Модельный ракетный двигатель предназначен для использования в ракетно-космическом моделизме, технических видах творчества молодежи и в детских развивающих играх. Двигатель содержит корпус, сопло, воспламенитель, заряд пастообразного топлива и устройство предстартового регулирования режима работы в виде формообразующего тела, размещенного в заряде с возможностью его перемещения. Предложены варианты исполнения формообразующего тела - в виде удлиненного элемента из материала с высокой теплопроводностью, пучка элементов со скрепленными шарнирно концами и средней частью, радиально расходящейся по мере сближения концов и др., - реализующие различные режимы работы и диаграммы «тяга-время» двигателя. Использование огнепроводного шнура в качестве замедлителя и формообразующего тела, размещенного по центру переднего днища с возможностью осевого перемещения и контактирующего с вышибным зарядом, позволяет создать компактную конструкцию с предстартовым регулированием как диаграммы «тяга-время», так и различных времен задержки срабатывания вышибного заряда. Использование полезной модели расширяет функциональные и игровые возможности модельных ракетных двигателей, повышает степень их унификации и, за счет сокращения номенклатуры, - массовость производства. 8 з.п. ф-лы, 4 илл.
Изобретение относится к индустрии игрушек, а именно к модельным ракетным двигателям (МРД) для ракетно-космического моделирования в технических видах спорта и творчества.
Общеизвестен МРД [2, 3, 5], содержащий корпус, в котором последовательно смонтированы сопло, топливный, замедлительный и вышибной заряды из твердых ракетных топлив или пиротехнических составов, и установленный в полости топливного заряда воспламенитель.
Определенным недостатком известного МРД является жесткая и однозначная реализация его рабочего режима - диаграммы «тяга - время» и времени работы замедлительного заряда, - обусловленная геометрией топливного и замедлительного зарядов. С одной стороны, при согласованности летных и баллистических характеристик модели ракеты и двигателя, известная конструкция МРД обеспечивает наилучшие и стабильные спортивные результаты - высоту, общее время полета модели до приземления полезной нагрузки и др. С другой стороны, сам процесс согласования характеристик модели и двигателя, а также использование двигателей одного (по суммарному импульсу) класса для запуска различных моделей ведет к необходимости существенного увеличения номенклатуры выпускаемых МРД - до двух-трех значений времен горения замедлителя и до двух значений величин максимальной тяги [2].
Известны ракетные двигатели твердого топлива с устройствами предстартового регулирования внутрибаллистических характеристик за счет изменения критического сечения сопла - путем использования сменных вставок или перемещаемого профилированного центрального тела [4]. И если для крупных двигателей такое усложнение конструкции является вполне оправданным приемом, то для МРД - из-за миниатюрности габаритов корпуса и сопла, имеющих в диаметре от 10 и 1,5 мм соответственно, - практически не осуществимо.
Известен МРД с замедлителем, обеспечивающим возможность реализации двух времен задержки подачи луча огня на срабатывание вышибного заряда. Так, замедлитель двигателя первой ступени марки PS A (1) 5-1 производства польской фирмы Петера Сарновского позволяет запускать МРД последующей ступени как непосредственно после выгорания топливного заряда, так и с задержкой - после выгорания трассера-замедлителя. Для этого в
МРД через перфорированное переднее днище и слой замедлительного состава до границы с топливным зарядом высверлено дополнительное гнездо диаметром 3,5 мм и вклеена пластмассовая трубочка с внутренним диаметром 2 мм, выступающая над поверхностью днища на 12-13 мм. Для запуска двигателя 2-й ступени без задержки используется огневая связь в виде канала трубочки, передающая луч огня при достижении сводом горения топливного заряда среза трубочки, а для разделения ступеней с задержкой - луч огня, передаваемый через перфорацию переднего днища после выгорания заряда замедлителя.
К недостаткам известной конструкции относятся ее высокая трудоемкость, наличие опасных операций повышенной точности по выполнению гнезда в пиротехническом составе и вклеиванию трубочки, ограничение по диаметру двигателя из-за сложности размещения отверстий на поверхности днищ МРД (диаметр польского двигателя составляет 15 мм, тогда как наиболее массовый в России МРД такого же класса имеет диаметр 10 мм).
Из рассмотренных выше аналогов в качестве прототипа выбран двигатель PS A (1) 5-1 польского производства, содержащий корпус с соплом, топливный заряд и устройство предстартового регулирования режима работы, являющийся наиболее близким к полезной модели по технической сущности.
Целью полезной модели является расширение функциональных возможностей и потребительских свойств МРД, снижение номенклатуры и повышение серийности за счет создания унифицированной конструкции устройства предстартового регулирования режима работы двигателя - зависимости «тяга - время» стартового участка и времени горения замедлителя.
Поставленная цель в МРД, содержащем корпус с соплом, топливный заряд и устройство предстартового регулирования режима работы, достигается выполнением устройства предстартового регулирования в виде формообразующего тела, размещенного в заряде пастообразного топлива с возможностью его предстартового перемещения в объеме заряда.
Использование в ракетных двигателях пастообразных ракетных топлив для повышения энергетических характеристик и возможности регулирования тяги путем перемещения в процессе работы формообразующих поверхностей горения тел - теплового ножа, телескопических цилиндров, нитей и др. известно [1]. Вязко-текучее состояние топлива позволяет размещать и плавно перемещать перед запуском МРД в заряде, например, через сопло или герметизированное отверстие переднего днища корпуса разнообразные, преимущественно малоразмерные и обтекаемые формообразующие элементы. При горении заряда эти элементы, в зависимости от их теплофизических свойств и взаимного расположения, изменяют горящую поверхность заряда и местную скорость горения, что обеспечивает возможность реализации различных вариантов зависимости «тяга-время» и/или времени сгорания замедлительного состава.
Изложенное выше решение может быть осуществлено по нескольким конструктивным схемам и вариантам исполнения, развивающим основную идею предложения.
Предложено выполнять формообразующее тело в виде удлиненного элемента из материала с высокой теплопроводностью, например, из медной или алюминиевой проволоки. Усиленный прогрев прилегающего к элементу топлива резко - до 3...4 раз, - повышает его местную скорость горения, и вдоль элемента, выполняющего своеобразную роль «лидера горения», формируется конусная поверхность горения. В зависимости от количества и пространственной ориентации теплопроводных элементов в объеме заряда соответственно будут изменяться горящая поверхность, давление, газоприход и время выгорания топливного и замедлительного зарядов.
Предложено формообразующее тело в виде пучка удлиненных, преимущественно упругих, элементов со скрепленными концами и средней частью, радиально расходящейся по мере сближения концов. Такое формообразующее устройство, при размещении его по продольной оси заряда, в максимально растянутом виде при горении сформирует единую коническую поверхность, а при максимальном сближении концов пучка, вплоть до касания средней части пучка со стенками корпуса, поверхность горения будет представлять набор пересекающихся конических поверхностей. Их суммарная поверхность сначала будет резко возрастать, реализуя режим максимальной тяги на стартовом участке работы МРД, а после прохождения вершин конусов максимально удаленного от оси заряда участка - резко вырождаться с последующим постепенным выходом на уровень единой конической поверхности.
Для обеспечения кинематической определенности взаимного радиально-продольного расположения звеньев пучка предложено выполнять элементы в форме прямолинейных образующих двух конических поверхностей с общим основанием, а в местах скрепления и в плоскости основания конусов снабжать их шарнирами, например, в виде ослабленных или сплющенных сечений теплопроводных элементов. Однозначное взаимное расположение элементов гарантирует более жесткое соответствие зависимости «тяга-время» от величины осевого перемещения подвижного конца пучка при предстартовой настройке режима работы. Предложено выбирать угол между образующей внутренней поверхности корпуса и максимальным углом наклона к ней элементов пучка, обращенного концами к соплу, равным арктангенсу отношения нормальной скорости горения топлива к скорости горения вдоль элемента из материала с высокой теплопроводностью. Такой наклон теплопроводных элементов обеспечивает параллельность перемещения внешних образующих конических поверхностей горения со стенками корпуса в продольном сечении и, соответственно, максимальную поверхность горения при их касании.
Предложено выполнять формообразующее тело, хотя бы на части длины, в виде огнепроводного шнура. Огнепроводный шнур с более высокой скоростью горения, чем топливный заряд, может служить формообразующим телом и непосредственно, однако худшие показатели изгибной прочности и химической стойкости в контакте с пастообразными топливными составами, ограничивают его использование в этом качестве преимущественно осевыми неизгибаемыми элементами. Огнепроводный шнур применен в качестве воспламенителя, передающего через сопло луч огня внутрь корпуса, а также в качестве перемещающегося по оси заряда силового теплопроводного элемента.
Предложено снабжать двигатель замедлителем в виде огнепроводного шнура формообразующего тела, размещенного по центру переднего днища с возможностью осевого перемещения, и вышибным зарядом, контактирующим со шнуром также с возможностью осевого перемещения. В зависимости от скорости горения и изменяемой перед стартом длины участка огнепроводного шнура до контакта его с вышибным зарядом, соответственно будет меняться и время задержки срабатывания вышибного заряда.
Предложено снабжать Огнепроводный шнур и вышибной заряд элементами их перемещения, фиксации и индикации положения. Учитывая значительные силовые, тепловые и вибрационные нагрузки на элементы МРД при работе, перемещаемые относительно корпуса элементы - Огнепроводный шнур и/или теплопроводный элемент, а также вышибной заряд, - после проведения предстартовой регулировки режима фиксируют от перемещения, например, быстросохнущим клеем. Индикацию осевого перемещения шнура и замедлителя целесообразно, как показало моделирование, проводить по циферблату часового типа, например, снабдив обозреваемые поверхности корпуса и вышибного заряда соответствующими шкалами и контрольными рисками.
Т.о., предложенная полезная модель обеспечивает возможность создания МРД с предстартовым регулирования режима работы как по уровню максимальной тяги, так и по времени горения замедлителя, что позволяет унифицировать конструкцию двигателя, сократить в 2 - 3 раза номенклатуру и, соответственно, увеличить их серийность. Привлекательность МРД повышается и для потребителей, поскольку при летной отработке моделей отпадает необходимость приобретения нескольких типов двигателей с разными временами горения замедлителей.
Сущность изобретения поясняется на чертежах, где схематично показаны:
на фиг.1 - общий вид МРД;
на фиг.2 - вид А на фиг.1;
на фиг.3 - разрез Б-Б на фиг.1 с крайними положениями формообразующего тела;
на фиг.4 - выносной элемент В на фиг.1;
на фиг.5 - типовые зависимости изменения тяги МРД.
МРД, показанный на фиг.1, содержит корпус 1, сопло 2, заряд 3 пастообразного топлива с размещенным в его объеме формообразующим телом в виде пучка теплопроводных элементов 4 со скрепленными шарнирами 5 концами, один из которых неподвижно скреплен с проходящим через осевой канал сопла 2 огнепроводным шнуром воспламенителя 6, а другой - с подвижным в осевом направлении огнепроводным шнуром замедлителя 7, проходящим через осевое уплотнение переднего днища 8 и контактирующим с вышибным кольцевым зарядом 9 из подпрессованого черного пороха, перемещающимся вдоль оси при вращении по внутренней резьбе 10 передней части корпуса 1. Расстояние L3 от вышибного заряда 9 до переднего торца заряда 3, определяющее время горения замедлителя 7, устанавливают поворотом заряда 9 зацеплением за гнезда 13 и контролируют (см. фиг.2) по индикатору 14, градуированному по шкале времени задержки срабатывания заряда, и риске 15 на корпусе 1.
При перемещении огнепроводного шнура 7 в крайнее положение внутрь корпуса 1, показанное на верхней части фиг.1, концы теплопроводных элементов 4 сближены на минимальное расстояние L1, а их срединные части касаются стенок корпуса 1 и образуют с ними угол «а» (см. фиг.4), равный арктангенсу отношения нормальной скорости горения топлива к скорости горения вдоль теплопроводного элемента 4, как это показано на верхней части 11 фиг.3 и 4. Соответственно, при перемещении шнура 7 в крайнее левое положение, показанное на нижней части фиг.1, теплопроводные элементы 4 вытянуты на расстояние L2 и сгруппированы вдоль оси двигателя, как это показано на нижней части 12 фиг.3.
При горении топливного заряда 3 вдоль огнепроводных элементов 4 формируются конусные поверхности 16 и 17 горения с полууглами конусов, равными «2а». При расстоянии между концами элементов 4, равном L1, поверхность горения, газоприход, давление в корпусе, а, соответственно, и тяга двигателя 18 быстро, за время t1, как это схематически показано на диаграмме «тяга-время» фиг.5, достигает своего максимального значения R1, после чего также резко падает ниже среднего уровня Rсp., постепенно повышаясь к концу работы t2 до уровня R2. При горении заряда с вытянутыми вдоль оси элементами 4 конусная поверхность горения 17, достигнув стенок корпуса 1, практически не изменяется, обеспечивая «мягкий» старт с тягой 19 постоянной величины R2, близкой к среднеинтегральному значению тяги Rcp. Диапазон реализуемых при промежуточных условиях предстартовой настройки диаграмм «тяга-время» находится между крайними кривыми 18 и 19.
По окончании времени горения t2 топливного заряда 3 тяга 20 двигателя падает, но огнепроводный шнур 7 продолжает гореть. После прохождения горящей поверхностью установленного расстояния L3 шнура за отрезок времени и соприкосновения ее с вышибным зарядом 9, последний воспламеняется. Максимальное время t4-t3 горения замедлителя 7
определяется величиной наибольшего перемещения заряда 9 по замедлителю 7 и его скоростью горения.
Работа МРД. Перед стартом в зависимости от требуемого режима работы - стартового ускорения, тяговооруженности, условий полета, параметров модели ракеты и др., - поворотом вышибного заряда 9 по индикатору 14 устанавливают требуемое время задержки, вытягивают огнепроводный шнур 7 на заданное расстояние, контролируемое по индикатору (на фиг.1 не показан), после чего фиксируют взаимное положение шнура 7, заряда 9 и корпуса 1 быстросохнущим клеем. Двигатель монтируют в модель ракеты (на фиг.1 не показана), на сопловой части корпуса 1 устанавливают электронагревательное пусковое устройство с удлинителем - электрошнуром, обеспечивающим безопасное удаление спортсмена и подают напряжение. Нагретая электроспираль пускового устройства поджигает огнепроводный шнур воспламенителя 6, и после прохождения его горящей поверхности соплового отверстия луч огня воспламеняет топливный заряд 3. Тепло от продуктов сгорания, распространяясь вдоль теплопроводных элементов 4 и прогревая прилегающие слои топлива, обеспечивает повышенную местную скорость горения и формирование вдоль элементов 4конических поверхностей горения 16. После выгорания заряда 3 и вскрытия поверхности огнепроводного шнура 7 последний воспламеняется и, пройдя расстояние L3 до контакта с вышибным зарядом 9, поджигает его.
На изложенных принципах могут быть осуществлены и другие, схожие по замыслу и конструктивному оформлению решения, ориентированные на обеспечение более высокой степени унификации и массовости производства МРД. Основные технические решения полезной модели подтверждены огневыми стендовыми испытаниями.
Заявитель является субъектом малого предпринимательства.
ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ ИСТОЧНИКИ
1. Авдиенко А.А., Григорьян С.С., Финагин А.Е. Рабочие процессы и проектирование ракетных двигателей на пастообразном топливе. Учебное пособие. - Саратов.: Саратовское ВВКИУ ракетных войск, 1996.
2. Двигатели ракетные модельные. Технические условия ТУ 84-795-79.
3. Патент США №4355577 - Модельный ракетный двигатель, МПК F42В 15/10, НКИ 102/378.
4. Управляемые энергетические установки на твердом ракетном топливе. - М.: Машиностроение, 2003. Стр. 24-32, 277-283.
5. П. Эльштейн. Конструктору моделей ракет. Перевод с польского. - М.: Мир, 1978.
1. Модельный ракетный двигатель, содержащий корпус с соплом, воспламенитель, заряд пастообразного топлива и устройство предстартового регулирования режима работы, отличающийся тем, что устройство предстартового регулирования выполнено в виде формообразующего тела, размещенного в заряде с возможностью его перемещения.
2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что формообразующее тело выполнено в виде удлиненного элемента из материала с высокой теплопроводностью.
3. Двигатель по п.2, отличающийся тем, что формообразующее тело выполнено в виде пучка элементов со скрепленными концами и средними частями, радиально расходящимися по мере сближения концов.
4. Двигатель по п.3, отличающийся тем, что элемент образован двумя соединенными шарнирно прямолинейными звеньями и снабжен на концах шарнирами.
5. Двигатель по п.4, отличающийся тем, что угол между образующей внутренней поверхности корпуса и обращенного к соплу звеном элемента равен арктангенсу отношения нормальной скорости горения топлива к скорости горения вдоль элемента.
6. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что формообразующее тело хотя бы на части длины выполнено в виде огнепроводного шнура.
7. Двигатель по п.6, отличающийся тем, что он снабжен замедлителем в виде огнепроводного шнура формообразующего тела, размещенного по центру переднего днища с возможностью осевого перемещения, и вышибным зарядом, контактирующим со шнуром с возможностью осевого перемещения.
8. Двигатель по п.7, отличающийся тем, что огнепроводный шнур и вышибной заряд снабжены элементами для их перемещения, фиксации и индикации положения.
poleznayamodel.ru
Изобретение относится к индустрии игрушек, а именно к модельным ракетным двигателям для ракетно-космического моделирования в технических видах творчества. Модельный ракетный двигатель содержит сопло, топливный заряд, трассер и вышибной заряд, которые выполнены из аэрозольного огнетушащего состава. Достигается повышение безопасности. 4 з.п. ф-лы, 3 ил. 
Изобретение относится к индустрии игрушек, а именно к модельным ракетным двигателям (МРД) для ракетно-космического моделирования в технических видах творчества.
Общеизвестен МРД [7], содержащий бумажный или пластмассовый корпус, в котором смонтированы сопло, заряд твердого топлива из черного или баллиститного пороха, пиротехнический замедлитель-трассер, сгорающий с выделением цветного дыма для обозначения траектории полета модели после окончания работы МРД, и вышибной заряд, срабатывающий от теплового импульса замедлителя и выталкивающий из корпуса модели полезную нагрузку - следующую ступень ракеты, летательный аппарат, средства спасения и т.п.
Существующие МРД, а также спортивные соревнования и игры с запусками моделей различных ракет, ракетопланов, моделей-копий, относятся к потенциально опасным видам изделий и работ. Это связано, в первую очередь, с высокой температурой продуктов сгорания МРД, создающую опасность ожогов и пожаров при неосторожном обращении с двигателем, случайном падении аварийной ракеты на сухую траву и другие горючие материалы, а также с возможностью взрывного разрушения некондиционного МРД, например с трещиной твердотопливного заряда, образовавшейся при падении, ударе, отслоении от корпуса, в результате детской шалости т.п.
Указанные обстоятельства привели к введению обоснованных ограничений со стороны надзорных государственных органов по перевозке, распространению и эксплуатации МРД, организации работ со школьниками и спортсменами, что существенно сдерживает развитие и массовость технических видов творчества и развивающих игр с использованием МРД.
Кроме этого, тенденция повышения энергетических характеристик спортивных МРД привела к замене заряда из черного пороха на баллиститные составы, продукты сгорания которых оставляют менее заметный дымовой след. Трассер, маркирующий дымом траекторию полета модельной ракеты после выгорания заряда, в существующих МРД обычно служит и замедлителем, обеспечивающим срабатывание вышибного заряда в заданный интервал времени. Совмещение в пиротехнической рецептуре противоположных по реализуемым материалам требований - дымообразующих смесей и малогазовых составов со стабильными скоростями горения - обычно приводит к компромиссным показателям как точности времени замедления, так и по зрелищной привлекательности работы МРД, характеризуемой красочностью тянущегося за ракетой дымового шлейфа.
Целью предлагаемого изобретения является повышение безопасности, зрелищности и расширение игровых возможностей МРД.
Поставленная цель в МРД, содержащем корпус, сопло, топливный заряд, трассер и вышибной заряд, достигается тем, что топливный заряд выполнен из аэрозольного огнетушащего состава (АОС).
АОС представляют из себя топливные композиции, содержащие окислитель, горючее, связующее и технологические добавки, т.е. по сути - типичные ракетные топлива или пиротехнические составы, вырабатывающие при сгорании твердофазные аэрозоли, - смеси негорючих газообразных веществ (азот, углекислый газ, пары воды и т.п.) и конденсированных соединений, преимущественно щелочных и/или щелочно-земельных металлов (оксидов, гидрооксидов, карбонатов, бикарбонатов, хлоридов и др.) в виде твердых частиц микронных размеров, обладающих высокой огнетушащей способностью. Помимо эффективного ингибирования пламени АОС образует при сгорании мелкодисперсный, зрелищно-эффектный шлейф густого дыма. Продукты сгорания АОС нетоксичны, не наносят вред окружающей среде, не разрушают озоновый слой атмосферы и свободно утилизируются [1]. Имея несколько худшие энергетические показателями по сравнению с баллиститными ракетными топливами (см., например, данные по теплоте и температурам горения, газопроизводительности характерных твердых топлив и типовых АОС, приведенных в табл.1.12 и 1.14 на стр.59 и 66 источника [1]). Это вполне приемлемо для МРД, используемых для начального обучения, а также в качестве генераторов дыма для имитации работы ракетных двигателей в игрушках. АОС принципиально безопаснее в пожарном отношении существующих топлив МРД, а также характеризуются лучшим дымообразованием и зрелищностью работы.
В качестве топлив для МРД из представленных в [1] АОС подходят по комплексу внутрибаллистических показателей серийно производящиеся составы типа ПТ-50 и литейные АОС, работоспособные в условиях повышенных давлений.
Последующие варианты исполнения МРД являются развитием основной идеи создания безопасного двигателя на основе максимального использования уникальных возможностей АОС.
Для существенного повышения безопасности МРД, используемых для начального обучения ракетомоделистов или в других детских видах развивающих игр, предложено использовать топливный заряд из пастообразного АОС, например [4]. Пастообразные топлива и заряды из них в силу своего вязкотекучего физического состояния не образуют трещин, не отслаиваются от стенок при деформации корпусов, взрывобезопасные рецептуры обеспечивают безопасность при падении двигателей, прострелах, ударах молотком, воздействии детонирующего импульса, тепловых нагрузок и проявлениях детской шалости. Таким образом обеспечивается максимальная безопасность при обращении с МРД.
Пастообразное состояние АОС обуславливает необходимость обеспечения компенсации его температурного расширения и поддержания формы начальной поверхности горения заряда. Использование для этих целей известных устройств, применяемых в ракетных двигателях [2, 5], проблематично из-за сложности их размещения в габаритах МРД, составляющих для наиболее распространенных классов от 10-18 мм по диаметру и от 40 до 70 мм - по длине корпусов. Применительно к МРД эта задача сравнительно просто решается использованием упругих корпусов из материалов, имеющих сопоставимые с пастой коэффициенты линейного расширения, и/или введением в конструкцию двигателя упругого компенсатора, например, из газонаполненного химически стойкого резинового элемента и перфорированного формообразующего устройства, покрытого фольгой или пленкой.
Этот синергизм пастообразных АОС - высокие пожаротушащие и дымообразующие свойства, механическая и взрывобезопасность зарядов - обеспечивает качественно новый уровень безопасности МРД, зрелищность запусков и расширение игровых возможностей МРД.
Предложен двигатель с трассером, выполненным из АОС.
Отработанные многочисленные АОС [1, 2] наряду с высоким огнетушащим и дымообразующим эффектом, характеризуются устойчивым стабильным горением при низких давлениях в генераторе, что делает их вполне приемлемой альтернативой существующим пиротехнических составам замедлителей-трассеров, включая генерирующих цветные дымы.
Предложен МРД с трассером, размещенным в зоне догорающих остатков топливного заряда.
Догорающие остатки топливного заряда, не внося реальный вклад в основную энергетическую характеристику МРД - суммарный импульс, - ухудшают его выходные показатели, увеличивая пассивную массу и разбросы суммарного импульса. Использование зон размещения догорающих остатков для дымообразующего АОС повышает качество маркировки траектории ракеты за счет более мощного и лучше видимого дымового шлейфа.
Предложено выполнять трассер в виде отдельного комплектующего изделия - в форме шайбы, бронированной по торцам и наружному диаметру, - и монтировать его на заднем торце сопла. Для обеспечения воспламенения трассера продуктами сгорания МРД диаметр внутреннего отверстия трассера выполнен равным диаметру истекающей из сопла струи продуктов сгорания топливного заряда, определяемому из газодинамического расчета. Основные преимущества - независимость от технологического процесса изготовления МРД, свобода выбора времени работы трассера, цвета дыма, сокращение номенклатуры МРД и повышение массовости производства, а также полное и гарантированное исключение влияния на величину суммарного импульса. Последний фактор приводит к периодически возникающим спорам на международных соревнованиях о сопоставимости энергетики различных МРД декларируемым в документации показателям суммарного импульса тяги, учитывающим или не учитывающим дополнительную прибавку тяги от работающего внутри камеры сгорания в течение нескольких секунд трассера.
Предложено в МРД вышибной заряд выполнять из АОС. По существующей практике ракетомоделисты в зависимости от конструкции модели, массы и объема выталкиваемой при срабатывании вышибного заряда полезной нагрузки подбирают навеску заряда экспериментально, используя, как правило, черный порох. Для снижения температуры продуктов сгорания и предотвращения отказа тонкостенных элементов модели (например, для парашютов и стримеров используются лавсановые пленки толщиной до 3-5 мкм) в конструкцию вводят защитные пыжи, ватные пробки, порошковые охладители. Полная или частичная замена черного пороха на порошкообразный низкотемпературный АОС позволит повысить безотказность срабатывания системы полезной нагрузки - выталкивания планера, парашюта или стримера, расцепления последующей ступени ракеты и т.п.
Предложено сопло МРД также выполнять из АОС на неорганическом связующем. Из рецептур беспламенных АОС наиболее высокие термомеханические и прочностные характеристики достигнуты в составах с высоким, до 25%, использованием в качестве связующих и регуляторов скорости горения таких ингредиентов, как карбонат магния, цемент и т.п. Такой состав, в частности, имеет АОС марки САБО, использующийся в сертифицированных генераторах аэрозоля производства ООО «Норд», г.Пермь (см. стр.116 источника [1]).
Неорганические связующие формируют жесткую пространственную структуру АОС, аккумулирующую часть тепла и стабилизирующие процессы горения в низкотемпературной зоне. При горении зарядов такого АОС на долю твердого остатка приходится до 50% и более массы топлива. Повышенный разгар критического сечения сопла из подобного АОС может компенсироваться прогрессивно увеличивающейся поверхностью горения, как это реализовано в известных схемах «бессопловых» РДТТ [6]. При падающей диаграмме «тяга-время» разгорающееся критическое сечение сопла может стать вполне приемлемой проектной альтернативой существующему приему программирования тяги путем изменения поверхности горения заряда. Приемлемые показатели механической прочности имеют АОС и на органических связующих, как это показано в табл.1.28, стр.93 [1].
Кроме этого, схема МРД с полностью сгораемыми элементами двигателя из АОС является определенным идеалом совершенствования МРД по показателю пожарной безопасности и выделения дыма на единицу массы, что вполне приемлемо для МРД неспортивных классов и генераторов дыма для детских развивающих игр.
Сущность изобретения поясняется на чертежах, где схематично показаны:
на фиг.1 - общий вид МРД с трассером, установленным в зоне догорающего остатка топливного заряда;
на фиг.2 - вариант исполнения МРД с трассером - шайбой, смонтированной на сопле двигателя;
на фиг.3 - вариант исполнения МРД с зарядом пастообразного топлива.
МРД, показанный на фиг.1, содержит корпус 1, керамическое сопло 2, твердотопливный заряд 3 из АОС с расточкой 4, формирующей начальную поверхность горения, установленный в зоне догорающего остатка заряда 3 трассер 5 из АОС, замедлитель 6 из АОС и вышибной заряд из порошкообразного АОС или его смеси с черным порохом.
Работа МРД. Перед запуском в полость расточки 4 устанавливают электровоспламенитель (не показан), представляющий собой спираль накаливания с нанесенной на ней пиротехнической обмазкой. После подачи электрического импульса на спираль последняя воспламеняет пиротехническую обмазку, продукты сгорания которой воспламеняют топливный заряд 3. Образующиеся при горении АОС газы истекают из сопла 2, создавая тягу и образуя за ракетой шлейф густого аэрозоля. В конце работы заряда 3, при выгорании его на величину свода L, воспламеняется трассер 5, установленный в зоне догорающего остатка заряда 3, и замедлитель 6. Трассер 5 при горении маркирует пассивную часть траектории модели ракеты цветным дымом, а по окончании горения замедлителя 6 воспламеняется вышибной заряд 7 и выталкивает из модели ракеты полезную нагрузку, например парашют.
Показанная на фиг.1 конструкция МРД существенно уменьшает опасность возникновения пожара при воздействии продуктов сгорания АОС на горючие материалы, уменьшает разбросы суммарного импульса тяги вследствие исключения догорающих остатков топлива, а также обеспечивает высокую зрелищность работы МРД, создавая за летящей моделью ракеты густой шлейф аэрозоля, образуемого при сгорании АОС топливного заряда 3, трассера 5 и замедлителя 6, соответственного на активной, пассивной частях траектории полета, а также вышибного заряда 7 в конце полета.
На фиг.2 показан вариант исполнения МРД с трассером, выполненным в виде шайбы 8 и смонтированной вне полости корпуса на сопле 9 двигателя. Трассер 8 имеет забронированные боковые поверхности и по наибольшему диаметру, а незабронированная поверхность D выполнена с диаметром, равным или несколько превышающим диаметр D1 выходного канала сопла 9. При истечении продуктов сгорания топлива из сопла 9 струя поджигает трассер 8 по поверхности D. Трассер 8, сгорая в радиальном направлении, создает за ракетой дымовой шлейф, сначала совместный с продуктами сгорания МРД, а после выгорания топливного заряда 3 - собственный.
Здесь же приведен вариант конструкции МРД со сгораемым соплом 9, выполненным из твердотопливного АОС на основе неорганического связующего. При работе МРД с таким соплом внутренняя часть сопла и критическое сечение Д1 постепенно выгорают и разрушаются, обеспечивая своеобразную абляционную или активную тепловую защиты сопла. Увеличивающаяся в процессе работы МРД площадь критического сечения сопла D1 для сохранения требуемой диаграммы «тяга-время» должна быть компенсирована изменяющимися поверхностью и/или скоростью горения топливного заряда 3, например введением в него теплопроводных проволок - «лидеров» горения (на фиг.2 решения не отражены). МРД со сгораемым соплом из АОС, помимо достижения максимального дымообразования, обеспечивает минимум накопленного в конструкции высокотемпературного тепла, что также повышает безопасность использования такой конструкции в детских играх.
Вариант исполнения МРД с зарядом 3 пастообразного АОС показан на фиг.3. Для компенсации температурного расширения заряда в зоне образования топливных остатков установлен упругий компенсатора 10 из газонаполненной химически стойкой резины, а для формирования начальной поверхности горения - конусное перфорированное формообразующее устройство 11, снаружи покрытое тонкой фольгой или пленкой 12.
При изготовлении МРД пастообразным АОС в нагретом (для понижения вязкости) состоянии через мундштук заполняют корпус двигателя с установленным соплом, формообразующим устройством 11 и фольгой 12. После охлаждения заряда 3 в полость корпуса последовательно монтируют (вклеивают) компенсатор 10, замедлитель 6 и вышибной заряд 7. При изменении температуры и, соответственно, объема заряда 3, это изменение компенсируется соответственным изменением объема компенсатора 10, поддерживающим заряд 3 в поджатом состоянии. Небольшое избыточное давление предохраняет возникновение в заряде газовых пузырей и расслоений. Использование пастообразных зарядов практически полностью исключает возможность перехода горения во взрыв из-за таких распространенных причин отказов РДТТ, как трещины в заряде, отслоения от корпуса, предельная деформация, удар, прострел и др. и, таким образом, существенно повышает безопасность обращения с МРД.
Для воспламенения пастообразного заряда используют более мощную, по сравнению с твердотопливным составом, навеску электровоспламенителя для надежного нагрева и прожигания фольги 12. В остальном работа МРД с пастообразным зарядом не отличается от МРД описанных выше схем.
Эксперименты, проведенные на макетах МРД с диаметрами сопл 1,5-2 мм с зарядами пастообразного АОС типа «Туман 3» [4], подтвердили невоспламеняемость истекающими струями продуктов сгорания газовоздушных смесей метана, пропан-бутана, ЛВЖ, бумаги и хлопчатобумажных тканей, а обжигающее действие кожей ладони ощущается на расстояниях менее 10-12 см, что характеризует подобные МРД как вполне безопасные для использования в детских играх.
Заявитель является субъектом малого предпринимательства.
Использованные источники
1. Агафонов В.В., Копылов Н.П. Установки аэрозольного пожаротушения: Элементы и характеристики, проектирование, монтаж и эксплуатация. - М.: ВНИИПО, 1999.
2. Аликин В.Н., Липанов A.M., Серебренников С.Ю. и др. Пороха, топлива и заряды. Том.2. 3аряды народохозяйственного назначения. - М.: Химия, 2004. Стр.44.
3. Заявка № 98106541. Аэрозольный беспламенный огнетушащий состав. МПК А62D 1/00.
4. Патент № 2075984 РФ. Аэрозольобразующий огнетушащий состав, МПК 6 А62D 1/00.
5. Патент № 3908364 США. Ракетный двигатель, НКИ 60-252, 1975.
6. Тимнат И. Ракетные двигатели на химическом топливе. - М.: Мир, 1990, стр.129-141.
7. Эльштейн П. Конструктору моделей ракет. Пер. с польского. - М.: Мир, 1978, стр.139-150.
1. Модельный ракетный двигатель, содержащий корпус, сопло, топливный заряд из аэрозольного огнетушащего состава, трассер и вышибной заряд, отличающийся тем, что как минимум один из элементов двигателя: сопло, трассер, вышибной заряд выполнен из аэрозольного огнетушащего состава.
2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что сопло выполнено из состава на неорганическом связующем.
3. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что топливный заряд имеет пастообразную консистенцию и снабжен формообразующим начальную поверхность горения устройством и компенсатором температурного расширения заряда.
4. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что трассер размещен в зоне догорающих остатков топливного заряда.
5. Двигатель по п.1 или 4, отличающийся тем, что трассер выполнен в форме шайбы, бронированной по торцам и наружному диаметру, и смонтирован на заднем торце сопла, при этом диаметр внутреннего отверстия трассера выполнен равным диаметру истекающей из сопла струи продуктов сгорания топливного заряда.
www.freepatent.ru
Поиск:
Все категории Авиамодели Управляемые Радиоуправляемые модели самолетов ДВС Электро Заготовки для моделей Кордовые модели самолетов Модели Комплектующие для кордовых моделей Свободнолетающие Воздушные змеи Судомодели Автомодели Автомодели стендовые (деревянные) Автомобили с электроприводом Автомобили с двигателем внутреннего сгорания Запасные части к автомоделям Колеса и резина Аппаратура управления Комплекты Приёмники Рулевые машинки Аналоговые Р/М Р/м Hitec Р/м SpringRC Р/м TowerPro Р/м E-sky Р/м Feetech Р/м Tarot Цифровые Р/М Р/м Hitec Р/м SpringRC Р/м E-sky Р/м Graupner Шестеренки для р/м Корпуса для р/м Регуляторы хода Регуляторы хода для коллекторных двигателей Регуляторы хода для бесколлекторных двигателей Симуляторы Кабели, разъемы, выключатели Двигатели, комплектующие Двигатели внутреннего сгорания Для кордовых моделей Для радио моделей Двухтактные Четырехтактные Бензиновые двигатели Калильные свечи Запасные части для ДВС Коллекторные двигатели Бесколлекторные двигатели Ракетные двигатели Разъёмы для электродвигателей Комплектующие для электродвигателей Электроустановки Запчасти для электродвигателей Зарядные устройства Аккумуляторы Свинцовые LiPo Аккумуляторы LiPo 15C Аккумуляторы LiPo 20C Аккумуляторы LiPo 25C Аккумуляторы LiPo 30C Аккумуляторы LiPo 35C Аккумуляторы LiPo 55C Аккумуляторы LiPo автомобильные LiFe NiMH Бальза Пластины бальзы Бальзовые рейки Рейки Треугольник Элероны Круг Передняя кромка Воздушные винты Винты для ДВС Винты для ДВС серия NYLON Винты для ДВС серия CAM PROP Винты для ДВС серия G-SONIC Винты Aero-Naut Винты для электродвигателей Винты серии CAM SLIM PROP Винты серии CAM SPEED PROP Винты серии E-PROP Винты серии CAM PROP Винты электрические Aero-Naut Винты электро Винты ЕМР серия Е Винты ЕМР серия SF Складные винты Коки для складных винтов Лопасти для складных винтов Лопасти для складных винтов Лопасти для складных винтов Graupner Лопасти для складных винтов Aero-Naut Комплектующие для винтов Втулки для винтов Винты для резиномоторов Запасные части для судомоделей Винты двухлопастные, спортивные Винт судомодельный Серия Е Винт судомодельный Серия РА Винт судомодельный Серия H Винт судомодельный Серия FB Двухлопастные Наклон лопасти 1,2 мм Наклон лопасти 1,4 мм Наклон лопасти 1,6 мм Гребной винт (складной) Трёхлопастные Четырёхлопастные Пятилопастные Дейдвуды Рули для судомоделей Талрепы Рабочая смесь Компрессионное топливо Калильное топливо Расходные материалы Болт-инбус Колёса авиамодельные Колеса Graupner Колеса Термик Колеса легкой серии Фанера авиамодельная Кабанчики, качалки Стержень угольный Трубка угольная Рейки угольные Рейки Рейки сосновые Рейки липовые Винты, гайки, саморезы Проволока Плёнка для обтяжки Лавсановая плёнка Стандартные цвета Флюоресцентные цвета Перламутровые цвета Клетка Fun 1 Серхлёгкая Текстильная Пленка цветная Микалентная бумага Срезные винты Топливные баки Клея Петли-шарниры Петли плоские Петли стержневые Трубка алюминевая Трубка латунная Трубка силиконовая Разное Инструмент
www.thermik.ru
Изобретение относится к ракетным двигателям для ракетно-космического моделирования в сфере технических видов творчества молодежи и детских развивающих игр. Двигатель содержит корпус с соплом, топливный заряд, переднее днище с замедлителем, реализующим различные времена задержки срабатывания, и вышибной заряд. Предложены ряд схем размещения каналов (с различными количеством и длиной) огневой связи замедлителя на днище, средства для разновременного вскрытия поверхности днища с использования «лидера горения», различные геометрии днища. Данные схемы и средства расширяют диапазон и число дискретно реализуемых времен задержки. Предложена конструкция замедлителя с плавным изменением времени задержки срабатывания. Она содержит дублированные участки кольцевого желоба с замедлительным составом, контактирующие с небронированными частями вышибного заряда. Вышибной заряд имеет возможность перемещения (поворота, переворота) по сопрягаемой с ним поверхности днища. Сопрягаемые поверхности заряда и днища могут быть выполнены из магнитных материалов с целью уплотнения путем взаимного притяжения. Технический результат изобретения состоит в повышении степени унификации двигателя и за счет сокращения номенклатуры массовости производства. 8 з.п. ф-лы, 18 ил.
Изобретение относится к индустрии игрушек, а именно к модельным ракетным двигателям (МРД) для ракетно-космического моделирования в технических видах творчества.
Общеизвестен МРД [3, 4], содержащий бумажный или пластмассовый корпус, в котором последовательно смонтированы сопло, заряд твердого топлива, пиротехнический замедлитель-трассер, сгорающий с выделением цветного или контрастного на фоне неба дыма для обозначения траекторию полета модели после окончания работы МРД, и вышибной заряд, срабатывающий от теплового импульса (луча огня) замедлителя и выталкивающий из корпуса модели полезную нагрузку - следующую ступень модели ракеты, летательный аппарат, средства спасения и т.п. Время задержки срабатывания вышибного заряда определяется классом модели и составляет от 0 до 6…7 секунд. Существующая номенклатура выпускаемых промышленностью двигателей по временам работы замедлителей предусматривает дискретную - на 2-3 интервала - разбивку времени полета модели на пассивном участке траектории до ее верхней точки, например 0, 3, 6 секунд, и разбросы на уровне плюс-минус 20% от времени замедления.
Известен также миниатюрный МРД, состав пиротехнического замедлителя которого запрессован не в корпус, а в осевой канал переднего днища, как это показано на рис.6.6 стр.149 источника [5].
Выделение замедлителя с передним днищем в отдельный узел позволяет унифицировать его конструкцию, используя для реализации различных времен задержки срабатывания снаряжение канала пиротехническими составами, горящими с разными скоростями, упростить автономную отработку и уменьшить разбросы суммарного импульса тяги МРД. Одновременно из-за уменьшения массы состава несколько ухудшается трассировка пассивного участка траектории полета модели.
Общим недостатком МРД рассмотренных схем является однозначная настройка замедлителя на заданное время задержки передачи огневого луча на срабатывание вышибного заряда, что обуславливает существенное - двух-, трехкратное - увеличение номенклатуры выпускаемых МРД одного класса [3].
Известен МРД с замедлителем, обеспечивающим возможность реализации двух времен задержки подачи луча огня на срабатывание вышибного заряда. Так, замедлитель двигателя первой ступени марки PS А(1) 5-1 производства фирмы Петера Сарновского, Польша позволяет запускать двигатель последующей ступени как непосредственно после выгорания топливного заряда МРД (задержка 0 сек), так и после выгорания трассера-замедлителя (задержка 1 сек). Для этого в МРД через перфорированное переднее днище и слой замедлителя до границы с топливным зарядом высверлено дополнительное гнездо диаметром 3,5 мм и вклеена пластмассовая трубочка с внутренним диаметром 2 мм, выступающая над поверхностью днища на 12-13 мм. Для запуска двигателя второй ступени без задержки используется огневая связь в виде пустотелого канала трубочки, передающей луч огня при достижении сводом горения топливного заряда входного среза трубочки, а для разделения ступеней с задержкой - луч огня, передаваемый через перфорацию переднего днища после выгорания состава замедлителя.
К недостаткам известной конструкции относятся ее высокая трудоемкость, наличие опасных ручных операций повышенной точности, таких как сверление гнезда в пиротехническом составе и вклеивание в него трубочки, ограничение по диаметру двигателя из-за сложности размещения нескольких отверстий на поверхности днищ малогабаритных двигателей (диаметр МРД PS А(1) 5-1 составляет 15 мм, тогда как наиболее массовый в России МРД такого же класса имеет диаметр 10 мм), а также несколько худшие энергомассовые показатели из-за неполного использования энергии трассера при нулевом времени задержки срабатывания замедлителя.
Из рассмотренных выше аналогов МРД в качестве прототипа выбран двигатель PS А (1) 5-1 польского производства, содержащий корпус с соплом, последовательно смонтированные в полости корпуса топливный заряд, переднее днище с замедлителем в виде одного или нескольких каналов огневой связи и вышибной заряд, являющийся наиболее близким по сущности изобретения как обеспечивающий возможность выбора разных времен задержки срабатывания огневой связи замедлителя.
Целью изобретения является повышение технологичности и расширение функциональных возможностей МРД за счет унификации конструкции замедлителя, расширения временного диапазона и повышения точности срабатывания огневой связи замедлителя.
Поставленная цель в МРД, содержащем корпус с соплом и последовательно смонтированные в полости корпуса топливный заряд, переднее днище с замедлителем в виде одного или нескольких канав огневой связи и вышибной заряд, достигается тем, что вышибной заряд по сопрягаемой поверхности выходов каналов огневой связи переднего днища выполнен с возможностью перемещения и частично бронирован.
Предложенное решение может быть реализовано по нескольким конструктивным схемам.
В наиболее простом исполнении переднее днище МРД выполнено с группой каналов огневой связи с размещенными в них малогазовыми медленногорящими составами, имеющими различные скорости горения. При этом огневая связь с нулевым временем задержки может представлять собой канал, открытый с обоих концов или снаряженный быстрогорящим составом типа стопина. По окончании работы МРД высокотемпературные продукты сгорания топливного заряда воспламеняют составы в каналах огневой связи и, по мере их выгорания, через рассчитанные промежутки времени лучи огня достигают выходных отверстий каналов на внешней поверхности днища. При контакте одного из таких каналов с небронированным участком вышибного заряда луч огня огневой связи воспламеняет вышибной заряд, продукты сгорания которого выполняют необходимую для функционирования модели ракеты работу - разделяют ступени ракеты, выталкивают средства спасения и т.п. При размещении каналов огневой связи замедлителя и небронированного участка вышибного заряда на периферии днища и вышибного заряда по окружностям равного диаметра требуемое время задержки достигается вращением вышибного заряда до совмещения его небронированного участка с соответствующим выходным отверстием огневой связи.
Т.о., предложенное решение принципиально обеспечивает возможность дискретного, по числу каналов, выбора времени задержки срабатывания вышибного заряда. Выделение днища-замедлителя в отдельный, автономно отрабатываемый узел позволяет унифицировать двигатель в целом, сократив в 2-3 раза номенклатуру производимых МРД и, соответственно, увеличив их серийность. Повышается привлекательность унифицированного МРД и для потребителей, поскольку отпадает необходимость приобретения под модели летательных аппаратов с различными временами задержки срабатывания вышибного заряда разных МРД.
Техническая реализация предложенного решения на малогабаритных МРД с диаметрами корпусов порядка 10…13 мм сопряжена с рядом ограничений. Так, устойчивое горение малогазовых составов в каналах без погасания от тепловых потерь обеспечивается в каналах с минимальными диаметрами порядка 2-3 мм, что ограничивает количество размещаемых на днище огневых связей до 2…3. Использование в замедлителе вместо малогазовых более энергичных составов ведет к необходимости тщательного уплотнения сопрягаемых поверхностей днища и вышибного заряда для предотвращения проскока пламени от ранее вскрывшейся огневой связи, что усложняет конструкцию и снижает точность и надежность работы замедлителя, повышает трудоемкость и себестоимость изготовления МРД.
Приведенная выше принципиальная схема выполнения замедлителя МРД в виде каналов огневой связи одинаковой длины с составами, горящими с разными скоростями, является не единственным решением обеспечения дискретного изменения времени задержки. С учетом высокой стоимости составов пиротехнических замедлителей, превышающих на 1-2 порядка стоимость используемых в МРД конструкционных материалов - картона, пластмасс, керамик, решение задачи обеспечения разновременной подачи огневой луча на поверхность переднего днища может быть выполнено другими, менее затратными средствами, чем использование в одном воспламенителе нескольких пиротехнических составов. В частности, может быть использовано различие времен вскрытия входных отверстий каналов огневой связи или их длины, включая заполнение канала не на всю длину, что дает возможность сократить номенклатуру составов замедлителя до одного, общего для снаряжения всех каналов огневой связи.
Последующие варианты исполнения МРД являются развитием основной идеи создания высокотехнологичного двигателя с возможностью расширения диапазона и точности времени срабатывания замедлителя.
Предложен МРД, в котором топливный заряд скреплен или плотно контактирует с внутренней поверхностью переднего днища, форма которой и/или схема расположения на ней входов каналов огневой связи, и/или форма топливного заряда выполнены с возможностью разновременного раскрытия входов каналов замедлителя горящим сводом топлива.
Это обобщенная схема МРД легко реализуется теоретически достаточно, например внутреннюю поверхность крышки выполнить любой приемлемой формы, не совпадающей с формой поверхности горения топливного заряда в конце его работы, и на участках с разными временами вскрытия разместить входы каналов огневой связи. При равной длине каналов огневые импульсы на внешней стороне днища будут смещены по времени на разницу времени вскрытия входов. Практически же для получения приемлемой разницы в 0,5…1,5 сек времени вскрытия осесимметричным горящим сводом топливного заряда различных, также обычно осесимметричных, участков днища необходимо сформировать в конце работы МРД сравнительно крутой фронт горения топливного заряда.
Для этого предложено установить в топливный заряд со стороны переднего днища удлиненный элемент из материала с повышенной температуропроводностью, например из меди или алюминия, от которого на различных расстояния размещены входы каналов огневой связи замедлителя. Усиленный прогрев прилегающего к элементу топлива резко - до 3…4 раз - повышает его местную скорость горения, и вдоль элемента, выполняющего своеобразную роль «лидера горения», формируется конусная поверхность горения с полууглом вершины до 15…20 градусов. Определенным недостатком такого решения является затянутый спад давления и обусловленные этим энергетические потери.
Предложено выполнять переднее днище снаружи плоским, а со стороны топливного заряда с центральным углублением, по периферии которого размещены каналы огневой связи замедлителя, переменной длины. Такая форма органично и технологически рационально сочетает разнообразные конструкционные и функциональные требования к узлу - его надежное скрепление с корпусом двигателя, обеспечиваемое максимальной толщиной днища по периферии, и размещение по поверхности крышки каналов огневой связи различной длины от наибольшей по периферии до наименьшей по оси.
Предложено выполнять переднее днище со стороны вышибного заряда под наклоном к продольной оси двигателя, а вышибной заряд в плане эллипсовидной формы с возможностью его установки на днище путем разворота на 180 градусов и/или переворота на другую сторону. Реализация двух времен задержки обеспечивается выполнением на наклонной внешней поверхности днища двух каналов огневой связи различной длины, симметричных и максимально разнесенных по большой оси эллипса, и бронированием сопрягаемых поверхностей вышибного заряда за исключением зоны контакта с каналом. Установкой вышибного заряда небронированным участком в одно из двух положений обеспечивается огневой контакт с каналом огневой связи соответствующей длины и, соответственно, заданное время задержки срабатывания.
Для реализации трех времен задержки на днище по малой оси эллипса выполнена третья огневая связь, а пластинчатый заряд на одной из сторон имеет по малой оси эллипса небронированный участок, например, в виде полосы. В этом случае крайние времена задержки обеспечиваются установкой вышибного заряда с поворотом на 180 градусов без переворачивания, а среднее время - переворотом заряда на другую сторону. Пыж, закрывающий вышибной заряд, для сохранения осевой центровки МРД может выполняться с наклонной торцевой поверхностью.
Для плавного регулирования времени задержки предложен двигатель, в котором замедлитель выполнен с возможностью непрерывного перемещения точки контакта по длине канала огневой связи с небронированным участком вышибного заряда. Это схемное решение позволяет, в зависимости от длины канала и времени выгорания состава замедлителя в нем до точки контакта с небронированной поверхностью вышибного заряда, регулировать время срабатывания в диапазоне времени выгорания длины канала.
Предложен реализующий это схемное решение МРД, у которого конечная часть канала огневой связи выполнена в форме желоба на внешней поверхности переднего днища. Подводящий начальный участок огневой связи может быть снаряжен замедлительным составом полностью или частично или быть полностью полым, дублированным, иметь поперечное сечение различной формы, например, в виде сквозной прорези на боковой периферийной поверхности днища. При совмещении небронированной части вышибного заряда с торцевой поверхностью прорези замедлитель обеспечивает минимальное время задержки срабатывания после выгорания топливного заряда МРД. Периферийное размещение подводящих полости двигателя каналов огневой связи и их дублирование позволяют обеспечить надежную работу замедлителя в условиях ограниченного пространства днища малогабаритного двигателя.
Предложен вариант двигателя с желобом, частично проходящим через центр днища, и с вышибным зарядом, выполненным с возможностью его переворота на другую сторону. Такая конструкция переворачиваемого вышибного заряда с небронированным центральным участком на переворачиваемой стороне обеспечивает плавное и равномерное регулирование времени задержки срабатывания замедлителя во всем - от нулевого до максимального - временном диапазоне горения замедлительного состава.
Создание МРД с непрерывным регулированием времени срабатывания замедлителя по схемам, рассмотренным выше, открывает принципиально новые возможности совершенствования спортивных моделей летательных аппаратов и унификации самих МРД. По сравнению с двигателем с дискретной разбивкой временного диапазона задержки срабатывания такой МРД позволяет компенсировать разбросы энергетических характеристик двигателя, ветровых и температурных условий старта.
Предложен двигатель, у которого хотя бы часть сопрягаемых поверхностей переднего днища и вышибного заряда выполнена из взаимно притягивающихся магнитных материалов. Такое решение, обеспечивающее взаимное притяжение и уплотнение контакта между подвижными элементами двигателя, уменьшает возможность проскока луча огня от ранее вскрывшейся огневой связи через уплотнение, повышает точность срабатывания замедлителя, надежность и безопасность МРД.
Создание магнитотвердых полимерных материалов, в т.ч. для покрытий и бронировок, относится к хорошо отработанным технологическим процессам и широко используется в производстве эластичных постоянных магнитов. Такие материалы имеют достаточно высокие коэрцитивную силу и остаточную индукцию, широкую петлю магнитного гистерезиса. В качестве магнитотвердых порошкообразных наполнителей используются ферриты стронция, бария, оксиды железа, и др. с высокой удельной поверхностью и различными степенями наполнения полимеров - до 90% мас. После изготовления магнитные материалы или профильные изделия из них протягиваются через намагничивающую установку и применяются в виде эластичных и твердых магнитных пластин и покрытий для различных устройств и игрушек.
В технике, в частности в зенитной артиллерии, известны дистанционные пороховые взрыватели со сходным принципом действия [2]. В дистанционных трубках таких взрывателей между капсюлем-воспламенителем и капсюлем-детонатором помещен пороховой состав, запрессованный в желоба трех дистанционных колец, размещенных послойно и соединенных между собой передаточными отверстиями для прохода пламени. Дистанционные кольца устроены так, что их можно поворачивать при помощи особого ключа и тем самым сокращать или увеличивать длину пороховой дорожки. Скорость горения пороха постоянна, поэтому, изменяя длину пороховой дорожки, можно изменить время горения пороха и, т.о., обеспечить возможность снаряду пролететь заданное расстояние и разорваться в требуемой точке траектории. При работе замедлителя последовательно воспламеняются и выгорают пороховые составы верхнего, среднего, а потом нижнего колец. После выгорания порохового состава, соответствующего заданной установке, луч огня поступает к капсюлю-воспламенителю детонатора. На нижнем дистанционном кольце нанесена шкала с делениями, соответствующими временам горения порохового состава, а на боковой поверхности корпуса - установочная риска, относительно которой происходит установка взрывателя.
При схожести используемых приемов предложенная конструкция замедлителя МРД характеризуется рядом существенных отличий от описанного аналога - замедлителя авиационного снаряда. Замедлитель МРД является одновременно частью его корпуса, выполняющей функцию силового элемента, нагруженного давлением переднего днища и конструктивно совмещенного с ним. В предложенном замедлителе сокращено количество звеньев огневой цепи с пяти до трех, взаимное перемещение вышибного заряда и днища осуществляется не только поворотом, но и переворотом вышибного заряда на другую сторону, что обусловлено доступностью к узлу со стороны переднего торца МРД, отсутствующей у изделий военного назначения и средств ракетно-космической техники. В замедлителе МРД реализована «нулевая» задержка времени срабатывания, объективно отсутствующая у аналога-замедлителя снаряда и совершенно неприемлемая для военной техники простота исполнения канала огневой связи в форме прорезей на боковых поверхностях днища. Введены фиксация положения взаимно перемещаемых элементов и уплотнение сопрягаемых поверхностей с помощью магнитных материалов и дублирование, обеспечивающее требуемый уровень надежности МРД более доступными средствами по сравнению с высоконадежными дорогостоящими системами ракетно-космической техники [1].
Сущность изобретения поясняется на чертежах, где схематично показаны:
на фиг.1 - общий вид МРД;
на фиг.2 - вид А на замедлитель на фиг.1;
на фиг.3 - вид Б на вышибной заряд на фиг.1;
на фиг.4 - вариант исполнения МРД с зарядом, снабженным «лидером горения»;
на фиг.5 - вид В на замедлитель на фиг.4;
на фиг.6 - вид Г на вышибной заряд на фиг.4;
на фиг.7 - вариант исполнения МРД с конической формой переднего днища;
на фиг.8 - вид Д на вышибной заряд на фиг.7;
на фиг.9 - вариант исполнения МРД с наклонной наружной поверхностью переднего днища;
на фиг.10 - вид Е на замедлитель на фиг.9;
на фиг.11 - вид Ж на вышибной заряд на фиг.9;
на фиг.12 - вид И на вышибной заряд на фиг.9;
на фиг.13 - вариант исполнения МРД с плавным регулированием времени замедления;
на фиг.14 - вид К на замедлитель на фиг.13;
на фиг.15 - вид Л на вышибной заряд на фиг.13;
на фиг.16 - вариант исполнения МРД с осевым каналом огневой связи;
на фиг.17 - вид М на замедлитель на фиг.16;
на фиг.18 - вид Н на вышибной заряд на фиг.16.
МРД, показанный на фиг.1, содержит корпус 1 с соплом 2, твердотопливный заряд 3 с расточкой 4, формирующей начальную поверхность горения, переднее днище-замедлитель 5 с каналами 6, снаряженными малогазовыми составами 7 с различными скоростями горения, и вышибной заряд 8. Каналы 6 замедлителя, как это показано на фиг.2, размещены по периферии днища 5 на одной окружности, а сопрягаемая с вышибным зарядом 8 поверхность днища имеет магнитное покрытие. Вышибной заряд 8, представляющий собой пористый диск-пластину из подпрессованного черного пороха с технологическими добавками, по сопрягаемой поверхности с днищем покрыт, исключая участок отверстия 10, магнитной бронировкой и за счет взаимного притяжения плотно прилегает к днищу 5. Кроме этого, заряд 8 имеет возможность поворота, выполняемого с помощью устанавливаемого в гнезда 11 ключа (не показан) для совмещения небронированного участка 10 с одним из выходных каналов 6 днища.
Работа МРД. Перед использованием МРД в его корпус устанавливают ключ с выступами, взаимодействующими с гнездами 11 вышибного заряда 8, и поворотом ключа совмещают небронированный участок 10 вышибного заряда 8 с одним из выходных каналов 6 на днище 5, обеспечивающим наиболее близкое к расчетному время замедления. Через сопловое отверстие в полость расточки 4 вводят электровоспламенитель (не показан), представляющий собой спираль накаливания с нанесенной на ней пиротехнической обмазкой. При подаче электрического тока на спираль пиротехническая обмазка воспламеняется, от продуктов сгорания которой воспламеняется поверхность расточки 4 топливного заряда 3. Образующиеся при горении заряда 3 газы истекают из сопла 2, создавая реактивную тягу. При выгорании заряда 3 вскрывается поверхность переднего днища 5 и от высокой температуры в полости корпуса поджигаются составы 7 в каналах 6 замедлителя. По мере сгорания составов на выходах из каналов формируются огневые лучи, один из которых, контактирующий с небронированным участком 10 вышибного заряда 8, воспламеняет его.
На фиг.4 показан вариант исполнения МРД с топливным зарядом 3, скрепленным с передним днищем 5 и снабженным иглой 12, выполненной из материала с высокой температуропроводностью. Местная скорость горения топлива вдоль иглы из-за интенсивного прогрева прилегающего к ней слоя топлива существенно, в несколько раз превосходит нормальную скорость горения, вследствие чего в заряде вдоль иглы, после выгорания части свода L, формируется конусная поверхность горения 13. Она обеспечивает последовательное, в зависимости от удаления от оси, вскрытие каналов 6 и воспламенение составов замедлителя и, соответственно, различное время задержки появления огневых лучей на выходах каналов при использовании медленногорящего состава 14 одной марки. Пример возможного размещения каналов на днище приведен на фиг.5, а соответствующая форма небронированного участка в форме щели 15, крайние точки которой пересекают радиусы центров соответствующих каналов замедлителя, - на фиг.6. Параметры свода топливного заряда L, выступания иглы L1, размещения каналов на днище и др. показатели замедлителя тесно взаимоувязаны с внутрибаллистическими характеристики двигателя и определяются при отработке. Требуемое время задержки срабатывания замедлителя устанавливают поворотом вышибного заряда до совмещения щели 15 с одним из выходных каналов 6 замедлителя.
Более простой вариант конструкции замедлителя показан на фиг.7. Разница времен срабатывания огневых связей обеспечивается за счет использования каналов разной длины - от максимальной длины канала 6, размещенного на периферии днища, до минимальной длины осевого канала 16. Компоновка периферийных каналов на переднем днище, форма небронированной щели вышибного заряда не отличаются от описанного выше варианта (см. фиг.5 и 6), а реализация нулевой задержки обеспечивается выполнением осевой зоны 17 внешней поверхности вышибного заряда без бронировки, как это показано на фиг.8, и переворачиванием заряда на другую сторону. Для точной установки вышибного заряда с нужным выходным каналом замедлителя на обратной поверхности вышибного заряда нанесена шкала 18, а на видимой внутренней поверхности корпуса - установочная риска 19. Требуемое время задержки срабатывания замедлителя устанавливают поворотом вышибного заряда до совмещения соответствующего указателя шкалы 18 с риской 19.
Другой вариант реализации замедлителя с каналами разной длины показан на фиг. 9. Наружная поверхность переднего днища выполнена под углом, что обуславливает эллиптическую форму в плане как днища, так и сопрягаемого с ним уплощенного вышибного заряда 20. Разница времен срабатывания огневых связей обеспечивается за счет различных длин периферийных каналов - от максимальной длины канала 6, двух каналов 21 средней длины и до минимальной длины осевого канала 16. Компоновка каналов на переднем днище приведена на фиг.10, размещение небронированных зон 10 и 22 на разных сторонах вышибного заряда - на фиг.11 и 12. Реализацию максимального или минимального времени задержки срабатывания вышибного заряда 20 осуществляют извлечением заряда, поворотом его на 180 градусов и установкой на днище 5, чем обеспечивают контакт небронированного участка 10 с выходным сечением канала 6 или 16 соответственно, а для реализации промежуточного времени задержки устанавливают на днище 5 вышибной заряд 8 обратной стороной. При этом выходные срезы дублированных каналов 21 контактируют с небронированным участком щели 22 вышибного заряда 20. На поверхностях вышибного заряда нанесена маркировка времен задержки - 1, 2 и 3 сек, как это показано на фиг.11 и 12, облегчающая правильную установку заряда. Для компенсации смещения центровки замедлителя может быть применен пыж с косым срезом по задней поверхности.
Ниже приведены варианты исполнения МРД с замедлителями, обеспечивающими плавную (не дискретную) установку времени задержки срабатывания вышибного заряда.
На сопрягаемой с вышибным зарядом 8 поверхности переднего днища 5 малогабаритного МРД, показанного на фиг.13, выполнены два дублирующих симметричных полукольцевых (с перемычками, как это приведено на фиг.14) желоба 23, заполненных малогазовым медленногорящим составом 14. Два подводящих огневой импульс канала 6 выполнены в виде продольных прорезей по боковым поверхностям днища. Вышибной заряд 8 на сопрягаемой с днищем поверхности также имеет два симметричных небронированных участка 10 (см. фиг.15), перемещением которых вдоль желобов при вращении заряда изменяется длина огневой связи и, соответственно, время срабатывания замедлителя.
Работа МРД. Перед монтажом двигателя в модель ракеты поворотом вышибного заряда 8 устанавливают необходимое время задержки срабатывания системы спасения - от нулевого, когда небронированные участки 10 вышибного заряда устанавливают напротив каналов 6, подводящих огневой импульс (это положение показано на фиг.13), до максимального, когда участки 10 перемещают до конца огневых дорожек, образованных составом 14 в желобах 23. В полете, по окончании работы топливного заряда двигателя, вскрываются входы в каналы 6, и огневой импульс передается через небронированные участки 10 на вышибной заряд 8 либо непосредственно при установке на нулевую задержку, либо через участок огневой дорожки заданной длины, время выгорания которой определяется скоростью горения состава 14.
На фиг.16 приведен вариант исполнения МРД с осевым каналом 16, подводящим огневой импульс из камеры сгорания к топливному составу 14 огневой дорожки замедлителя. Радиальные участки огневой дорожки на периферии внешней поверхности днища переходят в полукольцевые дуги, как это показано на фиг.17. Сопрягаемая с днищем поверхность вышибного заряда имеет небронированные участки 10 (см. фиг.15), а наружная поверхность 18 снабжена шкалой установки времени замедления и центральным небронированным участком 17, как это показано на фиг.18. Реализация требуемой временной задержки срабатывания обеспечивается поворотом вышибного заряда до совмещения соответствующей риски шкалы 18 с нанесенной на корпусе МРД установочной риской 19.
По окончании работы двигателя огневой импульс из камеры сгорания через канал 16 воспламеняет радиальные, а затем и периферийные полукольцевые огневые дорожки. При совмещении фронта горения любой из двух огневых дорожек замедлителя с небронированным участком 10 вышибного заряда последний срабатывает. Нулевая задержка обеспечивается переворачиванием вышибного заряда на другую сторону, при этом центральный небронированный участок 17 заряда совмещается с выходным срезом канала 16, и огневой импульс из камеры сгорания после вскрытия входного отверстия канала 16 поджигает вышибной заряд двигателя.
На изложенных принципах могут быть осуществлены и другие, схожие по замыслу и конструктивному оформлению решения, в частности, без дублирования каналов огневой связи, что позволяет повысить точность установки времени срабатывания за счет удлинения дорожки огневой связи. Но опыт эксплуатации МРД показывает, что именно отказы замедлителей превалируют в общей статистике причин несрабатывания систем спасения моделей и ущерба от их поломки.
Конструктивные решения предлагаемых вариантов изобретения ориентированы на обеспечение более высокой степени унификации и массовости производства МРД, чем существующие, использующие при изготовлении зарядов замедлителя технологии прессования. В частности, с положительным результатом опробован ряд конструкций замедлителей, в огневых связях которых использованы шнуровые заряды из баллиститных, устойчивых к влаге составов, формируемых методом экструзии с последующей вклейкой в каналы замедлителя. Технология экструзии широко применяется при изготовлении артиллерийских порохов и термочувствительных элементов (шнуров) для систем запуска установок тушения пожаров.
Заявитель является субъектом малого предпринимательства.
ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ ИСТОЧНИКИ
1. Вспомогательные системы ракетно-космической техники. - М.: Мир, 1970. Стр.280-340.
2. П.А.Гришук, К.В.Морозов. Корабельная зенитная артиллерия. - М.: ДОСААФ, 1981. Стр.102.
3. Модельные ракетные двигатели. Технич. описание и инструкция по эксплуатации. ТУ 84-795-79.
4. B.C.Рожков. Спортивные модели ракет. - М.: ДОСААФ, 1984. Стр.14-15 и стр.153.
5. П.Эльштейн. Конструктору моделей ракет. Перевод с польского. - М.: Мир, 1978. стр.149.
1. Модельный ракетный двигатель, содержащий корпус с соплом и последовательно смонтированные в полости корпуса топливный заряд, переднее днище с замедлителем в виде одного или нескольких каналов огневой связи и вышибной заряд, отличающийся тем, что вышибной заряд по сопрягаемой с ним поверхности выходов каналов огневой связи переднего днища выполнен с возможностью перемещения и частично бронирован.
2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что топливный заряд скреплен или плотно контактирует с внутренней поверхностью переднего днища, форма которой, и/или схема расположения на ней входов каналов огневой связи, и/или форма топливного заряда выполнены с возможностью разновременного раскрытия входов каналов замедлителя горящим сводом топлива.
3. Двигатель по п.2, отличающийся тем, что в топливный заряд со стороны переднего днища установлен удлиненный элемент с повышенной температуропроводностью, от которого на различных расстояниях размещены входы каналов огневой связи замедлителя.
4. Двигатель по п.2, отличающийся тем, что переднее днище со стороны топливного заряда выполнено с центральной выемкой и с каналами замедлителя переменной длины.
5. Двигатель по п.2, отличающийся тем, что переднее днище со стороны вышибного заряда выполнено под наклоном к продольной оси двигателя, а вышибной заряд в плане имеет эллипсовидную форму и выполнен с возможностью его установки на днище путем разворота на 180° и/или переворота на другую сторону.
6. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что замедлитель выполнен с возможностью непрерывного перемещения по длине канала огневой связи точки его контакта с небронированным участком вышибного заряда.
7. Двигатель по п.6, отличающийся тем, что часть канала огневой связи выполнена в виде желоба на внешней поверхности переднего днища.
8. Двигатель по п.7, отличающийся тем, что желоб проходит через центр переднего днища, а вышибной заряд выполнен с возможностью его переворота на другую сторону и имеет на этой стороне центральный небронированный участок.
9. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что по меньшей мере часть сопрягаемых поверхностей переднего днища и вышибного заряда выполнена из взаимно притягивающихся магнитных материалов.
www.findpatent.ru
