RU2276319C2 - Device for initiation - Google Patents

Abstract

FIELD: pyrotechnics, structures of igniters.

SUBSTANCE: ignition and initiating charges made of pyrotechnical compositions are installed in the body in alignment through a partition. The initiating charge is made of a pyrotechnical composition containing no gas, forming solid combustion products in the form of two elements connected by a duct. The cross-section area of the initiating charge element engageable with the partition is commensurable with the cross-section area of the ignition charge. The partition may be made in the form of a plate, both massive and with peripheral holes or slots. The element of the initiating charge engageable with the partition and the connecting duct may be cylinder=shaped with a correlation of dimensions d=(0.1-0.3)*D and d/L=0.2-1.0, where: d - the diameter of the connecting duct; D - the diameter of the initiation charge element engageable with the partition; L - the length of the connecting duct.

EFFECT: the actuation time makes up approx.0.01s; possibility of device cut-off from the environment; possibility of adjustment of the actuation time.

4 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области пиротехники и может быть использовано в конструкциях воспламенителей газогенераторов, ракетных двигателей и других устройствах пироавтоматики.The invention relates to the field of pyrotechnics and can be used in the construction of igniters for gas generators, rocket engines and other pyroautomatics devices.

Существуют различные конструкции газогенераторов, ракетных двигателей и других технических средств, инициирование которых осуществляется огневым импульсом (форсом пламени), при этом само устройство инициирования, в свою очередь, задействуется от начального импульса (электрического, огневого, механического и т.д.). Вместе с тем, в определенных случаях, требуется, чтобы устройство инициирования в процессе срабатывания отсекалось от источника задействования (от внешней среды).There are various designs of gas generators, rocket engines and other technical means, the initiation of which is carried out by a fire pulse (force of flame), while the initiation device itself, in turn, is activated from the initial pulse (electric, fire, mechanical, etc.). However, in certain cases, it is required that the initiating device in the process of operation is cut off from the source of activation (from the external environment).

В патенте RU №2088886 (МПК⁶: F 42 B 3/12, БИ №24, 1997 г.) представлена конструкция пироэнергодатчика, использующегося для воспламенения топлив ракетных двигателей и приведения в действие агрегатов пироавтоматики ракетно-космической техники.Patent RU No. 2088886 (IPC ⁶ : F 42 B 3/12, BI No. 24, 1997) describes the construction of a pyroenergy sensor used to ignite the propellant of rocket engines and actuate the pyroautomatics of rocket and space technology.

В данном случае имеется довольно сложная, а следовательно, малонадежная конструкция, включающая электровоспламенительный узел с инициирующим зарядом, передаточный и пиротехнический заряды, выполненные из пиротехнических составов (ПТС), отделенные от инициирующего заряда обтюрирующим устройством конического типа и решеткой с отверстиями. Наличие подвижного обтюрирующего конуса в конструкции должно обеспечивать перекрытие конической полости под действием продуктов сгорания передаточного заряда, т.е. отсекать электровоспламенительный узел от продуктов сгорания передаточного и пиротехнического зарядов.In this case, there is a rather complicated and, therefore, unreliable design, including an electric igniter assembly with an initiating charge, transfer and pyrotechnic charges made of pyrotechnic compositions (PTS), separated from the initiating charge by a conical type obturator and a grating with holes. The presence of a movable obturating cone in the structure should ensure the overlap of the conical cavity under the action of the combustion products of the transfer charge, i.e. to cut off the igniter assembly from the combustion products of the transfer and pyrotechnic charges.

Недостатком данного устройства является тот факт, что инициирование передаточного и пиротехнического зарядов, как уже упоминалось, недостаточно надежно, поскольку зависит от большого количества элементов, качества их изготовления и взаимной ориентации.The disadvantage of this device is the fact that the initiation of the transfer and pyrotechnic charges, as already mentioned, is not reliable enough, since it depends on a large number of elements, the quality of their manufacture and mutual orientation.

В патенте RU №2059859 (МПК⁶: F 02 K 9/08, БИ №13, 1996 г.) описано устройство инициирования ракетного двигателя. Устройство состоит из инициатора замедленного действия и воспламенителя, при этом инициатор установлен в сопловой заглушке с радиальными отверстиями и конусным каналом, расширяющимся в сторону инициирующего заряда. Инициирующий заряд отделен от конусного канала диском с отверстиями (решеткой). В конусной полости помещен шарик, диаметр которого больше диаметра отверстий в диске и диаметра цилиндрического канала, соединяющего коническую полость с радиальными отверстиями.RU patent No. 2059859 (IPC ⁶ : F 02 K 9/08, BI No. 13, 1996) describes a rocket engine initiation device. The device consists of a delayed initiator and an igniter, while the initiator is installed in the nozzle cap with radial holes and a conical channel expanding towards the initiating charge. The initiating charge is separated from the conical channel by a disk with holes (grating). A ball is placed in the conical cavity, the diameter of which is larger than the diameter of the holes in the disk and the diameter of the cylindrical channel connecting the conical cavity with the radial holes.

В данном случае задействование инициирующего заряда, передающего горение воспламенителю, осуществляется не электрическим способом, а за счет воздействия пороховых газов через радиальные отверстия в заглушке и цилиндрический канал, примыкающий к конической полости.In this case, the initiation charge transferring the combustion to the igniter is activated not electrically, but due to the action of powder gases through radial holes in the plug and a cylindrical channel adjacent to the conical cavity.

В данном устройстве происходит отсечка инициирующего и воспламенительного зарядов от внешней среды с помощью шарика (за счет газообразных продуктов сгорания инициирующего заряда) с целью обеспечения их нормального функционирования.In this device, the initiating and igniter charges are cut off from the external environment using a ball (due to the gaseous products of combustion of the initiating charge) in order to ensure their normal functioning.

К недостаткам данной конструкции следует отнести наличие большого количества элементов (шарика, конической полости с узким каналом, разделительной решетки с отверстиями), которые, в конечном счете, усложняют конструкцию и снижают ее надежность. Задействование устройства происходит от пороховых газов, находящихся под давлением ~3000 атм (в момент выстрела артиллерийского орудия), и процесс воздействия газов на инициирующий заряд через узкие каналы крайне ограничен во времени (несколько миллисекунд). Таким образом, обеспечить достаточную надежность задействования инициирующего заряда в данном случае крайне проблематично, в особенности, если задействование должно происходить от огневого импульса с параметрами давления, составляющими не более 100 атм.The disadvantages of this design include the presence of a large number of elements (ball, conical cavity with a narrow channel, a dividing lattice with holes), which, ultimately, complicate the design and reduce its reliability. The operation of the device comes from powder gases under a pressure of ~ 3000 atm (at the time of the shot of an artillery gun), and the process of exposure of gases to the initiating charge through narrow channels is extremely time-limited (several milliseconds). Thus, in this case it is extremely problematic to ensure sufficient reliability of the activation of the initiating charge, especially if the activation must occur from a fire pulse with pressure parameters of not more than 100 atm.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному решению является устройство для инициирования, представленное в описании патента RU №2110038 (МПК⁶: F 42 B 3/10, БИ №12, 1998 г.).The closest in technical essence to the claimed solution is a device for initiating, presented in the description of patent RU No. 21110038 (IPC ⁶ : F 42 B 3/10, BI No. 12, 1998).

В данном случае инициирующий и воспламенительный заряды разделены между собой металлической перегородкой. Оба заряда выполнены из пиротехнических составов, причем инициирующий заряд выполнен из состава, образующего твердые шлаки. Процесс передачи горения от инициирующего состава к воспламенительному осуществляется посредством разогрева металлической перегородки. В соответствии с описанием изобретения время срабатывания данного устройства составляет 0,1 с. Несмотря на указанную авторами изобретения простоту предлагаемого устройства, в его конструкции имеется канал с дном в виде полусферы, что требует применения специальной технологии при его изготовлении. Время срабатывания устройства, составляющее 0,1 с, не вполне может удовлетворять требованиям, предъявляемым к быстродействующим техническим средствам.In this case, the initiating and igniter charges are separated by a metal partition. Both charges are made of pyrotechnic compositions, and the initiating charge is made of a composition forming solid slag. The process of transferring combustion from the initiating composition to the igniter is carried out by heating the metal partition. In accordance with the description of the invention, the response time of this device is 0.1 s. Despite the simplicity of the proposed device indicated by the inventors, in its design there is a channel with a bottom in the form of a hemisphere, which requires the use of special technology in its manufacture. The response time of the device, comprising 0.1 s, may not fully satisfy the requirements for high-speed hardware.

Задачей, решаемой настоящим изобретением, является существенное уменьшение времени срабатывания, возможность его регулирования с сохранением отсечки воспламенительного заряда от инициирующего (внешней среды) и упрощение конструкции в целом.The problem solved by the present invention is to significantly reduce the response time, the possibility of its regulation while maintaining the cutoff of the igniter charge from the initiating (external environment) and simplifying the design as a whole.

Технический результат, достигаемый при использовании изобретения, заключается в следующем:The technical result achieved by using the invention is as follows:

- время срабатывания устройства составляет ~0,01 с;- the response time of the device is ~ 0.01 s;

- обеспечивается возможность регулирования времени срабатывания;- provides the ability to control the response time;

- осуществляется отсечка устройства от внешней среды, что обеспечивает нормальное функционирование конструкции в целом;- the device is cut off from the external environment, which ensures the normal functioning of the structure as a whole;

- упрощается изготовление устройства и повышается технологичность снаряжения.- simplifies the manufacture of the device and increases the manufacturability of equipment.

Для достижения указанного технического результата в известном устройстве для инициирования, содержащем корпус, в котором соосно через перегородку установлены инициирующий и воспламенительный заряды, выполненные из пиротехнических составов, причем инициирующий заряд выполнен из безгазового состава, образующего твердые продукты горения, согласно изобретению инициирующий заряд выполнен в виде двух элементов, соединенных каналом, заполненным безгазовым пиротехническим составом, образующим твердые продукты горения, при этом площади сечения элемента инициирующего заряда и воспламенительного заряда, разделенных перегородкой, соизмеримы, а диаметр соединительного канала (d) по отношению к диаметру инициирующего заряда (D), контактирующего с перегородкой, находится в соотношении d=(0,1÷0,3)×D при отношении диаметра соединительного канала к его длине, равном 0,2÷1,0.To achieve the specified technical result in a known initiation device comprising a housing in which initiating and igniter charges made of pyrotechnic compositions are coaxially mounted through a partition, wherein the initiating charge is made of a gas-free composition forming solid combustion products, according to the invention, the initiating charge is made in the form two elements connected by a channel filled with a gasless pyrotechnic composition forming solid combustion products, while the area with of the element of the initiating charge and the igniter charge, separated by a partition, are comparable, and the diameter of the connecting channel (d) with respect to the diameter of the initiating charge (D) in contact with the partition is in the ratio d = (0.1 ÷ 0.3) × D with the ratio of the diameter of the connecting channel to its length equal to 0.2 ÷ 1.0.

С целью регулирования времени срабатывания металлическая перегородка может быть выполнена в виде свободно вложенной пластины из различного материала, иметь различную толщину, а также может быть сплошной или иметь периферийные отверстия или прорези.In order to control the response time, the metal partition can be made in the form of a freely embedded plate of various materials, have a different thickness, and can also be continuous or have peripheral holes or slots.

В частном случае, элементы инициирующего заряда, разделенные узким каналом, могут иметь одинаковый диаметр (если они имеют цилиндрическую форму), что упрощает технологию изготовления и снаряжения. Равенство площадей сечений элемента инициирующего заряда и воспламенительного заряда, примыкающих к перегородке, обеспечивает эффективный разогрев последней, повышает надежность передачи горения и существенно сокращает время передачи горения. Возможность регулирования толщины перегородки, ее материала и формы позволяет, используя одну и ту же конструкцию, обеспечивать необходимое время срабатывания.In the particular case, the elements of the initiating charge, separated by a narrow channel, can have the same diameter (if they have a cylindrical shape), which simplifies the manufacturing technology and equipment. The equality of the cross-sectional areas of the element of the initiating charge and the igniter charge adjacent to the partition provides an effective heating of the latter, increases the reliability of the transfer of combustion and significantly reduces the time of transfer of combustion. The ability to control the thickness of the partition, its material and shape allows, using the same design, to provide the necessary response time.

Выполнение инициирующего заряда в виде двух элементов, соединенных узким каналом, и применение безгазового пиротехнического состава, образующего твердые компактные шлаки и имеющего достаточно высокую скорость горения, позволяет эффективно передать горение воспламенительному заряду и обеспечить отсечку воспламенительного заряда от инициирующего (внешней среды) путем запирания узкого канала твердыми шлаками.The implementation of the initiating charge in the form of two elements connected by a narrow channel, and the use of a gasless pyrotechnic composition forming solid compact slags and having a sufficiently high burning rate, allows efficient transfer of combustion to the ignition charge and ensures that the igniter charge is cut off from the initiating (external medium) by locking the narrow channel solid slag.

Подобранное соотношение размеров соединительного канала (диаметр, длина), размеры и конкретные пиротехнические составы элементов инициирующего и воспламенительного зарядов, материал и форма перегородки позволяют получить максимальный технический результат при использовании предлагаемого устройства для инициирования.The selected ratio of the dimensions of the connecting channel (diameter, length), the dimensions and specific pyrotechnic compositions of the elements of the initiating and igniter charges, the material and the shape of the septum allow to obtain the maximum technical result when using the proposed device for initiating.

Конструкция предлагаемого устройства представлена на чертеже.The design of the proposed device is presented in the drawing.

В корпусе 1 расположены соосно инициирующий заряд 2 и воспламенительный заряд 3, разделенные перегородкой 4. Инициирующий заряд 2 выполнен из пиротехнического состава, образующего твердые продукты горения, в виде двух элементов, соединенных узким каналом, который заполнен также составом, образующим твердые продукты горения. При горении пиротехнического состава заряда 3 могут образовываться как твердые, так и газообразные продукты горения.Coaxial initiating charge 2 and igniter charge 3 are located in the housing 1, separated by a partition 4. The initiating charge 2 is made of a pyrotechnic composition forming solid combustion products, in the form of two elements connected by a narrow channel, which is also filled with a composition forming solid combustion products. When burning the pyrotechnic composition of charge 3, both solid and gaseous combustion products can form.

Работа устройства осуществляется следующим образом. При задействовании инициирующего заряда 2 внешним импульсом (пороховыми газами) происходит передача горения от инициирующего заряда 2 через перегородку 4 к воспламенительному заряду 3. При горении воспламенительного заряда 3 образуются газообразные продукты, которые поджимают перегородку 4 к твердым продуктам горения инициирующего заряда, что дополнительно уплотняет последние. Эффективность запирания узкого канала достигается подбором его размеров (диаметра и длинны) и подбором пиротехнического состава инициирующего заряда 2, образующего твердые продукты горения, при этом повышение эффективности запирания обеспечивается именно за счет наличия перегородки 4. Перегородка может быть выполнена в виде свободно вложенной пластины как сплошной, так и с периферийными отверстиями или прорезями, что повышает надежность передачи горения от инициирующего заряда 2 к воспламенительному заряду 3 и сокращает время срабатывания инициирующего устройства.The operation of the device is as follows. When the initiating charge 2 is activated by an external impulse (powder gases), combustion is transferred from the initiating charge 2 through the baffle 4 to the igniter charge 3. When the ignition charge 3 is burned, gaseous products are formed that compress the baffle 4 to the solid combustion products of the initiating charge, which additionally compacts the latter . The effectiveness of locking a narrow channel is achieved by selecting its dimensions (diameter and length) and selecting the pyrotechnic composition of the initiating charge 2, forming solid combustion products, while increasing the efficiency of locking is provided precisely due to the presence of the partition 4. The partition can be made in the form of a freely embedded plate as a solid , and with peripheral holes or slots, which increases the reliability of the transfer of combustion from the initiating charge 2 to the ignition charge 3 and reduces the time Ania initiating device.

Осуществив подбор пиротехнических составов с необходимыми характеристиками, удалось реализовать время срабатывания предлагаемого инициирующего устройства, составляющее менее 0,01 с. Инициирующий заряд был выполнен из безгазового состава на основе KClO₄, Ti и Al, патент RU №2091359 (МПК⁶: С 06 В 29/04, БИ №27, 1997), обладающего достаточно высокой скоростью горения >200 мм/с. Соотношение диаметра соединительного канала и элемента инициирующего заряда, контактирующего с перегородкой, находилось в соотношении d=0,2×D. Отношение диаметра соединительного канала к его длине составляло 0,65. Перегородка, выполненная из стали толщиной 0,3мм, имела несколько периферийных прорезей. Воспламенительный заряд был выполнен из состава на основе Pb₃O₄ и Zr, при этом его диаметр был равен диаметру элемента инициирующего заряда, контактирующего с перегородкой.By selecting pyrotechnic compositions with the necessary characteristics, it was possible to realize the response time of the proposed initiating device, which is less than 0.01 s. The initiating charge was made of a gas-free composition based on KClO ₄ , Ti and Al, patent RU No. 2091359 (IPC ⁶ : C 06 B 29/04, BI No. 27, 1997), which has a sufficiently high burning rate> 200 mm / s. The ratio of the diameter of the connecting channel and the element of the initiating charge in contact with the partition was in the ratio d = 0.2 × D. The ratio of the diameter of the connecting channel to its length was 0.65. The partition made of steel 0.3 mm thick had several peripheral slots. The igniter charge was made of a composition based on Pb ₃ O ₄ and Zr, while its diameter was equal to the diameter of the element of the initiating charge in contact with the partition.

Данное устройство было многократно испытано в температурном диапазоне от +50°С до -50°С при задействовании его от внешнего огневого импульса (пороховых газов) и показало свою эффективную работоспособность как на модельных сборках, так и в составе конструкции газогенератора.This device has been repeatedly tested in the temperature range from + 50 ° С to -50 ° С when using it from an external fire pulse (powder gases) and has shown its effective performance both on model assemblies and as part of the gas generator design.

Claims (4)

1. Устройство для инициирования, содержащее корпус, в котором соосно через перегородку установлены инициирующий и воспламенительный заряды, выполненные из пиротехнических составов, при этом инициирующий заряд выполнен из безгазового пиротехнического состава, образующего твердые продукты горения, отличающееся тем, что инициирующий заряд выполнен в виде двух элементов, соединенных каналом, заполненным безгазовым пиротехническим составом, образующим твердые продукты горения, при этом площадь поперечного сечения элемента инициирующего заряда, контактирующего с перегородкой, соизмерима с площадью поперечного сечения воспламенительного заряда.1. An initiation device, comprising a housing in which initiating and igniter charges made of pyrotechnic compositions are coaxially mounted through a partition, wherein the initiating charge is made of a gasless pyrotechnic composition forming solid combustion products, characterized in that the initiating charge is made in the form of two elements connected by a channel filled with a gasless pyrotechnic composition forming solid combustion products, while the cross-sectional area of the initiating element charge in contact with the partition is commensurate with the cross-sectional area of the igniter charge. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что элемент инициирующего заряда, контактирующего с перегородкой, и соединительный канал выполнены цилиндрическими и находятся в соотношении2. The device according to claim 1, characterized in that the element of the initiating charge in contact with the partition, and the connecting channel are cylindrical and are in the ratio d=(0,1...0,3)×D и d/L=0,2...1,0,d = (0.1 ... 0.3) × D and d / L = 0.2 ... 1.0, где d - диаметр соединительного канала;where d is the diameter of the connecting channel; L - длина соединительного канала;L is the length of the connecting channel; D - диаметр элемента инициирующего заряда, контактирующего с перегородкой.D is the diameter of the element of the initiating charge in contact with the partition. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что перегородка выполнена в виде пластины.3. The device according to claim 1, characterized in that the partition is made in the form of a plate. 4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что в пластине выполнены периферийные отверстия или прорези.4. The device according to claim 3, characterized in that the plate has peripheral holes or slots.