RU2603221C1

RU2603221C1 - Method of accelerating flying device

Info

Publication number: RU2603221C1
Application number: RU2015147366/06A
Authority: RU
Inventors: Николай Матвеевич Пивкин; Александр Николаевич Пивкин; Наиль Гумерович Ибрагимов; Андрей Евгеньевич Голубев
Original assignee: Акционерное общество "Научно-исследовательский институт полимерных материалов"
Priority date: 2015-11-03
Filing date: 2015-11-03
Publication date: 2016-11-27

Abstract

FIELD: engines.

SUBSTANCE: invention relates to rocket propulsion systems on solid fuel. Method of accelerating flying device, including a self-moving solid-fuel element (frameless rocket engine) with a flight stabilizer, wherein at start of flying device complete combustion of frameless rocket engine is provided, at that, a hollow cylindrical cartridge with a blind front cover is used as an engine, made of solid fuel with combustion rate of not less than 30 mm/s, herewith, at start-up of the device on one stabilizer several frameless rocket engines are placed in parallel to each other and their synchronous combustion in an acceleration section of the flight is provided.

EFFECT: invention provides increase in maximum speed and flight range of the self-propelled solid-fuel elements, used for active influence on atmospheric processes.

1 cl, 1 tbl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к способам ускорения летающих устройств (ЛУ), использующих изменение массы и лобового сопротивления ЛУ в полете.The invention relates to methods for accelerating flying devices (LU), using the change in mass and drag of the LU in flight.

Предлагаемый способ может быть эффективно использован в самом широком диапазоне поставленных задач от запуска фейерверков до средств спасения, а также как средство активного воздействия на атмосферные явления.The proposed method can be effectively used in the widest range of tasks from launching fireworks to rescue equipment, as well as a means of actively influencing atmospheric phenomena.

Известен способ ускорения артиллерийского подкалиберного бронебойного снаряда (Латухин А. Н. Современная артиллерия, М., 1970, Васильев А., Кинетические снаряды и ракеты, информационно-новостной портал ARMYMAN.INFO, 2013), заключающийся в том, что внутренний стержень снаряда вместе с поддоном разгоняется в стволе пушки до скорости около 1000 м/с на срезе ствола, после чего поддон на траектории отделяется и за счет сброса массы и уменьшения лобового сопротивления снаряда набегающему потоку скорость стержня увеличивается до 1700~2000 м/с.A known method of accelerating an artillery sub-caliber armor-piercing projectile (Latukhin A.N. Modern artillery, M., 1970, Vasiliev A., Kinetic shells and missiles, information and news portal ARMYMAN.INFO, 2013), which consists in the fact that the inner core of the projectile together with the pallet, it accelerates in the gun barrel to a speed of about 1000 m / s at the cut of the barrel, after which the pallet is separated on the trajectory and, due to the mass drop and the projectile drag to the incoming flow, the rod speed increases to 1700 ~ 2000 m / s.

Известен также способ ускорения цилиндрических твердотопливных самодвижущихся элементов со стабилизаторами полета, используемых для воздействия на процессы самоочищения атмосферы от аэрозольных ингредиентов (патент №2202172), который принимается за прототип.There is also known a method of accelerating cylindrical solid propellant self-propelled elements with flight stabilizers used to influence the processes of self-cleaning of the atmosphere from aerosol ingredients (patent No. 2202172), which is taken as a prototype.

По способу, изложенному в прототипе (см. ниже «описание графических материалов»), на открытый торец порохового цилиндрического элемента с несгораемой передней крышкой приклеивают шайбу из медленно сгорающего материала. Шайба имеет открытое центральное и периферийные отверстия, закрытые на начальном этапе полета устройства и открывающиеся по мере выгорания пороха.According to the method described in the prototype (see below "description of graphic materials"), a washer of slowly burning material is glued onto the open end face of the powder cylindrical element with a fireproof front cover. The washer has an open central and peripheral holes that are closed at the initial stage of the flight of the device and open as the powder burns out.

При этом пороховой цилиндрический элемент с крышкой и шайбой с предложенной системой отверстий выполняет функцию ракетного двигателя, летящего со стабилизатором полета в заданном направлении.In this case, the powder cylindrical element with a cover and a washer with the proposed system of holes performs the function of a rocket engine flying with a flight stabilizer in a given direction.

По этому алгоритму добиваются увеличенной тяги в начале полета устройства и маршевой тяги на разгонном этапе. Однако скорость устройства и дальность его полета при таких действиях часто бывают недостаточны для решения новых поставленных задач (диссипация электрической энергии в грозовых облаках и т.д.).According to this algorithm, increased thrust at the beginning of the flight of the device and marching thrust at the acceleration stage are achieved. However, the speed of the device and its flight range during such actions are often insufficient to solve new tasks (dissipation of electrical energy in thunderclouds, etc.).

Технической задачей предлагаемого способа ускорения летающих устройств является увеличение максимальной скорости и дальности полета самодвижущихся твердотопливных элементов, используемых для активного влияния на атмосферные процессы. Такими летающими устройствами могут быть такие же бескорпусные ракетные двигатели (РДБК) со стабилизаторами полета (СП), как и ракетный двигатель, представленный в прототипе.The technical task of the proposed method of accelerating flying devices is to increase the maximum speed and flight range of self-propelled solid fuel elements used to actively influence atmospheric processes. Such flying devices can be the same open-type rocket engines (RDBK) with flight stabilizers (SP), as well as the rocket engine presented in the prototype.

«Раскрытие изобретения». Поставленная задача решается за счет того, что в способе ускорения летающего устройства, включающего в себя самодвижущийся твердотопливный элемент (бескорпусной ракетный двигатель) со стабилизатором полета при старте летающего устройства обеспечивают полное сгорание бескорпусного ракетного двигателя, при этом в качестве двигателя используют полую цилиндрическую шашку с глухой передней крышкой, изготовленные из твердого топлива со скоростью горения не менее 30 мм/с, причем при запуске устройства на одном стабилизаторе размещают несколько бескорпусных ракетных двигателей параллельно друг другу и обеспечивают их синхронное сгорание на разгонном участке полета."Disclosure of the invention." The problem is solved due to the fact that in the method of accelerating a flying device, which includes a self-propelled solid fuel element (open-frame rocket engine) with a flight stabilizer at the start of the flying device, they ensure complete combustion of a open-air rocket engine, while a hollow cylindrical block with a deaf is used as the engine front cover made of solid fuel with a burning speed of at least 30 mm / s, and when starting up the device on a single stabilizer placed several only unpacked rocket engines are parallel to each other and provide their synchronous combustion in the upper part of the flight.

Требуемый результат достигается тем, что при запуске устройства используют полностью сгорающую пороховую шашку, в которой в отличие от прототипа в полете сгорает не только цилиндрическая часть, но и глухая передняя крышка, также изготовленная из пороха (см. ниже «описание графических материалов»). Необходимым условием для достижения максимального технического результата является обеспечение скорости горения пороха в полете не менее 30 мм/с. Данная (и выше) скорость горения пороха позволяют обеспечить увеличение скорости ЛУ (в данном случае стабилизатора полета СП) в пропорции, аналогичной увеличению скорости полета внутреннего стержня подкалиберного снаряда после отделения поддона при движении из артиллерийского ствола.The required result is achieved by the fact that when starting up the device, a completely burning powder bombshell is used, in which, unlike the prototype, not only the cylindrical part, but also the blank front cover, also made of gunpowder, burns in flight (see below “description of graphic materials”). A prerequisite for achieving the maximum technical result is to ensure the burning rate of gunpowder in flight is at least 30 mm / s. This (and higher) burning rate of gunpowder makes it possible to increase the speed of the launcher (in this case, the flight stabilizer SP) in a proportion similar to the increase in the flight speed of the inner rod of the sub-caliber projectile after separating the pallet when moving from the artillery barrel.

Результат обеспечивается за счет уменьшения массы ЛУ при сгорании РДБК, перераспределения набранной летающим устройством кинетической энергии и за счет резкого уменьшения аэродинамического сопротивления движению подобно тому, как это происходит при выстреле подкалиберным снарядом после отделения поддона.The result is achieved by reducing the mass of the LU during the combustion of the RDBK, redistributing the kinetic energy gained by the flying device, and by drastically reducing the aerodynamic resistance to movement, similar to what happens when shot with a caliber projectile after separating the pallet.

Результат обеспечивается и тем, что при запуске устройства на одном стабилизаторе размещают несколько бескорпусных ракетных двигателей параллельно друг другу и обеспечивают их синхронное сгорание на разгонном участке полета.The result is also ensured by the fact that, when the device is started up, several unpackaged rocket engines are placed on one stabilizer parallel to each other and ensure their synchronous combustion on the acceleration section of the flight.

«Описание графических материалов». На фиг. 1 изображена сборка РДБК со стабилизатором перед стартом (прототип), где 1 - стабилизатор полета, на котором может быть установлена полезная нагрузка, или который сам может быть полезной нагрузкой, 2 - передняя несгорающая крышка, 3 - пороховой цилиндрический элемент с бронировкой (изоляционной лентой), 4 - шайба с центральным внутренним и периферийными отверстиями."Description of graphic materials." In FIG. 1 shows the assembly of the RDBK with a stabilizer before launch (prototype), where 1 is a flight stabilizer on which a payload can be installed, or which itself can be a payload, 2 is a front non-combustible cover, 3 is a powder cylindrical element with a reservation (insulation tape) ), 4 - washer with central internal and peripheral holes.

На фиг. 2 изображена сборка РДБК со стабилизатором в полете (прототип) после того, как пороховая шашка сгорела.In FIG. 2 shows the assembly of the RDBK with the stabilizer in flight (prototype) after the powder bomb burned out.

На фиг. 3 изображена сборка РДБК со стабилизатором по предлагаемому способу разгона перед стартом, где 1 - стабилизатор полета, покрытый электропроводящей краской или с размещенной вдоль него металлической проволокой, 2 - передняя крышка из пороха, 3 - пороховая цилиндрическая шашка без бронировки, 4 - шайба с центральным внутренним и периферийными отверстиями.In FIG. 3 shows the assembly of the RDBK with a stabilizer according to the proposed method of acceleration before launch, where 1 is a flight stabilizer coated with electrically conductive paint or with a metal wire placed along it, 2 is a front powder cover, 3 is a powder cylindrical checker without reservation, 4 is a washer with a central internal and peripheral holes.

На фиг. 4 изображена сборка РДБК с электропроводным стабилизатором в полете после того, как пороховая шашка сгорела.In FIG. Figure 4 shows the assembly of the RDBK with an electrically conductive stabilizer in flight after the powder bomb burned out.

На фиг. 5 изображена сборка из трех РДБК по предлагаемому способу разгона, размещенных параллельно друг другу со стабилизатором перед стартом, где 1 - стабилизатор полета, 2 - РДБК (3 штуки).In FIG. 5 shows an assembly of three RDBKs according to the proposed acceleration method, placed parallel to each other with a stabilizer before launch, where 1 is a flight stabilizer, 2 is a RDBK (3 pieces).

На фиг. 6 изображена сборка из трех РДБК с электропроводным стабилизатором в полете после того, как пороховые шашки и крышки сгорели.In FIG. Figure 6 shows an assembly of three RDBKs with an electrically conductive stabilizer in flight after the powder bombs and caps burned out.

«Осуществление изобретения». Преимущество предлагаемого изобретения можно показать на примере запуска стабилизатора полета с токопроводящим покрытием, отправляемым в полет с помощью бескорпусного ракетного двигателя для инициирования внутриоблачных и межоблачных искусственных молний."Implementation of the invention." The advantage of the present invention can be shown by the example of launching a flight stabilizer with a conductive coating that is sent into flight by an open-air rocket engine to initiate intra-cloud and inter-cloud artificial lightning.

Начальная скорость всей сборки при взлете около 100 м/с при использовании способа разгона, соответствующего прототипу настоящей заявки на изобретение. Масса пороховой шашки 60 г, масса бронировки и передней крышки 25 г, масса стержня 85 г. Общая масса всей сборки после сгорания пороха 110 г. Лобовая площадь сборки по Миделю (определяющая аэродинамическое сопротивление воздуха) в течение всего полета равна 4 см².The initial speed of the entire assembly during take-off is about 100 m / s using the acceleration method corresponding to the prototype of the present application for the invention. The mass of the powder checker is 60 g, the mass of the armor and the front cover is 25 g, the weight of the rod is 85 g. The total mass of the entire assembly after the combustion of gunpowder is 110 g. The frontal area of the assembly according to Midel (which determines the aerodynamic resistance of air) throughout the flight is 4 cm ² .

При использовании предлагаемого способа разгона масса шашки возрастает до 65 г, масса стержня остается 85 г. Масса сборки после сгорания пороха 85 г. Лобовая площадь сборки по Миделю после сгорания пороха уменьшается до 1 см². Соответственно уменьшается аэродинамическое сопротивление полету ЛУ.When using the proposed method of acceleration, the mass of the checker increases to 65 g, the mass of the rod remains 85 g. The mass of the assembly after the combustion of the powder is 85 g. The frontal area of the assembly according to Midel after the combustion of the powder is reduced to 1 cm ² . Accordingly, the aerodynamic resistance to the flight of the aircraft decreases.

Таким образом, только по закону сохранения импульса при разгоне ЛУ по способу, взятому за прототип, после сгорания пороха расчетная скорость полета ЛУ увеличится в 1,5 раза. А при разгоне по предложенному способу скорость увеличится уже в 1,7 раза. Сопротивление воздуха полету, пропорциональное квадрату калибра, по предложенному способу уменьшается в 4 раза, что приближается к достигнутому на практике уменьшению сопротивления полету бронебойного подкалиберного снаряда после отделения поддона.Thus, only according to the law of conservation of momentum during acceleration of the LU according to the method taken as a prototype, after the combustion of the powder, the calculated flight speed of the LU will increase by 1.5 times. And during acceleration by the proposed method, the speed will increase by 1.7 times. The air resistance to flight, proportional to the square of the caliber, by the proposed method is reduced by 4 times, which is close to the practical reduction in flight resistance of the armor-piercing projectile after projectile separation.

Более того, заявленная в предложенном способе разгона ЛУ скорость горения пороха позволяет уменьшить время горения в сравнении с прототипом с ~1 до 0,2 с. Так как в бескорпусном ракетном двигателе пороховая шашка в цилиндрической части выполняет роль камеры сгорания, такое уменьшение времени горения позволяет в несколько раз увеличить допустимое рабочее давление в канале пороховой шашки (порох не успевает прогреться и потерять прочность) и пропорционально тягу РДБК.Moreover, the burning speed of gunpowder stated in the proposed method for accelerating LU allows to reduce the burning time in comparison with the prototype from ~ 1 to 0.2 s. Since the powder block in the cylindrical part plays the role of a combustion chamber in an open-flow rocket engine, such a reduction in the burning time allows several times to increase the allowable working pressure in the channel of the powder cartridge (the powder does not have time to warm up and lose strength) and is proportional to the thrust of the RBC.

Так в представленном выше для примера запуске ЛУ для практического сравнения прототипа и предложенного варианта, давление и тяга возрастают в ~5 раз (результат замерен), что, в свою очередь, позволяет в разы увеличить скорость ЛУ на участке разгона при и после сгорания пороха.So, in the launch of the LU presented above as an example for practical comparison of the prototype and the proposed option, the pressure and thrust increase by ~ 5 times (the result is measured), which, in turn, allows several times to increase the speed of the LN in the acceleration section during and after the combustion of gunpowder.

В таблице сведены описанные выше результаты использования предложенного способа разгона электропроводящего стержня для инициирования внутриоблачных молний.The table summarizes the above results from the use of the proposed method of dispersing an electrically conductive rod to initiate intra-cloud lightning.

При переходе к варианту использования параллельно нескольких РДБК также по предложенному способу разгона ЛУ соответственно увеличиваются и все скоростные характеристики полета (фиг. 5, 6).In the transition to the option of using several RDBKs in parallel, also according to the proposed method for accelerating the aircraft, all the flight speed characteristics increase accordingly (Fig. 5, 6).

Например, для трех пороховых шашек, сгорающих одновременно, скорость ЛУ только по закону сохранения импульса увеличится в 3,3 раза.For example, for three powder bombs burning simultaneously, the speed of the linac will only increase 3.3 times according to the law of conservation of momentum.

Лобовая площадь сопротивления воздуха полету сборки по Миделю уменьшится уже не в 4, а в 12 раз.The frontal area of air resistance to assembly flight according to Midel is already reduced not by 4, but by 12 times.

Соответственно в разы увеличивается и тяговая характеристика разгона ЛУ, его скорость и дальность полета.Correspondingly, the traction characteristic of acceleration of the LA, its speed and flight range also increases significantly.

Качественное изменение летных характеристик бескорпусных ракетных двигателей обеспечивает и качественное расширение диапазона их использования. А их дешевизна в сравнении с традиционными РДТТ делает их применение в народоно-хозяйственных целях исключительно перспективным.A qualitative change in the flight characteristics of open-frame rocket engines provides a qualitative expansion of the range of their use. And their cheapness in comparison with traditional solid propellant rocket engines makes their use in national economic purposes extremely promising.

Claims

A method of accelerating a flying device, which includes a self-propelled solid fuel element (open-body rocket engine) with a flight stabilizer, characterized in that when the flying device starts, the combustion of a open-air rocket engine is complete, and a hollow cylindrical block made with a blank front cover is used as the engine from solid fuel with a burning rate of at least 30 mm / s, and when starting up the device on the same stabilizer are placed several open-air rocket engines parallel to each other and provide their synchronous combustion in the upper part of the flight.