ГАЗОДИНАМИЧЕСКИЙ ИСТОЧНИК ДАВЛЕНИЯ

Изобретение относится к испытательной технике. Преимущественная область применения - быстродействующие исполнительные механизмы подвижных объектов.

Для разгона снарядов и других объектов в ствольных баллистических установках, как правило, используют пороховые источники давления, включающие в себя корпус, пороховой заряд, воспламенитель и средство воспламенения. При этом роль корпуса источника давления выполняет либо гильза, либо часть ствола, либо отдельная камера сгорания. Воспламенитель, изготовленный из дымного ружейного пороха, обычно располагают в основании заряда, со стороны средства воспламенения (см. Златин Н.А., Мишин Г.И. «Баллистические установки и их применение в экспериментальных исследованиях». М.: Наука, 1974 г., с.106). Конструкции таких источников давления не могут быть использованы для задействования быстродействующих исполнительных механизмов.

Известен газодинамический источник давления (патент РФ №2135926, МПК6 F41 F 1/00, оп. 27.08.99 г. Бюл. №24), выбранный в качестве прототипа. Газодинамический источник давления имеет полый корпус с соплом, воспламенитель с инициирующим устройством и пороховой заряд.

Недостатками данного источника давления являются:

- нестабильность рабочих характеристик вследствие неполноты сгорания заряда из-за выброса через сопло части пороховых зерен;

- отсутствие надежной фиксации порохового заряда и, соответственно, возможность его перемещения внутри корпуса, из-за чего могут иметь отказы в работе источника давления, размещенного на подвижном объекте.

Решаемой технической задачей является создание газодинамического источника давления для задействования быстродействующих исполнительных механизмов подвижных объектов.

Ожидаемый технический результат заключается в повышении стабильности воспроизведения внутрибаллистических параметров газодинамического источника давления и надежности его работы, а также технологичности (удобство снаряжения).

Технический результат достигается за счет использования газодинамического источника давления, содержащего полый корпус с соплом, воспламенитель с инициирующим устройством и пороховой заряд, при этом воспламенитель с инициирующим устройством установлены в стакане, размещенном в гильзе. Донья стакана и гильзы перфорированы и обращены в сторону, противоположную соплу, причем площадь перфорации в дне гильзы больше площади перфорации в дне стакана. На внутренней боковой поверхности гильзы выполнен выступ с возможностью упора в него дна стакана. На внутренней боковой поверхности корпуса газодинамического источника давления также выполнен выступ, а на открытом торце гильзы - бурт для фиксирования гильзы между корпусом и соплом от продольного перемещения внутри полости корпуса. Между соплом и открытым торцом гильзы установлена первая диафрагма. Пороховой заряд размещен в полости гильзы, ограниченной доньями стакана и гильзы. На указанных доньях в полости размещения порохового заряда установлены вторая и третья диафрагмы, выполненные из разрушаемого под действием пороховых газов материала. Длина стакана выбирается из соотношения:

где V_cp - средняя скорость движения недогоревших частиц пороха в объеме стакана, м/с;

δ - толщина горящего свода остатков пороховых зерен, просочившихся через перфорированное дно стакана, м;

U_гор - скорость горения пороховых зерен, м/с.

Сопоставительный анализ предлагаемого газодинамического источника давления и прототипа показывает, что заявляемый газодинамический источник давления отличается от прототипа следующей совокупностью новых конструктивных признаков:

- воспламенитель с инициирующим устройством, установленным в стакане;

- стакан размещен в гильзе;

- донья стакана и гильзы перфорированы, причем площадь перфорации в дне гильзы больше площади перфорации в дне стакана;

- донья стакана и гильзы обращены в сторону, противоположную соплу;

- на внутренней боковой поверхности гильзы выполнен выступ с возможностью упора в него дна стакана;

- на внутренней боковой поверхности корпуса газодинамического источника давления выполнен выступ, а на открытом торце гильзы - бурт для фиксирования гильзы между корпусом и соплом от продольного перемещения внутри полости корпуса;

- между соплом и открытым торцом гильзы установлена первая диафрагма;

- пороховой заряд размещен в полости гильзы, ограниченной доньями стакана и гильзы;

- на доньях стакана и гильзы в полости размещения порохового заряда установлены вторая и третья диафрагмы, выполненные из разрушаемого под действием пороховых газов материала;

- длина стакана выбирается из соотношения:

где V_cp - средняя скорость движения недогоревших частиц пороха в объеме стакана, м/с;

δ - толщина горящего свода остатков пороховых зерен, просочившихся через перфорированное дно стакана, м;

U_гор - скорость горения пороховых зерен, м/с.

Размещение воспламенителя с инициирующим устройством в стакане исключает возможность соударения воспламенителя и порохового заряда при перемещении объекта.

Размещение стакана в гильзе обеспечивает удобство снаряжения газодинамического источника давления.

Выполнение перфорации в дне стакана обеспечивает сообщение полостей стакана и гильзы для поджига порохового заряда форсом пламени при инициировании воспламенителя и последующего перетекания продуктов сгорания порохового заряда через сопло к исполнительному механизму. Выполнение перфорации в дне гильзы, площадь которой выбирается большей площади перфорации в дне стакана, дает возможность продуктам сгорания порохового заряда и несгоревшим пороховым частицам перетечь в донный объем корпуса, в котором происходит дальнейшее догорание пороховых зерен. Догорание зерен в донном объеме корпуса и последующий обратный переток продуктов сгорания порохового заряда через перфорацию в гильзе и стакане к соплу способствуют более полному сгоранию пороха, что, в свою очередь, обеспечивает стабильное воспроизведение внутрибаллистических характеристик источника давления.

Ориентация доньев стакана и гильзы в сторону, противоположную соплу, формирует направление потока продуктов сгорания порохового заряда в донный объем корпуса.

Снабжение внутренней боковой поверхности гильзы выступом, выполненным с возможностью упора в него дна стакана, исключает перемещение стакана в гильзе и деформирование порохового заряда.

Снабжение внутренней боковой поверхности корпуса газодинамического источника давления выступом, а открытого торца гильзы - буртом, выполненными с возможностью фиксирования гильзы между корпусом и соплом от продольного перемещения внутри полости корпуса, исключает перемещение гильзы со стаканом в корпусе.

Установка между соплом и открытым торцом гильзы первой диафрагмы дает возможность создать давление форсирования и благодаря этому повысить стабильность горения порохового заряда.

Расположение порохового заряда в полости гильзы, ограниченной доньями стакана и гильзы, исключает его перемещение внутри газодинамического источника давления в случае действия на последний разгонных перегрузок.

Расположение на доньях стакана и гильзы в полости размещения порохового заряда второй и третьей диафрагм предотвращает просыпание пороховых зерен через перфорацию доньев, а выполнение диафрагм из разрушаемого под действием пороховых газов материала обеспечивает процесс поджига и горения порохового заряда и перетекание продуктов сгорания внутри газодинамического источника давления.

Выполнение стакана длиной, определенной из соотношения необходимо для обеспечения полного догорания мелкодисперсных остатков горящих пороховых зерен, просочившихся в предсопловой объем.

Изобретение поясняется чертежом, где приведена схема газодинамического источника давления.

Газодинамический источник давления содержит полый корпус 1, сопло 2, воспламенитель 3 с инициирующим устройством 4 и пороховой заряд 5. Воспламенитель 3 с инициирующим устройством 4 установлены в стакане 6, размещенном в гильзе 7. Донья 8 и 9 стакана 6 и гильзы 7 соответственно перфорированы и обращены в сторону, противоположную соплу 2, причем площадь перфорации в дне гильзы больше площади перфорации в дне стакана. Внутренняя боковая поверхность гильзы 7 снабжена выступом 10, выполненным с возможностью упора в него дна 8 стакана 6. Внутренняя боковая поверхность корпуса 1 также снабжена выступом 11, а открытый торец гильзы 7 - буртом 12, выполненными с возможностью фиксирования гильзы 7 между корпусом 1 и соплом 2 от продольного перемещения внутри полости корпуса 1. Между соплом 2 и открытым торцом гильзы 7 установлена первая диафрагма 13. Пороховой заряд 5 размещен в полости гильзы 7, ограниченной доньями 8 и 9 стакана 6 и гильзы 7 соответственно. На указанных доньях в полости размещения порохового заряда 5 установлены вторая 14 и третья 15 диафрагмы, выполненные из разрушаемого под действием пороховых газов материала. Длина L_ст стакана 6 выбирается из соотношения:

где V_cp - средняя скорость движения недогоревших частиц пороха в объеме стакана 6, м/с;

δ - толщина горящего свода остатков пороховых зерен, просочившихся через перфорированное дно 8 стакана 6, м;

U_гор - скорость горения пороховых зерен, м/с.

Заявляемый газодинамический источник давления работает следующим образом.

Перед установкой на подвижный объект осуществляется снаряжение газодинамического источника давления, заключающееся в выполнении следующей последовательности операций. На внутреннюю поверхность перфорированного дна 9 гильзы 7 наклеивается диафрагма 15, и в полость гильзы помещается пороховой заряд 5. На наружную поверхность перфорированного дна 8 стакана 6 наклеивается диафрагма 14, после чего стакан 6 вдвигается в гильзу 7 до упора его дна 8 в выступ 10 на внутренней боковой поверхности гильзы 7. Таким образом, пороховой заряд 5 оказывается зафиксированным от перемещения между доньями 8 и 9 стакана 6 и гильзы 7. Далее в стакан 6 устанавливается воспламенитель 3 с инициирующим устройством 4, после чего снаряженная гильза 7 вдвигается в корпус 1 до упора буртом 12 в выступ 11 корпуса 1. На открытые торцы стакана 6 и гильзы 7 устанавливается диафрагма 13 и закрепляется посредством вворачивания в корпус 1 сопла 2. Линии подачи электрического импульса на инициирующее устройство 4 выводятся через отверстие в диафрагме 13 и канал в сопле 2.

После подачи электрического импульса инициирующее устройство 4 осуществляет поджиг воспламенителя 3, который, в свою очередь, формирует форс пламени, прожигающий диафрагму 14 и воспламеняющий пороховой заряд 5. Далее продукты сгорания и несгоревшие пороховые частицы заряда 5 прожигают диафрагму 15 и через перфорацию в дне 9 гильзы 7 заполняют донный объем 16 корпуса 1, где и осуществляется практически полное сгорание пороховых зерен. Для этого площадь перфорации в дне 9 гильзы 7 выполняют в данном примере в 2-3 раза больше площади перфорации в дне 8 стакана 6, чтобы обеспечить основной газопереток в донный объем 16.

Под действием давления пороховых газов происходит разрыв диафрагмы 13 и их истечение через сопло 2 из внутренней полости импульсного источника давления в смежный объем исполнительного механизма подвижного объекта, где пороховые газы совершают полезную работу. Благодаря тому что отверстия в дне 8 стакана 6 выполняются диаметром меньшим, чем характерные размеры пороховых зерен, последние сгорают, в основном, в объеме, ограниченном дном 8 стакана 6 и дном корпуса 1. Мелкодисперсные остатки горящих пороховых зерен, просочившиеся в предсопловой объем 17 и через сопло 2 - в рабочий объем исполнительного механизма, догорают в названных объемах и благодаря малой массе не оказывают существенного влияния на стабильность расходных характеристик источника давления. Дополнительный положительный эффект достигается путем перетекания несгоревших частиц из донного объема 16 через отверстия в дне гильзы 3. При необходимости обеспечения полного сгорания пороховых зерен в предсопловом объеме 17 длина стакана L_ст увеличивается до размера, определяемого из соотношения:

где V_cp - средняя скорость движения недогоревших частиц пороха в объеме стакана 6;

δ - толщина горящего свода остатков пороховых зерен, просочившихся через перфорированное дно 8 стакана 6;

U_гор - скорость горения пороховых зерен.

Суммарная площадь всех отверстий перфорации в дне 8 стакана 6 в 4...5 раз больше площади поперечного сечения канала сопла 2. Благодаря этому свободная площадь для перетока пороховых газов через стакан 6, несмотря на частичное перекрытие части его отверстий мелкодисперсными остатками пороховых зерен, остается больше площади поперечного сечения канала сопла 2, определяющего расходные характеристики источника давления.

Предложенный газодинамический источник давления обладает существенными преимуществами по отношению к прототипу, заключающимися в повышении стабильности воспроизведения внутрибаллистических параметров и надежности работы на подвижных объектах, а также технологичности (удобство снаряжения).

Предлагаемое техническое решение прошло экспериментальную проверку, которая подтвердила его работоспособность.