Способ увеличения скорости гиперзвуковых потоков легких газов

 

Изобретение относится преимущественно к космической технике и может быть использовано при создании газодинамических (двухкаскадных) баллистических установок для выведения в космос грузов, нечувствительных к большим ускорениям. Предлагаемый способ включает сжатие легкого газа с помощью поршня, приводимого в движение сгоранием газовой смеси. Распространение потока по каналу ствола происходит вследствие прорыва мембраны. При этом по оси канала создают кумулятивную струю, которая по скорости и давлению превосходит скорость и давление потока легкого газа. Эта струя через осевое отверстие в центральной направляющей поршня уплотняет, сжимает и смещает поток легкого газа в направлении его распространения. Изобретение направлено на предотвращение разрыва потока легкого газа и увеличение его скорости. 1 ил.

Изобретение относится к космической технике и может быть использовано при создании газодинамических баллистических установок, предназначенных для вывода (выброса) грузов, нечувствительных к большим ускорениям, в Космос, например радиоактивных отходов на Солнце.

Известны попытки создания баллистических установок, в которых для ускорения массы до необходимой начальной скорости используется электромагнитное поле [Ракетная и космическая техника N26 (15 99) от 29 июня 1990 г., с. 12 - 13, США. О разработке электродинамических ускорителей (рельсовых пушек)]. Такие установки сложны, дороги и разрабатываются в основном для небольших масс.

В других установках [Ракетная и космическая техника N 27 (1600) от 6 июля 1990 г. с 3-4, США. О разработке "суперпушек"- прототип] для разгона масс используется сжимаемый легкий газ - обычно водород или гелий. Такие установки хотя и позволяют разогнать значительные массы, но достигаемые скорости не достаточны для выброса грузов даже на околоземную орбиту. Значительное увеличение силы сжатия легкого газа существенных результатов не дает - прирост давления не успевает достигать торцевой поверхности разгоняемой массы. Возникает т.н. разрыв потока, когда давление в месте контакта массы и легкого газа начинает падать и дальнейшее увеличение скорости массы становится невозможным.

Целью настоящего изобретения является предотвращение разрыва потока легкого газа и увеличение его гиперзвуковой скорости.

Сущность изобретения заключается в следующем: по оси канала ствола и в направлении движения гиперзвукового потока легкого газа создают кумулятивную струю, которая по скорости и давлению превосходит скорость и давление легкого газа, и через осевое отверстие в направляющей поршня уплотняют, сжимают и смещают гиперзвуковой поток легкого газа в направлении его распространения.

Изобретение поясняется чертежом.

Сжатие легкого газа производится в цилиндре - 1 легкогазовой баллистической установки уплотняющим поршнем - 2, приводимым в движение сгорающей газовой смесью обычно метана с воздухом - 3. Сильно сжатый легкий газ прорывает мембрану 4, устремляется в канал ствола - 5 и за счет перепада давлений разгоняет выбрасываемую массу - 6.

Поставленная цель достигается следующим образом. С помощью взрывного устройства - 7 по оси потока легкого газа и в направлении его распространения создается кумулятивная струя - 8, значительно превосходящая скорость и давление потока легкого газа. Через осевое отверстие в направляющей поршня - 9 кумулятивная струя догоняет, уплотняет, сжимает и смещает столб легкого газа в направлении его распространения, увеличивая его скорость. Скачек уплотнения, образующийся на стыке двух потоков, оказывает сопротивление кумулятивной струе и увеличивает ее действующий диаметр, распространяясь по столбу потока легкого газа, скачек уплотнения предотвращает момент начала разрыва потока, а достигнув торца ускоряемой массы, отдает часть своей энергии для увеличения скорости массы. Очевидно, что момент начала взаимодействия газовых потоков должен несколько опережать наступление разрыва потока.

Способ позволяет улучшить характеристики двухкаскадных газодинамических баллистических установок, предназначенных для вывода в Космос грузов, нечувствительных к большим ускорениям.

Формула изобретения

Способ увеличения гиперзвуковой скорости потока легкого газа, включающий сжатие легкого газа с помощью поршня, приводимого в движение сгоранием газовой смеси, прорыв мембраны и распространение потока по каналу ствола, отличающийся тем, что по оси канала ствола и в направлении движения легкого газа создают кумулятивную струю, которая по скорости и давлению превосходит скорость и давление потока легкого газа, и через осевое отверстие в направляющей поршня уплотняет, сжимает и смещает поток легкого газа в направлении его распространения.

РИСУНКИ

Рисунок 1