Метальний пристрій

Изобретение относится к области экспериментальных исследований, а именно к высокоскоростным метаемым объектам, и может быть использовано в качестве снарядов и объектов метания в устройствах высокоскоростного разрушения преград, а также при изучении динамики взаимодействия тел с объектами, движущимися с высокой скоростью. Наиболее близким по совокупности признаков является метательное устройство [Патент Франции № 0323788, кл. F 42 В 13/50, 1982], содержащее заглушённый с торца цилиндрический корпус с закрепленным на его оси метаемым телом и размещенным в корпусе ступенчатым ускорителем, полости двух ступеней которого заполнены рабочим веществом. При этом закрепленное в верхней ступени метаемое тело приобретает дополнительное ускорение после отстрела двух нижних ступеней. Недостатками известного устройства является отсутствие высоких конечных скоростей метаемого тела. Скорость метаемого тела в большей степени зависит от скорости распространения малых возмущений в рабочих газах, т.е. скорости распространения в них звука, которая, в свою .очередь, обратно пропорционально зависит от молекулярной массы рабочего газа. Использование в известном устройстве, в качестве рабочего вещества зарядов ступеней, продукты сгорания (рабочие газы) которых имеют большую молекулярную массу порядка 29 кг/к.моль, не позволяет разгонять метаемое тело до гиперзвуковых скоростей. Кроме того, при высоких скоростях разгона метаемого тела наблюдается эффект теплового разрушения головной части, что проявляется даже при достаточно невысоких скоростях движения метаемых тел. В известном устройстве отсутствие охлаждения головной части не позволяет снять тепловые нагрузки и увеличить скорость метаемого тела без его разрушения. В основу изобретения поставлена задача усовершенствования метательного устройства путем осуществления технического результата, заключающегося в отборе образованного при скоростном движении в плотных слоях атмосферы избыточного тепла для непосредственного получения легкого газа, используемого в качестве рабочего тела ускорительной ступени, и за счет этого повышения скорости движения метаемого объекта и обеспечения оптимального температурного режима головной части устройства. Поставленная задача достигается тем, что в метательном устройстве, содержащем заглушённый с торца цилиндрический корпус с закрепленным на его оси метаемым телом и размещенным в корпусе ступенчатым ускорителем, полости двух ступеней которого заполнены рабочим веществом, согласно изобретению, первая ступень ускорителя с кольцевой полостью, заполненной металлогидридом, сообщена с установленной внутри корпуса, коаксиально последнему и кольцевой полости, газодинамической ступенью, а внутри нее размещено метаемое тело. Выполнение в устройстве ступени ускорителя с кольцевой полостью, заполненной металлогидридом, позволяет использовать отобранное при скоростном движении образованное в результате трения в плотных слоях атмосферы избыточное тепло для осуществления эндотермического разложения металлогидрида и получения легкого газа (горючего водорода), обладающего высокими термодинамическими показателями. Использование в устройстве сообщенной с первой ступенью ускорительной ступени, установленной внутри корпуса коаксиально последнему и первой ступени, позволяет осуществить высокоскоростной до разгон горячим легким газом метаемого внутри движущегося объекта тела. Таким образом, отличительные признаки устройства существенны, являются необходимыми и достаточными для достижения заданного технического результата и в совокупности с признаками ограничительной части позволяет решить поставленную задачу - повышение скорости движения метаемого объекта и обеспечение оптимального температурного режима головной части устройства. На чертеже изображен общий вид метательного устройства. Метательное устройство содержит цилиндрический корпус 1, заглушённый с торца крышкой 2, и размещенный внутри него ступенчатый ускоритель. Размещенная в верхней части· корпуса 1 первая ступень 3 ускорителя, кольцевая полость 4 которой, в качестве рабочего вещества, заполненная металлогидридом, например гидридом интерметаллического соединения LaNi5 или FeTi, снабжена обтекателем 5, выполненным в форме конуса и установленным в ее головной части. Газодинамическая ускорительная ступень, размещенная внутри корпуса 1 коаксиально последнему и первой ступени 3, разделена на два отсека. Первый отсек, торцом прилегающий к крышке 2 корпус 1, снабжен поршнем 6, установленным в его камерной части 7 с коническим переходным участком и зарядом взрывчатого вещества, размещенным в за поршневой части 8, плотно пригнанной к крышке 2 корпуса 1. Второй отсек, представляющий собой разгонный ствол 9, соединенный с камерной частью 7 первого отсека, содержит в месте соединения закрепленное стопором 10 метаемое тело 11 и головной частью прилегает к обтекателю 5 корпуса 1. При этом кольцевая полость 4 первого отсека сообщена трубопроводом 12 с установленным в нем мембранным клапаном 13 с камерной частью 7 второго отсека газодинамической ускорительной ступени. В хвостовой части корпуса 1 установлен электронный блок 14 для управления движения метаемого тела, выполненный по схеме с обратной связью (ОС), электрически соединенный с датчиком 15 инфракрасного излучения, размещенным в головной части корпуса 14 и, соответственно с камерной и запоршневой частями 7 и 8 первой ступени 3, Метательное устройство разгоняется реактивной, артиллерийской или электродинамической системой разгона. В процессе полета по баллистической траектории головная часть устройства подвергается интенсивному аэродинамическому разогреву при прохождении плотных слоев атмосферы. Расположенный в полости 4 первой ступени 3 металлогидрид поглощает тепло, отбираемое от поверхности головной части корпуса 1, в результате чего происходит реакция эндотермического разложения металлогидри-да с выделением водорода, обладающего высокими термодинамическими показателями: Твш = 700К, Рвых=150Мпа. Выделенный водород по трубопроводу 12 через мембранный клапан 13 поступает в камерную часть 7 первого отсека газодинамической ускорительной ступени под давлением 150 МПа. При достижение в камерной части 7 указанного давления подается сигнал на блок управления 14, а с последнего - на подрыв заряда взрывчатого вещества. Поршень 6 перемещается к коническому переходному участку, сжимает находящийся под давлением в камерной части 7 горячий водород до давления 200 МПа. При этом метаемое тело 11 срывается со стопора 10, пробивает обтекатель 5 и начинает самостоятельное движение с гиперзвуковой скоростью. Пример конкретного выполнения. β лаборатории гидридных установок ИПМаш НАН Украины проведено математическое моделирование заявляемого объекта. Как известно, при движении метаемых объектов со скоростью свыше 500 м/с, тепловые потоки, воздействующие на головную часть, могут достигать значений порядка 104 ккал. Тогда, количество тепла, которое следует отобрать для разложения металлогидрида и обеспечения охлаждения головной части метательного устройства до оптимальной температуры 350 К, составит 7*103 ккал/с. В проведенных исследованиях габарит* ные размеры метаемого устройства составляли: длина L ≤ 1,5 м, диаметр DHap ≤ 0,05 м. Объем полости 4, заполненный металлогидридом, в качестве которого использовали серый пористый материал с металлическим блеском LaNi5 в количестве 0,3 кг, подвергали электротермическому нагреву при помощи спирали мощностью W = 200 Вт. В результате эндотермической реакции разложения металлогидрида, количество выполненного водорода с температурой Τ = 750 К и давлением 150 МПа составило 0,003 кг. При этом, объем камерной части 7, составляющий 0,000377 м3, заполнялся за время t = 120-200 с до давления 150 МПа. Заряд взрывчатого вещества, в качестве которого использовали черный порох в количестве 0,02 кг, создавал при сгорании в запоршневой части 8 давление порядка 250 МПа, а скорость движения поршня 100-200 м/с. Рабочее давление, создаваемое на переходном участке камерной части 7 первого отсека газодинамической ускорительной ступени, составило 200 МПа, а скорость метаемого тела порядка 1000 м/с. Причем, метаемое тело массой 0,02 кг двигалось в стволе газодинамической ускорительной ступени с размерами Lст = 1,1 м, dCT = 0,02 м. Исходя из этого, возможные скорости до-разгона, развиваемые метаемым телом, лежат в диапазоне 9101180 м/с, в зависимости от массы металлогидрида и скорости выделения из него водорода. Следовательно, конечная скорость метаемого тела может составлять 2000-3000 м/с. Таким образом, использование предлагаемого устройства обеспечивает движение метаемого тела с гиперзвуковой скоростью при оптимальном температурном режиме устройства в целом, а также возможность применения его на движущихся объектах.