тепловому импульсу.
Выполнение газогенерирующих зарядов канальными обеспечило развитие поверхности горения и, следовательно, увеличился газоприход, что необходимо для быстродействия исполнительных элементов функциональной системы.
Разная высота газогенерирующих зарядов, которая определяет время их горения, обеспечивает после окончания горения меньшего заряда, за счет догорания более высокого заряда, дополнительный газовый наддув рабочей емкости, компенсируя в ней утечки через конструктивные люфты и зазоры, что исключает в течение заданного времени падение уровня давления ниже необходимого.
Установка между газогенерирующими зарядами и газовыводами корпуса пакета металлических сеток, ячейки в соседних из которых имеют разный периметр и относительно смещены, необходима для механической задержки конденсированной фазы при прохождении генерируемого газа и заметного его охлаждения при торможении в распределенных лабиринтных каналах, с учетом теплоотдачи газа металлическим сеткам пакета.
Отделение инициирующего элемента от замедлителя посредством диафрагмы с мерным проходным отверстием, закрепленной в оболочке устройства временной задержки перед пиротехническими замедлительными шашками, не препятствует проходу горячих продуктов горения усилительного заряда для их стабильного и динамичного воспламенения, но предотвращает обратный выброс в корпус продуктов горения замедлительных шашек, так как является большим аэродинамическим сопротивлением. В результате этого объем горения пиротехнических замедлительных шашек локализован оболочкой устройства замедления, что служит стабилизации времени задержки до выдачи рабочего огненного форса.
Установка диафрагмы на уступе оболочки является простейшим средством ее фиксации в заданном положении в условиях динамического нагружения силами давления.
Оснащение устройства временной задержки дополнительным усилительным зарядом расширяет его технологические возможности по использованию различной протяженности пиротехнических замедлительных шашек, обеспечивая стабильное их воспламенение и горение. Взаимодействие дополнительного усилительного заряда с инициирующим элементом позволяет варьировать месторасположением замедлителя относительно управляемых устройств без потери стабильности срабатывания и тепловой энергии рабочего импульса.
Связь крышки с корпусом на резьбе обеспечивает технологичность сборки воспламенителя и жесткое их крепление в сборе. При этом крышка через упругий элемент (пружину) фиксирует примыкающие структурные элементы в конструкционный функциональный моноблок, обеспечивая расчетный зазор между газогенерирующими зарядами и уплотнение металлических сеток в пакет, служащий в качестве фильтра-охладителя.
Выполнение на входе осевого канала крышки эксцентрического выступа гарантированно обеспечивает доступ тепловому импульсу от пиропатрона к инициирующему элементу внутри корпуса при условии, что фрагмент разрушенной при запуске пиропатрона мембраны не перекроет входного отверстия по определению.
Установка уплотнительных прокладок на газовыводы снаружи корпуса предотвращает в начале работы подсос газовой среды из наддуваемой емкости и противодавление в фильтре-охладителе, снижающее эффективность функционирования.
Выполнение инициирующего элемента и усилительного заряда устройства задержки в форме канальных пороховых шашек повышает эффективность и надежность функционирования по назначению.
Следовательно, каждый существенный признак необходим, а их совокупность является достаточной для достижения новизны качества, неприсущей признакам в разобщенности, то есть поставленная в изобретении техническая задача решается не суммой эффектов, а новым сверхэффектом суммы признаков.
Проведенный сопоставительный анализ предложенного технического решения с выявленными аналогами уровня техники, из которого изобретение явным образом не следует для специалиста по пиротехнике, показал, что оно неизвестно, а с учетом возможности промышленного серийного изготовления многофункционального воспламенителя на действующем производстве можно сделать вывод о соответствии критериям патентоспособности.
Сущность изобретения поясняется чертежом, который имеет чисто иллюстративную цель и не ограничивает объема притязаний совокупности признаков формулы.
На чертеже изображено предложенное многофункциональное устройство для генерирования газов.
Газогенератор содержит цилиндрический корпус 1, закрытый резьбовой крышкой 2, в которой смонтирована осевая втулка 3, несущая инициирующий элемент 4, представляющий собой канальную пороховую шашку.
Осевая втулка 3 сообщается через центральный канал 5 с внешним механизмом термозапуска.
Инициирующий элемент 4 связан посредством радиальных огнепередаточных каналов 6 с канальными шашками 7 и 8 газогенерирующего заряда, внутри которого смонтирована осевая втулка 3, а через продольный огнепередаточный канал 9 - с соосным усилительным пороховым зарядом 10 пиротехнического замедлителя 11.
В трубчатой оболочке 12 замедлителя 11, оснащенного исполнительной шашкой 13 воспламенительного состава, установлен замедлительный высоко шлакующийся пиротехнический заряд 14, который отделен диафрагмой 15, имеющей мерное проходное калиброванное запальное отверстие (условно не показано), от канальных пороховых шашек усилительного заряда 10.
Диафрагма 15 установлена на уступе 16 стакана 17, несущего усилительный заряд 10, и прижата посредством ввинченной трубчатой оболочки 12 замедлителя 11. Таким образом, диафрагма 15 пространственно зафиксирована, препятствуя возможному перемещению снаряжения замедлителя 11 в работе.
Выходное отверстие оболочки 12 закрыто сгорающей мембраной 18.
Пиротехнические шашки 7 и 8 газогенерирующего заряда, смонтированные коаксиально корпусу 1, имеют разную высоту, предпочтительно шашка 8 больше шашки 7, что определяет соответственно продолжительность времени их горения.
В зазоре между шашками 7 и 8, по их периметру, расположены воспламенительные таблетки 19, чувствительные к тепловому импульсу.
Шашки 7, 8 и таблетки 19 находятся в силовом замыкании под действием сил упругости пружины 20 резьбовой крышки 2, завинчиваемой до упора в корпус 1. При этом шашка 8 газогенерирующего заряда опирается через монтажную решетку 21 на теплоемкий газопроницаемый пакет 22 из металлических сеток, который служит в качестве фильтра, механически задерживающего конденсированную фазу из газообразных продуктов горения шашек 7 и 8, и эффективного охладителя, конвективно отбирающего большую часть тепловой энергии от протекающих газов.
Особенностью газопроницаемого пакета 22 является то, что ячейки соседних сеток имеют разный периметр - проходное сечение - и смещены относительно друг друга (условно не показано), что создает лабиринтную систему поперечных каналов, в которых активизируется теплообмен за счет торможения и разворота распределенных тонких струй генерированного газа.
Пакет 22 примыкает к газовыводам 23 корпуса 1, которые снаружи перекрыты прокладками 24.
На внешней стороне крышки 2 выполнен эксцентричный выступ 25, смещенный относительно центрального запального канала 5.
Функционирует газогенератор следующим образом.
От воздействия внешнего форса пламени через затравочный центральный канал 5 воспламеняются пороховые шашки 4, при горении которых тепловым импульсом инициируется горение канальных пиротехнических шашек 7, 8 пороховых шашек 10 усилительного заряда через радиальные каналы 6 и центральный канал 8 соответственно.
При горении шашек 7 и 8 генерируются газообразные продукты, которые формируют заданный импульс избыточного давления, а чувствительные к тепловому импульсу пороховые шашки 10 усиливают тепловую энергию, передаваемую на замедлитель 11, который установлен на необходимом удалении, примыкая к исполнительному механизму основного изделия.
Возросшим давлением внутри корпуса 1 генерируемые газообразные продукты горения шашек 7 и 8 продавливаются через сетчатый пакет 22 фильтра-охладителя, где раскаленные конденсированные частицы оседают на проволоке сеток, а тонкие струи распределенного газа эффективно охлаждаются за счет конвективной теплопередачи при контакте с металлическими сетками и при торможении и разворотах в лабиринтах пакета 22.
На выходе из газогенератора выводные отверстия 23 освобождаются от уплотнительных прокладок 24 под действием возросшего внутри пика давления, в результате рабочий объем основного изделия импульсно наддувается избыточным давлением поступивших газов, очищенных от раскаленных твердых частиц с температурой ниже 100°С (холодных), как предписано техническим заданием.
После завершения горения шашки 7 остаток шашки 8 продолжает гореть для генерирования дополнительного объема газов, которые компенсируют утечки из рабочего объема, чем обеспечивается стабильность необходимого уровня давления наддува.
При этом тепловой импульс от горения пороховых шашек 10 через мерное отверстие диафрагмы 15 воспламеняет пиротехнический медленно горящий состав шашек замедлительного заряда 14, горение которых обеспечивает расчетное время замедления по передаче инициирующего импульса на соосный воспламенительный состав 13 в трубчатой оболочке 12 замедлителя 11.
При этом шлаковый остаток от сгорающих шашек 10, представляющих собой большое аэродинамическое сопротивление, перекрывает отверстие в диафрагме 15, изолируя объем замедлителя 11 для стабилизации режимов горения шашек замедлительного заряда 14.
Огненный форс, образующийся при горении воспламенительного порохового состава шашки 13, прожигая мембрану 18, подается на инициирование исполнительного механизма основного изделия.
Таким образом, независимо осуществляются физически и по назначению разные функции устройства от одного инициирующего элемента, обеспечивая на выходе холодный отфильтрованный газ для наддува емкости ответственного изделия и задержанный на заданное время воспламенительный импульс управления, подаваемый на регулируемую дистанцию к исполнительному рабочему механизму.
Положительные результаты испытаний опытного образца предложенного многофункционального устройства подтвердили достижение необходимых результатов, регулируемых в пределах заданных диапазонов параметров, импульсов давления холодного газа и воспламенительного, что определяет целесообразность разработки технической документации на серийное производство газогенераторов для поставки заказчикам.