Конструкция пиротехнического заряда - RU2287512C2
Код документа: RU2287512C2
Чертежи
Описание
Данное изобретение относится к конструкции пиротехнического заряда, предназначенного, в частности, для использования в качестве ракетного топлива в ракетном двигателе, причем заданная продольная протяженность и зона поперечного сечения конструкции заряда приспособлены для его предполагаемого назначения.
В некоторых типах оружия различного назначения особенно важным является то, чтобы сжигание ракетного топлива происходило чрезвычайно быстро, то есть за период времени в пределах 5-10 миллисекунд. Характерными примерами такого оружия являются переносное оружие типа М-72 и Карл Густав или оружие, при использовании которого стреляющий находится рядом с ним. Для оружия подобного типа не допустимо длительное сгорание, то есть необходимо, чтобы в них процесс сгорания проходил мгновенно, а не в течение продолжительного времени с сопутствующим понижением давления газа. В переносном оружии снаряд выстреливается из пусковой установки. При этом наиважнейшее условие заключается в том, чтобы ракетное топливо сгорало до момента вылета снаряда из пусковой установки. В противном случае в направлении лица и тела стреляющего будут выбрасываться газообразные продукты сгорания, а также, возможно, дульное пламя и остаточные вещества, способные нанести ему серьезные повреждения.
В данном изобретении предложена конструкция пиротехнического заряда указанного во введении типа, которая характеризуется тем, что в поперечном сечении она имеет ячеистое строение при одинаковой толщине стенок всех ячеек, при этом стенка ячеек содержит пиротехнический заряд, то есть ракетное топливо, а в полости каждой ячейки содержится воздух или насыщенный кислородом газ.
Достоинством данной конструкции пиротехнического заряда является следующее. После воспламенения ракетного топлива его горение происходит одновременно от всех поверхностей перпендикулярно по отношению к поверхностям стенок ячеек или перегородкам, что продолжается вплоть до его полного одновременного сгорания. Это может происходить чрезвычайно быстро, поскольку толщина стенок ячеек является минимальной и, по существу, одинаковой по всему периметру ячейки. Кроме того, при горении создается высокое давление (быстро возрастающее и быстро падающее). Такое ракетное топливо представляет собой высокоэнергетическое горючее, которое можно эффективно использовать для запуска реактивных снарядов/ракет.
В предпочтительном варианте выполнения ячейки выполнены в виде многоугольной конструкции. В одном варианте выполнения, особенно предпочтительном в настоящее время ячейки выполнены в виде сотовой конструкции. Другие вероятные варианты выполнения ячеек имеют решетчатую конструкцию, например с ячейками в форме квадрата, конструкцию из треугольников, кругов или овалов.
В предпочтительном случае заряд может представлять собой горючее композиционного типа, например НТРВ (Полибутадиен с концевыми гидроксильными группами), НТРЕ (Полиэфир с концевыми гидроксильными группами), СТРВ (Полибутадиен с концевыми карбоксильными группами), отформованный в форме двухкомпонентный порох/горючее или формуемый (формуемое) в форме порох/топливо других типов или их комбинации.
Толщина стенок ячеек должна быть согласована с фактическими размерами оружия, соответствующими его калибру. Обычно толщина стенок ячеек составляет порядка 1-5 мм.
Другие дополнительные цели, особенности и преимущества данного изобретения станут очевидными из последующего описания его предпочтительных на данный момент вариантов выполнения, которые приведены исключительно для пояснения и, следовательно, не ограничивают объем его правовой охраны. Описание сопровождается чертежами, на которых:
Фиг.1 изображает поперечное сечение корпуса ракетного двигателя, содержащего пиротехнический заряд предложенной конструкции, соответствующей первому варианту выполнения данного изобретения.
Фиг.2 изображает вид, аналогичный фиг.1, на котором показан второй вариант выполнения предложенной конструкции пиротехнического заряда.
Фиг.3 изображает вид, аналогичный фиг.1, на котором показан третий вариант выполнения предложенной конструкции пиротехнического заряда.
Фиг.4 изображает вид, аналогичный фиг.1, на котором показан четвертый вариант выполнения предложенной конструкции пиротехнического заряда.
Фиг.5 изображает типичную графическую зависимость давление/время для предложенной конструкции пиротехнического заряда.
Вначале обратимся к фиг.1, изображающей корпус 10 двигателя, который может быть выполнен из любого подходящего материала, например из стали, алюминия, титана или композиционного материала. Последний является наиболее часто используемым, в особенности материал, состоящий из эпоксидной смолы/полиэфира, армированных углеродными волокнами, арамидными волокнами или стекловолокном.
Внутри корпуса 10 двигателя имеется слой 9 (или облицовка) из изоляционного материала. В качестве изоляционного материала можно использовать резину (EPDM), гетинакс на основе фенольной смолы, фенолоальдегидный диоксид кремния и т.п.
Кроме того, с внутренней стороны слоя 9 находится материал 8 из инертного наполнителя. Материал 8 обеспечивает устойчивость пиротехнического заряда, являющегося ракетным топливом, и удерживает его в центральном положении в корпусе 10 двигателя. Заданная продольная протяженность пиротехнического заряда в пределах корпуса 10 двигателя, а так же его поперечное сечение должны согласовываться со сферой применения оружия и его назначением. Обычно продольная протяженность может изменяться от близкой к нулю величины до, например, 50 см, что не является ограничением. В поперечном сечении заряд имеет вид ячеистой конструкции 1, причем каждая отдельная ячейка этого заряда имеет одинаковую толщину стенки. Стенки ячейки, названные перегородками 6, образуют подходящее ракетное топливо, а полости ячеек заполнены воздухом или насыщенным кислородом газом. Указанная толщина перегородки должна быть порядка 1-5 мм. На фиг.1 изображен вариант выполнения изобретения с многоугольной конструкцией, в частности с сотовой конструкцией.
Способ изготовления указанного топлива заключается в формовании в форме смеси композиционного типа, например НТРВ (Полибутадиена с концевыми гидроксильными группами), НТРЕ (Полиэфира с концевыми гидроксильными группами), СТРВ (Полибутадиена с концевыми карбоксильными группами), формуемого в форме двухкомпонентного пороха/горючего, что не является ограничением.
Зажигание топлива можно осуществлять как спереди, так и сзади с помощью пиротехнического запала (не показан), например пиротехнического сетчатого воспламенителя или заряда, выполненного из черного пороха или BKNО3, который расположен в корпусе воспламенителя, выполненном из пластика/металла (пирогенный запал), или в зарядном картузе, прикрепленном к внутренней поверхности непосредственно впереди или позади заряда и т.д. В данном случае, возможно, лучше всего использовать пиротехнический сетчатый воспламенитель, закрепленный впереди топлива. После воспламенения топливо горит одновременно от всех поверхностей ячеек перпендикулярно поверхностям перегородок ячеек до полного одновременного сгорания. Как показано на чертеже, те перегородки 6, которые горят с двух сторон, имеют двойную толщину по сравнению с перегородками, примыкающими к материалу 8 инертного наполнителя. Следует понимать, что для того чтобы при быстром сгорании достигнуть намеченного и, кроме того, получить оптимальный результат, необходимо придерживаться определенных соотношений между площадью поверхности перегородок 6, толщиной перегородки 6 и объемом воздуха или кислорода в ячеистой конструкции 1.
Конструкция ячейки может иметь любую подходящую форму, которая наряду по существу с одинаковой толщиной перегородки ячеек всего заряда в целом, будет обеспечивать выполнение приведенных выше условий. На фиг.2 изображен второй вариант выполнения ячеистой конструкции, выполненной в виде решетчатой структуры. В данном случае показаны ячейки квадратной формы. Другие варианты могут включать форму ромба, прямоугольника и т.п.
На фиг.3 изображен третий вариант выполнения ячеистой конструкции, в которой каждая ячейка имеет трехстороннюю форму, и вместе они образуют конструкцию 3 из треугольников.
На фиг.4 каждая отдельная ячейка имеет форму круга. Этот четвертый вариант конструкции ячейки образует конструкцию 4 из кругов. В качестве другого варианта ячейки могут быть в форме овалов.
Существенным преимуществом формуемого в форме композиционного горючего/пороха является отсутствие сильно выраженной температурной зависимости. То есть энергия горючего обеспечивает во время пуска снаряда приблизительно одинаковую мощность как при низкой температуре окружающей среды, так и при нормальной или высокой. В случае, когда отсутствие температурной зависимости является несущественным, вероятность попадания ракеты/снаряда обеспечивается гораздо лучше. Данное условие должно выполняться при нормальном разбросе оружия. Избежать некоторого разброса достаточно трудно, но с использованием температурно-независимого топлива один из факторов, влияющих на разброс, исключается.
Баллистические характеристики формуемых в форме композиционных зарядов, ячейки которых имеют тонкие перегородки, улучшены. При таком ячеистом строении заряд выгорает чрезвычайно быстро, в течение нескольких миллисекунд, приблизительно по "квадратной" графической зависимости давление/время. На фиг.5 это проиллюстрировано более наглядно. Вертикальная ось изображает изменение давления, а горизонтальная ось - время. При воспламенении заряда давление сразу же резко возрастает до уровня, на котором оно поддерживается во время горения, и затем резко понижается до нуля после полного сгорания. Интеграл по этой зависимости дает выражение для расчета полного импульса, генерируемого ракетным топливом.
Свойства чисто механической прочности и жесткость проиллюстрированной конструкции заряда существенно улучшены. Механическая прочность является важнейшим показателем с точки зрения нагрузок, действующих в оружии подобного типа, таких как ускорение, вибрация, удар, изменение температуры, холод и жара.
Реферат
Изобретение относится к получению конструкции пиротехнического заряда, предназначенного, в частности, для использования в качестве ракетного топлива в ракетном двигателе. Конструкция пиротехнического отформованного в форме заряда в поперечном сечении имеет ячеистое строение при одинаковой толщине стенок всех ячеек. Стенка ячеек содержит пиротехнический заряд, то есть ракетное топливо, а в полости каждой ячейки содержится воздух или насыщенный кислородом газ. Достоинством данной конструкции пиротехнического заряда является то, что после воспламенения ракетного топлива его горение происходит одновременно от всех поверхностей перпендикулярно по отношению к поверхностям стенок ячеек или перегородкам, что продолжается вплоть до его полного одновременного сгорания. 9 з.п. ф-лы, 5 ил.
