СТРЕЛЯЮЩИЙ МЕХАНИЗМ

Предлагаемая полезная модель относится к области авиации и может быть использована, например, в парашютных системах спасения с помощью взрывных устройств, а также в других системах для отделения полезной нагрузки.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является стреляющий механизм (см. книгу «Средства спасения экипажа самолета», авторы С.М.Алексеев, Я.В.Балкинд и др., Москва, «Машиностроение», 1975г., стр. 129, рис. 4.1), содержащий наружную и внутреннюю трубы, соединенные телескопически, осевой упор и пиропатрон, установленный в одной из труб. Все данные существенные признаки есть и в предлагаемом техническом решении.
Недостатками данного стреляющего механизма являются: во-первых, значительные виброударные нагрузки при опорожнении газовых полостей труб после завершения рабочего хода, во-вторых, воздействие высокотемпературной струи на конструкцию после завершения рабочего хода, в-третьих, значительный акустический шум, связанный с ударно-волновыми процессами, происходящими в начальной фазе сброса газов (см. например, книгу «Внутренняя баллистика ствольных систем и пороховых ракет», автор М.Е.Серебряков, Москва «Оборонгиз», 1962г., стр.377), в-четвертых, достаточно большие линейные размеры телескопического соединения.
Предлагаемой полезной моделью решается техническая задача снижения виброударных нагрузок, уменьшения воздействия высокотемпературной струи на конструкцию, снижение акустического шума, а также уменьшение габаритов.
н
н
н
тр
тр
тр.
Для решения данной технической задачи в стреляющем механизме, содержащем соединенные телескопически наружную и внутреннюю трубы, осевой упор и установленный в одной из труб пиропатрон, осевой упор выполнен в виде полки выборки внутри наружной трубы. При этом максимальный эффект достигается при ширине полки δ=(0,05-0,2)d , и глубине выборки L=(0,1-10) d , где d  - величина внутреннего диаметра наружной трубы.
При этом для усиления эффекта во внутренней трубе может быть установлен сопловой блок и (или) наружная труба в зоне осевого упора может содержать выходные окна.
Для предотвращения непроизвольной расфиксации телескопического соединения наружная труба может быть зафиксирована относительно внутренней фиксатором с возможностью его расфиксации при достижении определенного давления.
н
н
н
тр
тр
тр
Отличительными признаками предлагаемого стреляющего механизма является то, что осевой упор выполнен в виде полки выборки внутри наружной трубы. Кроме того, дополнительно максимальный эффект достигается при ширине полки δ=(0,05-0,2) d , и глубине выборки L=(0,1-10) d ., где d  - величина внутреннего диаметра наружной трубы, а также во внутренней трубе может быть установлен сопловой блок и (или) наружная труба в зоне осевого упора может содержать выходные окна, наружная труба может быть зафиксирована относительно внутренней фиксатором с возможностью его расфиксации при достижении определенного давления.
Благодаря наличию данных отличительных признаков в совокупности с известными достигается следующий результат. Примерно в два раза снижаются виброударные нагрузки, уменьшается воздействие струи на конструкцию летательного аппарата, снижается акустический шум, а при установке во внутреннюю трубу соплового блока на 30-40% сокращается длина телескопического соединения или на 10-15% увеличивается скорость
разгона отделяемой полезной нагрузки при сохранении первоначальных габаритов.
В результате поиска по источникам патентной и научно-технической информации, решений, содержащих аналогичные признаки, не было обнаружено. Таким образом можно сделать заключение о том, что предложенное решение не известно из уровня техники и, следовательно соответствует критерию охраноспособности - «новое».
Предложенное техническое решение может найти применение, например, в авиации - в парашютных системах спасения, или системах отделения полезной нагрузки, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «промышленная применимость».
Полезная модель поясняется эскизом.
На фиг.1 представлен стреляющий механизм с размещением соплового блока на входе внутренней трубы.
На фиг.2 представлен стреляющий механизм с размещением соплового блока на оконечной части внутренней трубы.
На фиг.3 представлено телескопическое соединение стреляющего механизма с отверстиями в наружной трубе вблизи осевого упора.
На фиг.4 представлено телескопическое соединение стреляющего механизма с продольными каналами в наружной трубе вблизи осевого упора.
Представленный на фиг.1, 2 стреляющий механизм для парашютной системы спасения содержит наружную трубу 1 и внутреннюю трубу 2, соединенные телескопически, осевой упор 3, пиропатрон 4, установленный в основании трубы 2, фиксатор 5.
Во внутренней трубе 2 телескопического соединения может быть установлен сопловой блок 6.
Внутренняя труба 2 скреплена с конструкцией летательного аппарата 7, а наружная труба в зоне осевого упора 3 соединена фалом с парашютом (на чертеже не приведены).
Для более эффективного сброса газа, позволяющего предельно снизить виброударные нагрузки и исключить воздействие высокотемпературных продуктов сгорания, сбрасываемых из полости наружной трубы 1, на конструкцию летательного аппарата, отвод газов может быть реализован по симметрично расположенным в наружной трубе 1, у осевого упора 3, отверстиям 8 (см. фиг.3), выполняющим функцию дульного тормоза.
Отверстия 8 могут быть заменены симметричными окнами 9 щелевой формы (см фиг.4).
Устройство работает следующим образом.
При подаче электрического импульса на пиропатрон 4 продукты сгорания навески пиропатрона 4 по внутренней трубе 2 поступают через дроссельное отверстие или сопловой блок 6 в замкнутую полость наружной трубы 1. При достижении усилия, определяемого как произведение давления газов на величину площади внутреннего поперечного сечения трубы 1, равного усилию среза шпильки (фиксатора) 5 наружная труба 1, выполняющая функцию разгоняемого груза, начнет перемещаться относительно неподвижной внутренней трубы 2.
Величина диаметра дроссельного отверстия или минимального диаметра соплового блока 6 назначается исходя из требуемых динамических параметров.
Установка соплового блока 6 во внутреннюю трубу 2 позволяет реализовать сверхзвуковое перетекание газообразных продуктов сгорания рабочей навески пиропатрона 4 в полость наружной трубы 1, тем самым обеспечить взаимодействие сверхзвуковой струи со стенками и торцем наружной трубы 1 и реализовать ударно-волновой процесс в ней.
При образовании ударной волны уплотнение газа обеспечивается путем перемещения его молекул из слоев, лежащих за зоной сжатия, в связи с чем образуется волна разрежения.
Уплотнение среды действует на наружную трубу 1 и толкает ее относительно неподвижной трубы 2 с большей силой по сравнению с теми
стреляющими механизмами, в которых реализуется адиабатное расширение газа на рабочем ходе, что позволяет сократить длину телескопического соединения (~ на 30-40%) при фиксированном значении скорости разгона наружной трубы 1 или увеличить скорость разгона наружной трубы при заданной длине телескопического соединения не менее, чем на 10-15%. Данные результаты были подтверждены испытаниями стреляющего механизма.
С момента выхода из сопряжения труб 1 и 2 после завершения рабочего хода реализуется сброс отработанных газов через кольцевой зазор величиной δ, на длине L (см. фиг.3).
Газ может сбрасываться дополнительно через отверстия 8 или окна 9 в наружной трубе (см. фиг.3,4).
По литературным и экспериментальным данным выход трубы 1 из сопряжения с трубой 2 телескопического соединения сопровождается начальной фазой истечения газов, которая характеризуется мощным ударно-волновым процессом длительностью около 0,001с, связанным с изменением направления, скорости течения газа в трубе 1 и высокими значениями давления газов в полости трубы 1 к концу завершения рабочего хода.
При наличии кольцевого зазора δ на длине L обеспечивается адиабатное истечение газа без резкого изменения состояния газа в струе около выходного отверстия. Начальная фаза при этом практически исключается.
Так как предлагаемое устройство содержит кольцевой зазор § на длине L, тем самым реализуется программный сброс газа, позволяющий уменьшить интенсивность истекающей из наружной трубы 2 газовой струи примерно в 2 раза.
Стреляющий механизм сообщает скорость порядка 24 м/с (см., например, книгу «Средство спасения экипажа», авторы С.М.Алексеев, Я.В.Балкинд и др. Москва, «Машиностроение», 1975г., стр.133).
к
С учетом условий применения стреляющего механизма, например, для парашютной системы спасения принимаем скорость разгоняемого груза в конце рабочего хода поршня V=10-100 м/с, а из конструктивных соображений внутренний диаметр наружной трубы может составлять 10-100 мм.
Длина зазора в телескопическом соединении может быть вычислена:
к
ув
L=Vτ,
ув
тp
н
где: τ - длительность ударно-волнового процесса при сбросе газа отсюда, L=(0,l-10)d .
Относительная площадь поперечного сечения кольцевого зазора равная отношению указанной площади к площади внутреннего поперечного сечения наружной трубы может быть определена:
заз.
тр
тp.
тр
н
н
н
S=S/S =4δ/d , отсюда δ=S/4·d .
Анализ результатов расчета динамики сброса отработанных газов после выхода телескопических труб из сопряжения показал, что наиболее оптимальной величиной относительной площади S, обеспечивающей достаточный сброс газа из полости наружной трубы через кольцевой зазор является
S=0,3-0,7.
При этом, спад давления в полости наружной трубы, обусловленный перетоком газа через кольцевой зазор 6 составляет 35-70% от его величины перед началом сброса.
Расчет был выполнен по методике, изложенной в книге «Внутренняя баллистика ствольных систем и пороховых ракет», автор М.Е.Серебряков, Москва, «Оборонгиз», 1962г., стр.379, формулы 6.10-6.13.
н
тр.
Следовательно, δ=(0,05-0,2)d
Уменьшение интенсивности струи позволяет снизить виброударные нагрузки, а ослабление ударно-волнового процесса в начальной фазе
истечения (процесс, обратный явлению пересжатой волны) позволяет дополнительно уменьшить акустический шум, что подтверждено испытаниями предложенного стреляющего механизма.
Таким образом, предлагаемый стреляющий механизм позволяет снизить виброударные нагрузки примерно в 2 раза, уменьшить воздействие струи на конструкцию летательного аппарата, снизить акустический шум, а при установке во внутреннюю трубу соплового блока сократить длину телескопического соединения на 30-40%, или увеличить скорость разгона отделяемой полезной нагрузки не менее, чем на 10-15%.