Патент №74818
Авторы изобретения: Общество с ограниченной ответственостью "Старт-Пермь"
МОДЕЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР ДЫМА
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.