СИЛОВАЯ ИМПУЛЬСНАЯ ГАЗОДИНАМИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА

Предложенное техническое решение относится к области силовых установок, работающих на горячих газах и продуктах сгорания, конкретно к импульсным силовым установкам с объемным расширением рабочего тела с поршневыми двигателями для приведения в действие циклически действующих механизмов автоматических машин с прямолинейным движением ведущего звена.
Известны образцы стрелкового оружия, в которых двигатель автоматики работает от газов, отводимых от дульного среза ствола. К таким образцам относится немецкая винтовка G-41 (W). Она имеет толкатель, кольцевой поршень, газовый цилиндр, надульник, выполняющий функции газовой камеры.
Недостатком этой конструкции является недостаточная эффективность и низкая работоспособность.
Наиболее близким техническим решением является газоотводный двигатель автоматического оружия с отводом газов от дульного среза ствола. Он содержит толкатель привода исполнительных механизмов, поршневую камеру, поршень со штоком, газоотвод, соединенный с поршневой камерой.
Недостатком этой конструкции является недостаточная работоспособность, живучесть и эффективность работы конструкции.
Задачей предложенного технического решения является повышение работоспособности и эффективности работы конструкции.
Поставленная задача достигается тем, что силовая импульсная газодинамическая установка, содержащая толкатель, поршневую камеру, поршень со штоком, газоотвод, соединенный с поршневой камерой, дополнительно оснащена накопительной камерой и пружиной, причем накопительная камера размещена за поршневой камерой и соединена с ней, а
пружина размещена в полости толкателя и прикреплена одним концом к внешней стороне корпуса поршневой камеры, поршень выполнен с рабочей частью, имеющей дроссельные каналы, расположенные на стороне, обращенной к штоку, а противоположная часть штока поршня выполнена с упорным элементом.
На Фиг.1 изображена принципиальная схема силовой импульсной газодинамической установки для приведения в действие механизмов циклически действующих автоматических машин. На Фиг.2 показано положение деталей силовой импульсной газодинамической установки в первом такте (наполнение накопительной камеры газом). На Фиг.3 показано положение деталей силовой импульсной газодинамической установки в начале второго такта (отсечка газа, начало рабочего хода поршня). На Фиг.4 показано положение деталей силовой импульсной газодинамической установки во втором такте (рабочий ход поршня). На Фиг.5 показано положение деталей силовой импульсной газодинамической установки в конце второго такта (сброс газов).
Силовая импульсная газодинамическая установка состоит из толкателя 1 привода исполнительных механизмов, штока 2 на одном конце которого размешен поршень 3 с дросселирующими канавками, а на другом упорный элемент 4. Поршень 3 с дросселирующими канавками и штоком 2 размещен в поршневой камере 5, соединенной с накопительной камерой 6 и с газовой магистралью 7 посредством газоотводного отверстия 8. Пружина 9 закреплена одним концом на корпусе поршневой камеры 5.
Предлагаемая силовая импульсная газодинамическая установка функционирует следующим образом. Подвижный поршень 3 коаксиально расположен в поршневой камере 5, которая ступенчато переходит в накопительную камеру 6. Пружина 9, расположенная на конце штока 2 с упорным элементом 4 одним концом закреплена на корпусе поршневой камеры 5, другим концом взаимодействует с упорным элементом 4 (выступами, буртом) на штоке 2, прижимает его к толкателю 1 привода исполнительных
1
2
1
механизмов. До поступления рабочего тела (сильно сжатых горячих газов, получившихся в результате сгорания топлива) в поршневую камеру 5, пружина 9 обеспечивает поршню 3 со штоком 2 занятие определенного положение в поршневой камере 5. В этом положении головка поршня 3 перекрывает сечение поршневой камеры 5 в месте ее перехода в накопительную камеру 6. Поршень 3 со штоком 2 и упорным элементом 4 имеет возможность перемещаться вдоль продольной оси поршневой камеры 5: вперед на величину перепускного хода l, и назад на величину рабочего хода l. При перемещении поршня 3 со штоком 2 и упорным элементом 4 вперед на величину перепускного хода l, пружина 9 сжимается, стремясь вернуть поршень 3 со штоком 2 и упорным элементом 4 в исходное (нормально закрытое) положение.
Силовая импульсная газодинамическая установка располагается на газовой магистрали 7 высокого давления впереди камеры сгорания в направлении движения газового потока, при этом канал газовой магистрали 7 сообщается с поршневой камерой с помощью газоотводного отверстия 8. Функционирование предлагаемой схемы силовой импульсной газодинамической установки происходит в два этапа (такта). Рассмотрим их.
Функционирование силовой импульсной газодинамической установки в I такте.
1
Образовавшийся в процессе горения топлива в камере сгорания, соединенной с газовой магистралью 7 горячий сильно сжатый газ толкает пенетратор по газовой магистрали 7. После пересечения задним срезом пенетратора входа в газоотводное отверстие 8, газ по нему поступает в поршневую камеру 5. Поршень 3 со штоком 2 и упорным элементом 4 под воздействием скоростного напора и давления газа перемещается вперед на величину хода l, пружина 9, находящяяся на штоке 2 с поршнем 3 при этом сжимается. При перемещении поршня 3 со штоком 2 и упорным элементом 4 вперед, в головке поршня 3 открываются перепускные (дросселирующие)
каналы, по которым газ поступает в накопительную камеру 6. Накопительная камера 6 начинает заполняться газом высокого давления, поступающим из газовой магистрали 7. В это время сам поршень 3 под воздействием давления и скоростного напора газа, поступающего из газовой магистрали 7, будет находиться в открытом (крайнем переднем) положении, дросселирующие каналы поршня 3 полностью открыты, пружина 9 сжата (Фиг.2).
Направление движения поршня 3 со штоком 2 и упорным элементом 4 при заполнении рабочих полостей силовой импульсной газодинамической установки рабочим телом противоположно его движению при рабочем ходе. Эта особенность устройства силовой импульсной газодинамической установки позволяет избежать силового воздействия поршня 3 со штоком 2 и упорным элементом передаточный механизм автоматической машины и преждевременного приведения ее в действие в период заполнения накопительной камеры.
Поступление (отвод) газа из газовой магистрали 7 в рабочие полости силовой импульсной газодинамической установки и его аккумуляция в накопительной камере будет происходить до тех пор, пока давление газа в накопительной камере 6 и поршневой камере 5 не сравняется с давлением в газовой магистрали 7.
Когда рабочие полости силовой импульсной газодинамической установки будут заполнены газом высокого давления, отведенным из газовой магистрали 7, термогазодинамическая система «газовая магистраль 7 - поршневая камера 5 - накопительная камера 6» установки придет в равновесие. Для эффективной работы силовой импульсной газодинамической установки, момент наступления равновесия термогазодинамической системы должен быть обеспечен не позднее пересечения донным срезом пенетратора выходного среза газовой магистрали 7, в идеальном случае - на самом выходном срезе. На этом первый такт работы силовой импульсной газодинамической установки заканчивается.
Функционирование силовой импульсной газодинамической установки во II такте
1
После покидания пенетратором газовой магистрали 7, давление в ней резко падает и термогазодинамическая система «газовая магистраль 7 - поршневая камера 5 - накопительная камера 6» выходит из равновесия. Газ, находящийся в поршневой камере 5 через газоотводное отверстие 8 начинает перетекать в газовую магистраль 7, давление в поршневой камере 5 падает. При этом поршень 3 со штоком 2 и упорным элементом 4 под воздействием давления газа, находящегося в накопительной камере 6, и сжатой пружины 9, перемещается назад на величину хода l, в результате чего дросселирующие каналы поршня 3 закрываются - происходит отсечка (изоляция) порции газа в накопительной камере 6 (Фиг.3).
В этом такте работы силовой импульсной газодинамической установки пружина 9 обеспечивает гарантированный, не зависящий от величины давления в накопительной камере 6 возврат поршня 3 в исходное (закрытое) положение и перекрытие перепускных (дросселирующих) каналов в поршне 3, что увеличивает эффективность работы дросселирующего узла.
2
В момент окончания отсечки газа, шток 2 поршня 3 присоединяется к толкателю 1 передаточного механизма автоматической машины. Газ, аккумулированный в накопительной камере 6, расширяется, и, воздействуя на рабочую поверхность поршня 3, перемещает его назад на величину рабочего хода l, при этом его шток 2 через толкатель 1 приводит в действие ведущее звено механизма автоматической машины (Фиг.4).
После прихода поршня 3 в крайнее заднее положение, передний срез его головки пересекает выходное газоотводное отверстие 8, и отработанный газ из накопительной камеры 6 сбрасывается в газовую магистраль 7 и далее в атмосферу (Фиг.5).
Предложенное новое техническое решение прошло успешные испытания, где была доказана его работоспособность и эффективность. Силовая
импульсная газодинамическая установка показала высокую удельную мощность и малое время срабатывания (8...12 мс.)