Модельный генератор дыма

Модельный генератор дыма предназначен для использования в ракетно-космическом моделизме, технических видах творчества молодежи и детских развивающих играх. Генератор содержит корпус, сопло, размещенный в полости корпуса заряд дымообразующего состава с воспламенителем из огнепроводного шнура, проходящим через сопло и выступающим за его срез концом, при этом сопловой и передний торцы корпуса имеют форму сопрягаемых поверхностей - гнезда с выступающим концом шнура и выступа с углублением под шнур соответственно, а часть углубления под шнур выполнена в теле заряда. Предложены различные варианты комплектации генератора дыма - с устройством электротермического пуска, выполненным в виде штуцера с нагревательным элементом, с передней крышкой, в ее полости которой возможна установка вышибного заряда, с эжектором. Предложено использовать в качестве дымообразующего состава аэрозольные огнетушащие составы, включая пастообразные, а также установку по оси заряда теплопроводный элемент и выполнением корпуса конической формы. Использование полезной модели расширяет дидактические возможности моделирования образцов ракетно-космической и военной техники, детских развивающих игр и технического творчества молодежи, делая их более безопасными и зрелищными. 9 з.п. ф-лы, 4 илл.

Полезная модель относится к индустрии игрушек, а именно к дымообразующим устройствам для моделей ракетно-космической и военной техники, а также может использоваться в технических видах творчества и детских развивающих играх в качества источника рабочего тела.

Известны и широко применяются генераторы дыма (ГД) в виде дымовых шашек [6, 7], ручных и подствольных гранат [4], трассеров [7] и др. для постановки дымовых завес, целеуказания, обозначения траектории полета и создания зрительных эффектов на съемках кинокартин. Общими элементами конструкции таких генераторов являются корпус с размещенным в его полости зарядом дымообразующего состава и воспламенителем, сопловой узел для выхода дыма и устройство для пуска.

К основным недостатком изделий-аналогов следует отнести их значительные габариты, массы и времена работы, обусловленные требованиями по маскировке и покрытию дымом больших поверхностей, отсутствие ограничений по температурам поверхности корпусов, токсичность истекающих газов, ограничения по ударным нагрузкам из-за низких прочностных характеристик пиротехнических дымовых составов. Так, минимальные габариты шашек черного дыма [6], составляют 32,5 мм по диаметру и 140 мм подлине, времена горения -до 2...4 минут.

Указанные недостатки делают неприемлемым прямое использование известных ГД в играх, моделях и других объектах детского технического творчества, к числу основных требований к которым, помимо зрелищности, обеспечиваемой дымовыделением при работе генератора, относятся его безопасность, психологически приемлемое время имитации работы образца военной техники - до 5...15 секунд, - и доступная цена.

Наиболее близким к заявляемому ГД по функциональному назначению и конструктивному оформлению является модельный ракетный двигатель (МРД), выбранный в качестве прототипа. МРД предназначен для создания движущей силы, обозначения траектории полета и раскрытия системы спасения моделей ракет и ракетопланов в технических видах творчества и спорта [3, 8]. Типовой МРД содержит бумажный корпус, в котором последовательно смонтированы сопло, воспламенитель, топливный заряд, трассер - замедлитель и вышибной заряд системы спасения модели. После окончания маршевого (разгонного) режима работы МРД, длящегося от 0,5 до 4 секунд для различных типов двигателей, в течение последующих 4...7 секунд двигатель работает

в режиме трассера, выбрасывая из сопла струю дыма, т.е. работая в аналогичном с ГД режиме. Формальным недостатком прототипа являются его излишние для ГД функции, использование высокоэнергетичных составов, повышенное внутреннее давление и опасность термосилового поражения от истекающей высокотемпературной струи продуктов сгорания.

Целью разработки является создание безопасного модельного ГД для развивающих детских игр и технического творчества молодежи, имитирующего с помощью дымовых и шумовых эффектов запуск, работу моделей образцов авиационной, ракетной и военной техники, а также позволяющего использование ГД в качестве низкопотенциального источника энергии сжатого газа для выбрасывания, метания, перемещения игрушек.

Поставленная цель в модельном ГД, содержащем корпус, сопло, размещенный в полости корпуса заряд дымообразующего состава с воспламенителем из огнепроводного шнура, проходящего через сопло и с выступающим за его срез концом, достигается тем, что сопловой и передний торцы корпуса имеют форму сопрягаемых поверхностей - гнезда с выступающим концом шнура и выступа с углублением под шнур соответственно, при этом хотя бы часть углубления под шнур со стороны переднего торца выполнено в заряде.

Использование унифицированной посадочной поверхности позволяет существенно расширить игровые и развивающие возможности ГД.. Помимо возможности наращивания нескольких ГД в осевом направлении путем их последовательной стыковки (и пуска) друг с другом, что увеличивает общее время дымообразования, реализуется возможность использования ГД в качестве замедлителя запуска МРД (с аналогичной посадочной поверхностью), имитации запуска «тяжелых», медленно взлетающих моделей ракет-носителей, маркировки дымом опасной зоны старта и т.п., что повышает зрелищность спортивных соревнований по ракетомоделизму.

Дальнейшие усовершенствования развивают основную идею создания ГД.

Предложено в модельном ГД ограничить длину выступающего из сопла конца огнепроводного шнура до 0,5 - 1,0 глубины гнезда соплового торца корпуса, что обеспечивает его механическую защиту стенками гнезда и упрощает герметизацию при хранении путем заклеивания торца корпуса водонепроницаемой пленкой.

Предложено снабдить ГД устройством электротермического пуска, выполненным в виде штуцера с нагревательным элементом из материала с высоким электросопротивлением, монтируемом в гнезде корпуса. Макетирование устройства пуска показали целесообразность комплектации ГД простыми и дешевыми устройствами одноразового использования, подключаемыми к источнику электропитания перед пуском с помощью известных в ракетомоделизме электрозажимов типа «Крокодил».

Для возможности реализации пуска в полевых условиях одного или нескольких ГД в различной последовательности, предложено штуцер электротермического пуска устройства выполнять с боковой перфорацией, что дает возможность установки и пуска генератора от дополнительного огнепроводного шнура, поджигаемого, например, спичкой.

Предложено снабжать ГД крышкой, закрывающей передний торец корпуса с возможностью установки в ее полости дополнительного вышибного заряда с запуском от огнепроводного шнура. Это позволяет создавать модели летательных аппаратов, ракет, роторов и т.п., метаемыми небольшими вышибными зарядами с ограниченными безопасными скоростями и высотами полета. Кроме этого, реализуется и наиболее простая схема энергоузла для метания, содержащая переднюю крышку ГД с вышибным зарядом, стыкуемую непосредственно с устройством пуска.

Предложено использовать в качестве дымообразующего состава заряда аэрозольный огнетушащий состав (АОС). АОС представляет из себя топливную композицию, содержащую окислитель, горючее, связующее и технологические добавки, т.е. представляет по сути типичный топливный или пиротехнический состав, вырабатывающий 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 не токсичны, не наносят вред окружающей среде, не разрушают озоновый слой атмосферы [2] и принципиально безопаснее дымовых составов.

Для обеспечения механической безопасности модельных ГД предложено использовать пастообразный АОС, например, [5]. Такие АОС и заряды из них, в силу своего вязко-текучего физического состояния, не образуют трещин, не отслаиваются от стенок при деформации корпусов, безопасны при падении ГД, прострелах, ударах молотком, воздействии детонирующего импульса, тепловых нагрузок и проявлениях детской шалости. Опыт проектирования и эксплуатации ракетных двигателей на пастообразных составах [1] показывает, что компенсация температурного расширения вполне обеспечивается использованием корпусов из материалов, имеющих сопоставимые с пастой коэффициенты линейного расширения, в частности, из бумаги. Синергизм пастообразных АОС, сочетающих пожаротушащие и дымообразующие свойства, механическую и взрывобезопасность зарядов, позволяет говорить о качественно новом уровне безопасности модельных ГД, их зрелищности и игровых возможностях.

Предложено снабжать ГД эжекторами - осевого или, при соответствующем оформлении соплового узда ГД, - радиального типа. В отличие от известного решения [8] по использованию

эжектора для усиления тяги, эжектор ГД позволяет ослабить термосиловое и акустическое воздействие истекающих струй.

Предложен ГД с установленным по оси заряда теплопроводным элементом и корпусом, выполненным в форме расширяющегося к сопловому торцу конуса, полуугол вершины которого равен арксинусу отношения линейной скорости горения состава к местной скорости горения состава по оси заряда. Усиленный прогрев состава, прилегающего к элементу, выполненному из меди или алюминия, резко - до 3...4 раз, - повышает его местную скорость горения, и вдоль элемента, выполняющего роль «лидера горения», формируется конусная поверхность горения. Сущность полезной модели поясняется на чертежах, где схематично показаны:

на фиг.1 - общий вид модельного ГД;

на фиг.2 - вариант исполнения ГД конической формы с зарядом, снабженным «лидером горения»;

на фиг.3 - вариант компоновки ГД с радиальным эжектором;

на фиг.4 - вариант компоновки ГД с осевым эжектором.

ГД, показанный на фиг.1, содержит корпус 1, заряд 2 из АОС, сопловой узел, состоящий из осевого 3 и радиальных сопел 4, прикрытых прорывной мембраной 5, воспламенитель 6 в виде огнепроводного шнура, проходящего через сопло 3 наружу. Корпус 1 со стороны заднего торца образует гнездо, внутренняя посадочная поверхность П которого идентична наружной посадочной поверхности П переднего торца. В гнезде смонтирован штуцер 7 электронагревательного пускового устройства с электропроводами 8, а на переднем торце установлена передняя крышка 9 с вышибным зарядом 10 из подпрессованного черного пороха.

Работа ГД. При подаче по проводам 8 электрического тока на электронагреватель пускового устройства, последний поджигает конец огнепроводного шнура воспламенителя 6. По мере сгорания шнура луч огня проходит через сопло 3 в полость корпуса и воспламеняет заряд 2. Образующиеся продукты сгорания огнетушащего аэрозоля прорывают мембрану 5, выталкивают из гнезда штуцер 7 и истекают наружу, создавая радиально-осевой дымовой шлейф. При достижении передним фронтом горения заряда 2 поверхности осевой проточки последовательно воспламеняется размещенный в ней огнепроводный шнур вышибного заряда 10 и сам заряд, выталкивая вперед переднюю крышку 9.

Для совершения работы по метанию моделей без создания дымового шлейфа штуцер 7 пускового устройства монтируют непосредственно в гнездо передней крышки 9 с вышибным зарядом 10, а при использовании ГД в качестве замедлителя - имитатора пуска модели «тяжелого» ракетоносителя ГД передним торцом монтируют в идентичное посадочное гнездо МРД (на фиг.1 не показан).

В приведенном на фиг.2 варианте исполнения ГД с коническим корпусом 11 заряд снабжен установленным по оси «лидером горения» 13 из материала с высокой теплопроводностью, а стыкуемая с корпусом передняя крышка 12 и гнездо для установки штуцера пускового устройства выполнены с идентичными посадочными поверхностями П с равными диаметрами Д и углами «а». Местная скорость горения состава вдоль «лидера горения» 13 из-за интенсивного прогрева прилегающего к ней слоя существенно превосходит линейную скорость горения, вследствие чего в заряде вдоль оси формируется конусная поверхность 14, параллельная образующей корпуса 11, что обеспечивает максимальную тепловую защиту корпуса.

На фиг.4 показан вариант исполнения ГД с радиальным эжектором 15, а на фиг.4 - с эжектором 16 осевого типа. Выходящие из сопел корпуса 1 струи аэрозоля подсасывают внешний воздух и перемешиваются с ними, понижая температуру и скорость смеси, чем уменьшают термосиловое воздействие струй на окружающие предметы.

На изложенных принципах осуществлены и другие, схожие по замыслу и конструктивному оформлению решения, ориентированные на обеспечение более высокой степени унификации и массовости производства ГД и подтвержденные экспериментально.

Заявитель является субъектом малого предпринимательства. ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ ИСТОЧНИКИ

1. Авдиенко А.А., Балашов А.Л., Волков B.C. и др. Проектирование двигательных установок на твердом и пастообразном топливах. -Саратов.: Саратовское ВКИУ ракетных войск, 2001.

2. Агафонов В.В., Копылов В.П. Установки аэрозольного пожаротушения. - М.: ВНИИПО, 1999.

3. Двигатели ракетные модельные. Технические условия ТУ 84-795-79.

4. Патент РФ на ПМ №68117. МПК F 42 В 12/48. Дымовая граната. RU БИМП №31-2007.

5. Патент РФ №2075984. МПК А 62 Д 1/00. Аэрозолеобразующий огнетушащий состав. Бюл. 9-97.

6. Платов Г.А. Пиротехник. Искусство изготовления фейерверков. - М.: Книжкин дом, Эксмо, 2004. Стр. 162-169.

7. Шидловский А.А. Основы пиротехники. - М.: Машиностроение, 1973. Стр. 237-254.

8. П. Эльштейн. Конструктору моделей ракет. Перевод с польского. - М.: Мир, 1978.

1. Модельный генератор дыма, содержащий корпус, сопло, размещенный в полости корпуса заряд дымообразующего состава с воспламенителем из огнепроводного шнура, проходящего через сопло, и с выступающим за его срез концом, отличающийся тем, что сопловой и передний торцы корпуса имеют форму сопрягаемых поверхностей - гнезда с выступающим концом шнура и выступа с углублением под шнур соответственно, при этом хотя бы часть углубления под шнур выполнена в заряде.

2. Модельный генератор дыма по п.1, отличающийся тем, что длина выступающего из сопла конца огнепроводного шнура составляет 0,5 - 1,0 глубины гнезда соплового торца корпуса.

3. Модельный генератор дыма по п.1, отличающийся тем, что он снабжен устройством электротермического пуска, выполненным в виде штуцера с нагревательным элементом из материала с высоким электросопротивлением и формой посадочной поверхности, идентичной переднему торцу корпуса.

4. Модельный генератор дыма по п.3, отличающийся тем, что штуцер устройства электротермического пуска выполнен с дополнительной боковой перфорацией с возможностью установки и пуска генератора от дополнительного огнепроводного шнура.

5. Модельный генератор дыма по пп.1 и 2, отличающийся тем, что он снабжен крышкой, закрывающей передний торец корпуса с возможностью установки в ее полость вышибного заряда с запуском от огнепроводного шнура.

6. Модельный генератор дыма по п.1, отличающийся тем, что в качестве дымообразующего состава заряда использован аэрозольный огнетушащий состав.

7. Модельный генератор дыма по пп.1 и 6, отличающийся тем, что аэрозольный огнетушащий состав имеет пастообразное состояние.

8. Модельный генератор дыма по п.1, отличающийся тем, что он снабжен эжектором.

9. Модельный генератор дыма по п.1, отличающийся тем, что по оси заряда установлен теплопроводный элемент, корпус выполнен в форме расширяющегося к сопловому торцу конуса с полууглом вершины, равным арксинусу отношения линейной скорости горения состава к местной скорости горения состава по оси заряда.