Ракета для активного воздействия на облака
Полезная модель относится к устройствам для изменения атмосферных условий, а более конкретно, к метеорологическим ракетам для рассеивания в облаках аэрозоля, генерируемого при сгорании пиротехнической дымовой шашки, с целью искусственного вызывания осадков или предотвращения градобития.
Ракета для активного воздействия на облака содержит головную часть с канальной шашкой пиротехнического заряда активного дыма, сообщающуюся с дымовыходными отверстиями и закрытую обтекателем, где смонтирован инициирующий механизм самоликвидации, двухсекционный твердотопливный реактивный двигатель, воспламенительный заряд которого взаимодействует с центральной электровоспламенительной втулкой соплового блока, оснащенного аэродинамическими лопастями.
Новым является то, что заряд активного дыма выполнен из трех частей, каждая из которых по образующим цилиндрическим поверхностям термобронирована покрытием из термостойкого асбеста и смонтирована относительно друг друга с зазорами, по периметру которых в корпусе головной части выполнены распределенные сквозные дымовыходные отверстия, при этом две части заряда активного дыма образованы из разделенной поперек канальной шашки, а третья часть выполнена в виде монолитной пиротехнической шашки, перекрывающей выход в обтекатель, заполненный чугунной дробью.
Предложенное техническое решение обеспечило высокопроизводительное генерирование с пяти торцов горения пиротехнического заряда головной части ракеты активного дыма, который выводится непосредственно в атмосферу в форме мелкодисперсного аэрозоля, эффективно воздействующего на облака в течение более протяженного времени.
Настоящая полезная модель относится к устройствам для изменения атмосферных условий, а более конкретно, к метеорологическим ракетам для рассеивания в облаках аэрозоля, генерируемого при сгорании пиротехнической дымовой шашки, с целью искусственного вызывания осадков или предотвращения градобития.
Уровень данной области техники характеризует ракета для активного воздействия на облака, описанная в патенте RU 21229354, A01G 15/00, 1999 г., которая содержат головную часть с шашкой активного дыма, закрытую обтекателем, оснащенным коллектором дымовыводящих отверстий и исполнительный механизм самоликвидации, твердотопливный реактивный двигатель, выполненный из двух последовательных секций, каждая из которых включает канальную пороховую шашку и усилительный заряд, а также сопловой блок с аэродинамическими лопастями (стабилизаторами) и центральной электрокапсюльной втулкой, оснащенной огнепередаточной трубкой для формирования направленного форса пламени, воспламеняющего пороховую шашку реактивного двигателя, запуская его в работу.
Для корректировки и оптимизации высоты и дальности полета ракеты реактивный двигатель выполнен двухрежимным, канальные шашки каждой секции которого установлены с разными зазорами относительно корпуса, что увеличивает поверхность горения и динамику выхода ракеты на режим при увеличении дистанции полета.
Два режима работы реактивного двигателя обеспечиваются последовательным функционированием двух его секций, в целом для скоростного подъема ракеты на относительно большую высоту. В секциях соответственно подбираются структурные элементы по составу, массе и характеру их горения.
В обтекателе выполнены отверстия для выхода генерируемого при горении канальной пиротехнической шашки через коллектор головной части активного дыма (аэрозоля), твердые частички которого служат ядрами кристаллизации влаги или сорбирующими концентраторами каплеобразования в атмосферном облаке.
Характерной особенностью описанной ракеты является оснащение головной части исполнительным механизмом, установленным на обращенной к усилителю диафрагме и включающем замедлитель и капсюль-детонатор системы самоликвидации.
Исполнительный механизм системы самоликвидации размещен в коллекторе обтекателя, его замедлительный заряд инициируется автоматически при воспламенении шашки активного дыма. Время замедления (горения пиротехнического заряда) гарантированно превышает время функционирования шашки активного дыма. Срабатывание системы самоликвидации происходит от капсюля-детонатора.
Продольные ленточные заряды взрывчатого вещества, распределенные вдоль корпуса ракеты, при подрыве (через время задержки после окончания работы функционального снаряжения головной части) создают направленные к центру встречные потоки осколков, которые взаимно дробятся при встрече с потерей кинетической энергии, а кольцевые ленточные заряды дробят наиболее массивные части ракеты на фрагменты, не имеющие убойной силы.
Недостатком описанной ракеты является неудовлетворительная функциональная надежность двухрежимного реактивного двигателя при последовательном действии автономных секций, в каждой из которых для стабилизации горения канальных пороховых шашек дополнительно используются пиротехнические шашки торцевого горения, связанные с усилителями для передачи воспламенительного импульса, что заметно снижает дальность полета ракеты.
Кроме того, связь пиротехнической шашки второй секции реактивного двигателя с функциональной шашкой активного дыма головной части посредством усилительного заряда обеспечивает воспламенение последней до входа ракеты в обрабатываемое облако, что заметно снижает продуктивность его обработки по назначению, снижая эффективность образования осадков.
Отмеченные недостатки устранены в ракете для активного воздействия на облака по патенту RU 2340861, A01G 15/00; F42B 12/36, 2008 г., которая по технической сущности и числу совпадающих признаков выбрана в качестве наиболее близкого аналога предложенной ракете.
Известная ракета для активного воздействия на облака содержит головную часть с установленной в ней шашкой активного дыма, снабженной средством инициирования системы самоликвидации, коллектор и обтекатель с выходными отверстиями, реактивный двигатель, в общем корпусе которого с кольцевым зазором последовательно смонтированы через диафрагму две канальные пороховые шашки, отделенные от функционального наполнения головной части пороховым замедлителем, и сопловой блок с центральной электрокапсюльной втулкой и аэродинамическими лопастными стабилизаторами.
Особенность известной ракеты заключается в том, что выпускные отверстия для активного дыма выполнены в диффузоре коллектора, оснащенном сосной дюзой исполнительного механизма самоликвидации, а центральная электрокапсюльная втулка соплового блока с шашками реактивного двигателя сообщается посредством примыкающего по торцу воспламенительного заряда, которые отделены ресивером, а пороховые канальные шашки двигателя выполнены с равными сводами горения.
Недостатком известной ракеты является ограничение радиуса действия из-за относительно малой дальности полета, определяемой неэффективной газодинамикой генерируемого при горении шашки активного дыма, выводимого через сопловой блок и выходные отверстия диффузора коллектора, а также большими потерями на аэродинамическое торможение изделия при маневрах на траектории.
Технической задачей, на решение которой направлено настоящая полезная модель, является повышение эффективности основного действия по назначению за счет рационального распределения генерируемого аэрозоля в большем объеме обрабатываемого облака, при сопутствующей стабилизации ракеты на траектории для увеличения дальности ее полета.
Требуемый технический результат достигается тем, что в известной ракете для активного воздействия на облака, содержащей головную часть с канальной шашкой пиротехнического заряда активного дыма, сообщающуюся с дымовыходными отверстиями и закрытую обтекателем, где смонтирован инициирующий механизм самоликвидации, двухсекционный твердотопливный реактивный двигатель, воспламенительный заряд которого взаимодействует с центральной электровоспламенительной втулкой соплового блока, оснащенного аэродинамическими лопастями, по предложению авторов, заряд активного дыма выполнен из трех частей, каждая из которых по образующим цилиндрическим поверхностям термобронирована покрытием из термостойкого асбеста и смонтирована относительно друг друга с зазорами, по периметру которых в корпусе головной части выполнены распределенные сквозные дымовыходные отверстия, при этом две части заряда активного дыма образованы из разделенной поперек канальной шашки, а третья часть выполнена в виде монолитной пиротехнической шашки, перекрывающей выход в обтекатель, заполненный чугунной дробью.
Отличительные признаки обеспечили высокопроизводительное генерирование с пяти торцов горения пиротехнического заряда головной части ракеты активного дыма, который выводится непосредственно в атмосферу в форме мелкодисперсного аэрозоля, эффективно воздействующего на облака в течение более протяженного времени.
Выполнение функционального заряда из трех автономно горящих с торцов частей способствует увеличению скорости дымообразования.
Термобронирование пиротехнического заряда активного дыма по образующим цилиндрическим поверхностям посредством покрытия из термостойкого асбеста необходимо для организации торцевого горения составляющих его трех раздельных частей.
Зазоры между шашками заряда активного дыма выполняют функции ресиверов, где генерируемый аэрозоль накапливается, растет и выравнивается давление при перемешивании активного дыма, который поперечными струями выбрасывается непосредственно в атмосферу через соосные ряды сквозных отверстий в корпусе головной части.
Коммуникация зазоров между частями заряда активного дыма с распределенными по периметру корпуса сквозными отверстиями обеспечивает равномерный выход функционального аэрозоля непосредственно от места его генерирования, что исключает шламовые потери при транспортировании и сопутствующую агломерацию активных частиц, то есть струйную равномерную подачу активного дыма непосредственно в обрабатываемое облако в форме мелкодисперсной фазы, что обеспечивает повышение эффективности использования по назначению.
При этом поперечные струи активного дыма служат для дополнительной аэродинамической стабилизации траектории движения ракеты в обрабатываемом облаке, выполняя функции газовых рулей.
Монолитный заряд активного дыма изолирует лучевой капсюль-детонатор в обтекателе, выполняя функции временного замедлителя для инициирования механизма самоликвидации.
Форс пламени от прогоревшего по торцу монолитного заряда активного дыма инициирует срабатывание лучевого капсюля-детонатора и последующий подрыв распределенных вдоль и поперек ракеты ленточных зарядов взрывчатого вещества.
Заполнение обтекателя чугунной дробью служит для увеличения дальности полета ракеты в обрабатываемом облаке за счет стабилизации траектории ее полета в результате смещения центра масс к ее голове дальше от центра давления, что особенно важно при выгорании реактивного топлива и заряда активного дыма.
После самоликвидации ракеты металлическая дробь наполнения обтекателя рассыпается в пространстве и не представляет опасности живым организмам на земной поверхности.
Следовательно, каждый существенный признак необходим, а их совокупность в устойчивой взаимосвязи являются достаточными для достижения новизны качества, неприсущей признакам в разобщенности, то есть поставленная техническая задача решается не суммой эффектов, а новым сверхэффектом суммы признаков.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, который имеет чисто иллюстративную цель и не ограничивает объема притязаний формулы. На чертеже изображено:
на фиг.1 - предложенная метеорологическая ракета;
на фиг.2 - головная часть с функциональным зарядом.
Структурно ракета включает (фиг.1) смонтированные последовательно в корпусе 1: сопловой блок 2 с аэродинамическим оперением 3, узел 4 воспламенения, две секции 5 и 6 реактивного твердотопливного двигателя, головную часть 7, несущую функциональный заряд, и обтекатель 8.
В сопловом блоке 2 закреплена огнепередаточная трубка 9, в которой установлена центральная электрокапсюльная втулка 10, связанная с пусковой установкой.
Каждая секция 5 и 6 реактивного двигателя включает последовательно смонтированные канальную пороховую шашку 11, пиротехническую шашку 12 торцевого горения и усилительный заряд 13, формообразуя двухрежимный реактивный двигатель ракеты.
Функциональный заряд головной части 7 (фиг.2) выполнен из двух канальных шашек 14 и 15, разделенных поперечным зазором 16, и монолитной шашки 17 активного дыма, примыкающей к обтекателю 8 и перекрывая его.
Между монолитной шашкой 17 и верхней канальной шашкой 14 сформирован зазор 18, который посредством распределенных в корпусе 1 радиальных сквозных отверстий 19 сообщается с атмосферой (аналогично поперечный зазор 16).
Таким образом, при торцевом горении шашек 14, 15 и 17 зазоры 16 и 18 служат в качестве накопительных ресиверов, а ряды сквозных отверстий 19 - для непосредственного струйного вывода активного дыма послойно в атмосферу.
Все три шашки 14, 15 и 17 функционального заряда головной части 7 ракеты по наружным цилиндрическим поверхностям термобронированы асбестовыми оболочками 20, а каналы шашек 14 и 15 - асбестовыми трубками 21, чем обеспечивается их торцевое горение.
В обтекателе 8 (фиг.1) смонтирован лучевой капсюль-детонатор 22, который, взаимодействуя с зарядом 17, инициирует срабатывание распределенных по корпусу 1 ленточных зарядов 23 и 24 взрывчатого вещества, соответственно поперечных и продольных.
Обтекатель 8 заполнен чугунной дробью 25.
функционирует ракета следующим образом.
Для запуска ракеты с пусковой установки подается электрический импульс на электровоспламенительную втулку 10, при срабатывании которой формируется форс пламени, направляемый посредством огнепередаточной трубки 9 на узел 4 воспламенения шашек 11 и 12 секции 5 реактивного двигателя, который выводится на расчетный режим параметров работы.
Газообразные продукты горения шашек 11, 12 поступают в сопловой блок 2, где динамично выбрасываются струями в атмосферу, развивая тяговое усилие.
При достижении усилия тяги, достаточного для отжатия стопора пусковой установки, ракета сходит с ее направляющих и стартует под действием реактивных струй из соплового блока 2.
В течение 2 с пороховая шашка 11 секции 5 сгорает, обеспечивая высокий импульс удельной тяги и реактивное движение ракеты. При горении пиротехнической шашки 12 образуются газообразные высокотемпературные продукты, реактивно разгоняющие ракету.
При автономном горении пиротехнической шашки 12 в течение последующих 6 с снижается полный импульс реактивного двигателя, в результате чего скорость ракеты несколько падает и происходит ее угловое склонение к горизонту при инерционном движении по баллистической траектории, более пологой.
При догорании шашки 12 тепловым импульсом воспламеняется усилительный заряд 13, который своей тепловой энергией инициирует горение шашек 11 и 12 второй секции 6 реактивного двигателя. Последовательность функционирования структурных элементов секции 6 аналогична вышеописанному по секции 5.
Ракета получает дополнительный импульс тяги при сгорании пороховой шашки 11 секции 6 с последующим инерционным ее движением по баллистической траектории, когда автономно горит ее пиротехническая шашка 12, по которой ракета входит в обрабатываемое облако под минимальным углом к горизонту.
Далее тепловым факелом, формируемым при сгорании усилительного заряда 13 секции 6, практически одномоментно воспламеняются канальные шашки 15, 14 и монолитная шатка 17 активного дыма.
При торцевом горении пиротехнических шашек 14, 15, 17 с пяти поверхностей одновременно активно генерируется аэрозоль, включающий мелкодисперсные льдообразующий реагент или сорбирующее вещество, которые служат в качестве активных ядер конденсации влаги.
Генерируемый аэрозоль накапливается в зазорах 16 и 18, где повышается давление, под действием которого активный дым через газораспределительные сквозные отверстия 19 поперечными струями послойно выбрасывается в обрабатываемое облако.
В переохлажденных облаках на диспергированных частичках из йодида серебра при этом происходит образование кристаллов льда, а на частичках сорбента из хлористого/йодистого калия происходит концентрация капель влаги, которые выпадают в виде атмосферных осадков.
Особенностью предложенной ракеты является то, что образующиеся в большом объеме газообразные продукты горения функционального пиротехнического заряда головной части динамично выводятся через свободный к тому времени объем корпуса 1 ракеты и ее сопловой блок 2, выполняя дополнительную функцию рабочего тела реактивного двигателя.
В результате этого время нахождения активно движущейся ракеты непосредственно в обрабатываемом облаке заметно увеличивается, что способствует более продолжительному целевому рассеиванию функционального аэрозоля, повышая продуктивность инициирования осадков.
После сгорания шатки 17 теплом форса газообразных продуктов инициируется лучевой капсюль-детонатор 22.
Детонационная волна от капсюля-детонатора 22 вызывает срабатывание разрывных ленточных зарядов 23 и 24, от чего ракета разрушается соответственно поперек и вдоль на безопасные части, метаемые встречно вовнутрь и дополнительно дробящиеся при этом, без образования поражающих элементов, опасных для живых организмов в районе действия ракеты на облака.
При этом чугунная дробь 25 наполнения обтекателя 8, разрушенного на части, рассыпается в атмосфере.
Натурные испытания опытных образцов предложенной ракеты подтвердили повышение эффективности основного действия; по обрабатываемому объему облаков на четверть, при увеличении дальности полета ракеты до 20%.
Проведенный сопоставительный анализ предложенного технического решения с выявленными аналогами уровня техники, из которого предложенная полезная модель явным образом не следует для специалиста по пиротехнике, показал, что она не известна, а с учетом возможности промышленного серийного изготовления ракет для активного воздействия на облака, можно сделать вывод о его соответствии критериям патентоспособности.
Ракета для активного воздействия на облака, содержащая головную часть с канальной шашкой пиротехнического заряда активного дыма, сообщающуюся с дымовыходными отверстиями и закрытую обтекателем, где смонтирован инициирующий механизм самоликвидации, двухсекционный твердотопливный реактивный двигатель, воспламенительный заряд которого взаимодействует с центральной электровоспламенительной втулкой соплового блока, оснащенного аэродинамическими лопастями, отличающаяся тем, что заряд активного дыма выполнен из трех частей, каждая из которых по образующим цилиндрическим поверхностям термобронирована покрытием из термостойкого асбеста и смонтирована относительно друг друга с зазорами, по периметру которых в корпусе головной части выполнены распределенные сквозные дымовыходные отверстия, при этом две части заряда активного дыма образованы из разделенной поперек канальной шашки, а третья часть выполнена в виде монолитной пиротехнической шашки, перекрывающей выход в обтекатель, заполненный чугунной дробью.
