CC BY
117
и потерь тяги при незначительном снижении, примерно на 1,3 %, величины боковых усилий.
3. Поворот ГР вызывает рост давления, температуры и снижение скорости газового потока с наветренной стороны руля и, следовательно, повышенный эрозионный износ ГР.
4. Нецелесообразно выполнять боковую поверхность под большими углами, т.к. это приводит к снижению боковых усилий и значительному росту потерь тяги. За оптимальный угол наклона боковой поверхности следует принять угол равный ~5°, обеспечивающий снижение температуры на 481 К, при незначительном росте потерь тяги и снижении уровня боковых усилий.
V.N. Stolbovskoy
THE RESEARCH OF GAS RUDDER DATA INFLUENCE OF THE FIRM FUEL ROCKET ENGINE AND ITS TURN ANGLE ON DRAUGHT LOSSES AND OPERATING EFFORT
The interrelation of design data of a gas rudder of the firm fuel rocket engine and its turn angle on draught losses and operating effort characteristic.
Key words: firm fuel rocket engine, gas rudder, draught losses, lateral efforts.
УДК 662.76
Е.П. Поляков, д-р техн. наук, декан, (4872)35-33-87, [email protected] С.А. Лужецкая, асп., (4872)35-18-79, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ)
ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ ГАЗОГЕНЕРАТОРОВ В СОСТАВЕ СНАРЯДОВ РЕАКТИВНЫХ СИСТЕМ ЗАЛПОВОГО ОГНЯ
В статье рассмотрены преимущества применения твердотопливных газогенераторов в качестве энергетических устройств снарядов систем залпового огня для отделения головных частей и коррекции траектории снаряда, а также требования, предъявляемые к используемым ГГ и вопросы, связанные с их функционированием.
Ключевые слова: газогенератор, реактивная система залпового огня, отделяю-гцаяся головная часть, фунщионирование, энергетическое устройство.
Для организации функционирования отделяющихся головных частей (ГЧ) при осуществлении коррекции траектории снаряда используются пороховые энергетические устройства. До недавнего времени в кассетных головных частях (КГЧ) в качестве таких источников в основном использовались заряды дымного ружейного пороха (ДРП).
Однако практика отработки КГЧ в стендовых условиях показала, что дымные пороха имеют некоторые недостатки, связанные, в первую очередь, с высокой начальной интенсивностью газообразования. Это особенно ярко проявляется при высоких параметрах заряжания, характерных, например, для малогабаритной запоршневой зоны. Указанный недостаток
усугубляется тем, что процесс в запоршневой полости в основном определяет напряженность процесса разделения (максимальное давление и перегрузки), зависящую от величины требуемой скорости разделения. Кроме того, вследствие малости и наличия аэробаллистических свойств пороховые элементы увлекаются газовыми потоками и разносятся по всем газодинамически связанным полостям, в которых они догорают. Такой эффект имеет нестабильный характер и при определенных условиях может значительно исказить параметры внутрибаллистического процесса [1].
В связи с указанными недостатками зарядов ДРП ведутся разработки по использованию в качестве таких энергетических устройств пороховых газогенераторов (ГГ). Они позволяют за счет регламентируемой подачи
продуктов сгорания стабилизировать процессы отделения и вскрытия КГЧ на траектории, снизить силовые и тепловые нагрузки на элементы конструкции и, тем самым, разработать изделие с минимальными габаритномассовыми характеристиками. Системы наддува с твердотопливными ГГ являются довольно простыми по исполнению. В таких системах горячие газы получаются в результате горения или разложения твердого топлива. Рабочее тело располагается, как правило, в самом газогенераторе, что ис-
ключает необходимость иметь на борту специальную емкость для топлива и систему его подачи в газогенератор. Все вышеперечисленное определило интерес к ГГ проектировщиков систем наддува, несмотря на то, что в них протекают сложные теплофизические процессы, описать которые довольно сложно.
В настоящее время для повышения надежности и безопасности эксплуатации КГЧ с кумулятивно-осколочными боевыми элементами (БЭ) применяется многоступенчатая система взведения взрывателей БЭ. Система предполагает для взведения последней ступени взрывателей наддув КГЧ газом с пониженной температурой и поддержание давления порядка 20 атм. в течение 3-4 с.
Применение навески ДРП в качестве источника рабочего тела в подобных КГЧ не представляется возможным в связи с большой скоростью горения порохов и соответственно большими значениями давления в ме-жэлементных полостях, что неприемлемо по условиям наддува.
Существуют два направления решения этой задачи.
Первое направление заключается в использовании двухкамерного ГГ. В низкотемпературном газогенераторе с использованием охладителя первая камера служит источником рабочего тела, а вторая с помещенными в нее гранулами сублимирующего вещества с низкой средней температурой реакции сублимации, например углекислого аммония, - охлаждающей камерой. Сублимирующими веществами также могут быть пятиокись азота, перхлорат аммония, азид гидразина, азид гидроксиламина, нафталин. Под воздействием горячих газов с высокой температурой (1500-2000 К), образующихся в первой камере газогенератора, он сублимирует с отбором тепла от последних. При этом горячие газы, отдав тепло сублимирующему
составу, охлаждаются. В результате образовавшаяся из продуктов сгорания твердого топлива и газообразных продуктов сублимации газовая смесь имеет температуру, приемлемую для использования в качестве рабочего тела при наддуве межэлементных полостей в КГЧ реактивных систем залпового огня (РСЗО).
Второе направление - использование ГГ, работающего на специальном пиротехническом топливе с последующим охлаждением продуктов сгорания посредством пористого фильтра.
Источником работы двигателя коррекции также является пороховой ГГ. Для обеспечения надежного функционирования распределительного устройства корректирующего двигателя продукты сгорания обязательно должны пройти предварительную очистку, в том числе тонкую.
Вопросами разработки такого рода энергетических устройств снарядов РСЗО в настоящее время уделяется большое внимание. Проведены исследования и отработки подобных устройств. Решению вопросов, связанных с созданием таких энергетических устройств посвящено большое количество работ. Согласно их анализу, основная задача проектирования ГГ состоит в обеспечении подачи газа с заданными расходом и давлением в течение заданного промежутка времени в соответствии с требованиями системы. Кроме того к ГГ часто предъявляется ряд дополнительных требований, таких как:
- продукты горения не должны содержать пары воды, которые будут конденсироваться при минусовых температурах;
- при наддуве рабочей полости в газовой смеси не должны содержаться высокотемпературные твердые частицы шпака;
- температура газовой смеси не должна превышать определенного значения;
- газогенератор не должен содержать электрическую систему инициирования и должен срабатывать от воздействия огневого импульса от порохового устройства с навеской ДРП, что должно обеспечивать повышенную безопасность газогенератора при изготовлении и эксплуатации, а также увеличить его стойкость к внешним воздействиям.
Разработано много методов для выполнения этих условий. Использование этих методов по отдельности или в комбинации с другими в значительной степени определяют конструкцию системы.
Конструкция оптимального газогенератора для конкретных целей должна удовлетворять механическим и баллистическим требованиям. Оптимальная конструкция часто характеризуется минимальными массой и габаритами, при которых газогенератор удовлетворяет предъявляемым к нему требованиям. При этом также должны учитываться простота конструкции и надежность работы.
Поскольку энергетические характеристики ГГ улучшаются с увеличением эффективной скорости горения и ухудшаются с ростом массы конструкции, то имеются предельные конструктивные параметры систе-
мы. Проблема оптимизации часто сводится к разработке минимальной по размерам и массе конкретной конструкции, содержащей заряд пороха, продукты сгорания которого совместимы с материалами устройства, в которое подается рабочий газ, при работе системы на максимально возможном уровне давления. В частности, при разработке ГГ в научных исследованиях с целью повышения прочности взрывной камеры путем снижения максимального давления в ее полости и продления импульса давления по времени, предлагается отказаться от использования одной навески прогрессивно- или дегрессивно-горящего пороха, имеющего, как известно, колоколообразную форму импульса давления, и перейти к использованию зарядов, создающих импульс давления трапециевидной формы. Для этого в работе используется модульный пороховой заряд, содержащий несколько навесок пироксилинового пороха, работающих с задержкой относительно друг друга.
Известны также работы, в которых делается акцент на необходимость решения задач, связанных с фильтрацией продуктов сгорания.
Резюмируя вышесказанное, можно сделать вывод, что несмотря на большое количество проведенных исследований и отработок, надежное, безотказное, эффективное использование бортовых энергетических устройств типа ГГ для снарядов РСЗО требуют дальнейшего решения ряда задач, которые не нашли своего отражения в известных работах. В настоящее время в рамках данной тематики исследований ведутся работы, связанные с задействованием ГГ при использовании специальных огнепроводов, тепломассопереносом в конструктивных элементах охлаждения продуктов сгорания, функционированием фильтров грубой и тонкой очистки, организацией процесса сепарации частиц для снижения наполнения фильтров тонкой очистки твердыми частицами и ряд других.
Список литературы
1. Князева И.В., Сидоров Д.В. Направления усовершенствования процессов отделения и вскрытия процессов отделения и вскрытия головных частей, разделяющихся на траектории// Международная научнопрактическая конференция «Вторые окуневские чтения». Санкт-Петербург. 2001. С. 31-37.
E.P.Polyakov, S.A.Luzhetskaya
THE PERSPECTIVES OF SOLID-PROPPELLANT GAS GENERATORS APPLICATION IN POWER DEVICE’S STRUCTURE OF THE MULTIPLE-LAUNCHED ROCKET SYSTEMS
Advantages of solid-propellant gas generators application as power devices in multiple-launched rocket systems missiles for separation nose and for correction missile’s trajectory, and also requirements, applied to gas generators and questions, connected with their operation are considered in the article.
Key words: gas generator, multiple-launched rocket system, jettisonable nose, operation, power device.
