Результаты расчетов динамики ускоренного подъема с пороховым аккумулятором давления и воздушным аккумулятором давления, страница 16

.                                                                                 (4.34)

Заметим, что сферическая и цилиндрическая части вытеснителя могут выполняться из разных материалов – см. рис. 3.3.

Окончательно массу вытеснителя можно оценить по формуле:

.         (4.35)

Здесь ρ_сф и ρ – плотности материалов крышек и цилиндрической части вытеснителя, k_mсф – отношение массы фланцев, соединительных элементов и утолщений в крышке к массе крышки (k_mсф=0,1-0,25), k_mцил – отношение массы утолщений в цилиндрической части к массе цилиндрической части (k_mцил=0,02-0,04).

Далее определим размеры и массу поршня-разделителя. Заметим, что конструкция поршня разделителя в схемах с газогенератором и пневмобаллоном различна – см. рис. 3.2 и рис. 3.3. В обоих случаях толщину цилиндрической стенки поршня будем рассчитывать также, как цилиндрическую стенку вытеснителя, а толщину эллиптической(их) стенок поршня (исключая каналы для смазки) – так же как крышки вытеснителя. Имеем:

.                                                                (4.36)

Здесь [σ_разд] – допускаемые напряжения для материала поршня-разделителя. Как и для вытеснителя k_зап=1,4  для схемы с пневмобаллоном и k_зап=1,6 для схемы с газогенератором. Как было отмечено ранее, длина цилиндрической части поршня-разделителя ; k_DL=0,6-0,8.

 Тогда массу поршня разделителя можно оценить по формуле:

,                            (4.37)₁

- для схемы с газогенератором и

,                              (4.37)₂

- для схемы с пневмобаллоном. В обоих формулах k_{m разд}=0,1-0,2 – коэффициент, учитывающий увеличение массы поршня-разделителя за счет наличия смазочного цилиндра, дифференциального поршня и утолщений вокруг каналов для смазки.

Начальный объем и начальную поверхность газовой полости вытеснителя можно оценить по формулам:

                              (4.38)₁

- для схемы с газогенератором и

                                                  (4.38)₂

- для схемы с пневмобаллоном. Как отмечалось в разделе 3, если в схеме с газогенератором начальный объем необходим для смягчения запуска газогенератора, то в схеме с пневмобаллоном он только понижает КПД.

Далее рассмотрим методику выбора параметров заряда в схеме с газогенератором. Заряды (шашки) могут иметь постоянную поверхность горения или возрастающую по мере горения (прогрессивную). Могут использоваться шашки следующих типов: 1 – шашка с постоянной поверхностью горения – трубчатая шашка, горящая как по внутренней, так и по наружной поверхностям (торец покрыт теплозащитным составом), либо цилиндрическая шашка, у которой горение происходит по одному или обоим торцам (боковая поверхность покрыта теплозащитным составом); 2 – трубчатая шашка, у которой реакция происходит по внутренней поверхности (наружная поверхность и торец покрыты теплозащитным составом); 3 – цилиндрическая шашка с отверстиями – моноблок (горение происходит по поверхности отверстий, торец и наружный диаметр покрыты теплозащитным составом). Выбор типа элемента зависит от его времени работы, скорости реакции, а также от требуемого закона изменения расхода. При прочих равных условиях целесообразно использовать элементы, не имеющие теплозащитных покрытий, как более надежные. Обычно подбор заряда начинают с зарядов с увеличивающейся поверхностью горения. Если же удается обеспечить требуемые характеристики привода с зарядом с постоянной поверхностью горения, то это считается положительным фактором.

 

Рассмотрим подробнее типовую форму и изменение поверхности горения шашек типа 3. Обычно отверстия в них располагаются так, чтобы расстояние от оси отверстия до осей соседних отверстий было одинаковым. Если отверстие расположено в центральной части элемента, то шесть соседних с ним отверстий образуют правильный шестиугольник. Оси отверстий такого элемента располагаются по линиям, имеющим форму правильных шестиугольников с центром в оси центрального отверстия (рис. 4.3, а). Общее число отверстий определяется формулой n=3i²+3i+1, где i – неотрицательное целое число. До соединения отверстий в таком элементе, как и в элементе типа 2, поверхность горения линейно возрастает по мере выгорания элемента. После соединения отверстий (рис. 4.3, б) поверхность горения быстро уменьшается.

В отличие от газовых приводов, используемых для запуска ракет (минометного или катапультного) в данном случае требование высокой скорости горения стоит не столь жестко, хотя при слишком маленьких скоростях горения толщина стенок пусковых шашек будет слишком малой, а необходимая поверхность горения – слишком большой, а подъем будет проходить слишком медленно. По-видимому, при выборе твердого топлива, помимо высокой скорости горения следует обращать внимание на минимальное давление устойчивого горения (если эта величина более 30кг/см², то заброс давления при сгорании заряда воспламенителя может вызвать недопустимые вибрации ракеты), а также на стабильность закона горения при изменении начальной температуры и на уменьшение случайного разброса скоростей горения (для некоторых топлив эта величина достигает 5-10%). Также важно исключить эффекты догорания.

Как было показано в подразделе 2.1 в схеме целесообразно использовать заряды двух типов. Первый заряд фактически предназначен для наддува начального объема вытеснителя до давления, равного статическому (равновесному) давлению начала движения изделия. Приближенно массу пускового заряда можно определить как

,                                                                                   (4.39)