Торпедная твердотопливная управляемая энергетическая установка

Торпедная твердотопливная управляемая энергетическая установка

Реферат

Изобретение относится к области торпедостроения, а его заявленные признаки могут быть использованы в других системах вооружения и общем машиностроении.

Известна энергетическая установка для авиационной торпеды РАТ-52. В качестве двигательно-движительного комплекса этой торпеды использовался неуправляемый ракетный двигатель, работающий на твердом заряде. К недостаткам такой неуправляемой энергетической установки следует отнести ее низкий к.п.д. и, как следствие, низкие транспортные характеристики торпеды, а также невозможность использовать такую торпеду против подводных целей из-за низкой эффективности ракетного двигателя на больших глубинах.

Известны "Управляемые энергетические установки на твердом ракетном топливе" (Москва, "Машиностроение", 2003 г.) с разными типами двигателей и с разными способами их управления. Например, энергетическая установка для глубоководных аппаратов (стр.444). В этой установке используются: неподвижный заряд твердого топлива, подвижный тепловой нож с приводом от блока телескопических гидроцилиндров, заполненных рабочей жидкостью, управляемый регулятор слива рабочей жидкости, турбинный двигатель с двухсекционным сопловым аппаратом, соединенный газоходами с камерой сгорания, в один из которых установлен двухпозиционный газовый электроклапан, насосный агрегат в качестве движителя и управляющий электронный блок.

Эта установка принята за прототип.

К недостаткам этой установки следует отнести:

- размещение блока телескопического гидроцилиндра внутри заряда твердого топлива уменьшает возимый запас топлива и тем самым уменьшает энерговооруженность торпеды, а значит и ухудшает ее транспортные характеристики;

- низкая теплостойкость проточной части турбинного двигателя и теплового ножа приводит к необходимости использовать заряды твердого топлива с низкой температурой продуктов сгорания, что, в свою очередь, также снижает энерговооруженность торпеды;

- использование блока телескопического гидропривода, заполненного рабочей жидкостью, увеличивает вес энергетического отделения торпеды;

- недостаточная степень надежности такого привода теплового ножа из-за интенсивного температурного воздействия и переменных (вибрационных) силовых нагрузок на его конструктивные узлы и размещенную внутри гидроцилиндров рабочую жидкость.

Целью предлагаемого изобретения является повышение энерговооруженности торпеды, снижение веса энергетической установки и, как следствие, значительное повышение ее транспортных характеристик при более высоких надежностных показателей энергетического отделения.

Указанная цель достигается тем, что в состав энергетической установки включен подвижный заряд твердого топлива с высокой температурой продуктов его сгорания. Причем для обеспечения его движения и регулируемого расхода твердого топлива за счет прижима его горящего торца к неподвижному тепловому ножу и стабилизации необходимой температуры продуктов сгорания перед турбиной в энергетической установке размещены: подвижный герметичный поршень на забронированном торце перемещаемого заряда, высоконапорный плунжерный объемный насос забортной воды с электромеханизмом изменения его производительности с двумя группами плунжеров разного рабочего объема со своими выходными напорными коллекторами, один из которых связан с запоршневым пространством, а другой соединен последовательно с линией охлаждения теплового ножа и его форсуночным блоком охлаждения продуктов сгорания твердотопливного заряда.

Схематично торпедная твердотопливная управляемая энергетическая установка представлена на чертеже и состоит из корпуса 1; герметичного подвижного поршня 2, установленного на забронированном торце заряда твердого топлива торцевого горения 3; недвижимого теплового ножа 4, к которому поджимается горящий торец заряда; двухпозиционного газового электроклапана 5; турбинного двигателя 6; датчика оборотов вала двигателя 7; управляющего электронного блока 8; движителя 9; электромеханизма изменения производительности насоса забортной воды 10, высоконапорного насоса забортной воды с двумя группами плунжеров и двумя выходными коллекторами 11; двухсекционного соплового аппарата турбинного двигателя 12; воспламенительного устройства 13; камеры сгорания 14; форсуночного блока охлаждающей воды 15.

В предложенной конструкции энергетической установки расход энергокомпонентов в камеру сгорания (продуктов сгорания твердого топлива и воды охлаждения), а значит и ее выходная мощность определяется расходом насоса забортной воды, а соотношение расходов твердого топлива и охлаждающей воды, которое определяет необходимый уровень температуры парогаза в камере сгорания, поступающего на турбинный двигатель, определяется соотношением рабочих объемов групп блока цилиндров насоса забортной воды. Очевидно, что при любых оборотах насоса (двигателя) это соотношение сохраняется. Этому фактору способствует высокий объемный к.п.д. выбранного типа насосного агрегата и незначительная доля выходного давления за коллекторами насоса, которая затрагивается по одной линии на движение заряда и усилие прижима горящего торца заряда к тепловому ножу, а по другой линии определяется перепадом на форсуночном блоке воды охлаждения.

Следует отметить, что способ подачи воды на движение твердотопливного заряда и на охлаждение продуктов сгорания через объемную гидромашину (насос забортной воды) без дополнительных регулирующих устройств обеспечивает равномерный расход твердого топлива и одновременно снижает уровень пульсаций давления в камере сгорания.

Предлагаемая энергетическая установка применительно, например, к двухрежимной боевой универсальной торпеде функционирует следующим образом.

Перед пуском торпеды на режиме малой мощности двухпозиционный газовый электроклапан 5 открыт. После срабатывания воспламенительного устройства 13 и запуска энергетической установки происходит набор давления в камере сгорания 14 и оборотов двигателя 6. При этом по сигналам датчика оборотов 7 и управляющего электронного блока 8 с помощью электромеханизма изменения производительности 10 насоса 11 автоматически устанавливается необходимая производительность насоса морской воды, часть которого поступает на движение заряда твердого топлива 3, а значит и формирование скорости его горения (расхода топлива в камеру сгорания). Другая же часть расхода поступает на охлаждение теплового ножа 4 и форсуночный блок 15 для охлаждения продуктов сгорания твердого топлива. Тем самым энергетическая установка выходит на требуемые мощность и обороты.

При маневрировании торпеды по глубине влияние забортного давления на мощность турбинного двигателя компенсируются по сигналам от датчика оборотов и управляющего электронного блока изменением расхода энергокомпонентов (твердого топлива и забортной воды) за счет изменения производительности насоса забортной воды.

При переходе на режим бóльшей мощности (бóльших оборотов) двухпозицонный газовый электроклапан 5 закрывается, что приводит к увеличению давления в камере сгорания, скорости горения заряда твердого топлива, увеличению мощности и оборотов двигателя, которые корректируются до требуемых с помощью электромехнизма изменения производительности насоса забортной воды по сигналам от датчика оборотов и управляющего электронного блока.

В общем случае, в зависимости от алгоритма использования универсальной торпеды с предлагаемой энергетической установкой, возможно реализовать оптимальный уровень скорости торпеды во всем диапазоне глубин за счет согласованного переключения двухпозиционного газового электроклапана и электромеханизма изменения производительности насоса забортной воды. При этом естественными ограничениями могут быть: минимальная скорость горения твердого топлива, максимально допустимые обороты турбинного двигателя и давления в камере сгорания.

Использование предлагаемой торпедной твердотопливной управляемой энергетической установки позволит:

- увеличить энерговооруженность торпеды, тем самым повысить ее транспортные характеристики, сделать ее более эффективной из-за расширения диапазона реализуемых скоростей;

- уменьшить весогабаритные характеристики торпеды при более высоких тактико-технических данных;

- повысить надежностные показатели энергетического отделения торпеды.

В обоснование предложенной конструкции энергетической установки проведены применительно к серийным рецептурам твердого топлива расчеты двигательно-движительного комплекса для торпед калибра 324 мм и 533 мм, разработаны макетные образцы регулируемого высоконапорного насоса морской воды и двухпозиционного газового электроклапана. Проведены с положительными результатами стендовые огневые испытания по стабилизации скорости горения высокотемпературного твердотопливного заряда с объемной подачей воды для его перемещения, прижима горящего торца к неподвижному охлаждаемому тепловому ножу и охлаждения продуктов сгорания.

Торпедная твердотопливная управляемая энергетическая установка, содержащая корпус, твердотопливный заряд торцевого горения, камеру сгорания с воспламенительным устройством и тепловым ножом, турбинный двигатель с двухсекционным сопловым аппаратом, одна из секций которого соединена через двухпозиционный газовый электроклапан с камерой сгорания, и управляющий электронный блок, отличающаяся тем, что твердотопливный заряд торцевого горения выполнен перемещающимся, а установка снабжена подвижным герметичным поршнем, размещенным на забронированном торце твердотопливного заряда торцевого горения, датчиком оборотов двигателя, плунжерным объемным насосом забортной воды с электромеханизмом изменения его производительности и двумя группами плунжеров разного рабочего объема со своими напорными коллекторами, один из которых связан линией с запоршневым пространством, а другой соединен последовательно с линией охлаждения теплового ножа и форсуночным блоком охлаждения продуктов сгорания твердотопливного заряда.