РАКЕТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА Российский патент 1999 года по МПК F02K9/08 

Предлагаемое изобретение относится к ракетостроению и учитывает все возрастающие требования по повышению совершенства конструкций ракетных двигателей и надежности их работы.

Существует ракетный двигатель твердого топлива [1], содержащий камеру сгорания с сопловым раструбом и опорой из композиционного материала, размещенный в ней вкладной заряд твердого топлива с осевым каналом, воспламенитель, смонтированный на переднем днище, закрепленном в металлическом шпангоуте, отличающийся тем, что он снабжен опертым на заряд твердого топлива подпружиненным поршнем с центральным отверстием, а в корпусе воспламенителя выполнен глухой осевой канал, в котором расположен поршень, при этом сопловой патрубок снабжен металлической воронкой с пружинным хвостовиком со стороны камеры сгорания, а между воронкой и сопловой воронкой размещена эластичная прокладка, причем соединение переднего днища и металлического шпангоута выполнено в виде уложенных между зубьев спиральной кольцевой намоткой стеклонитью, а зубья выполнены пирамидальной формы, стороны оснований которых расположены под углом к углу намотки стеклонитей. Однако данная конструкция двигателя применительно к двигателям с прочноскрепленным с корпусом двигателя пороховым зарядом ненадежна из-за несовершенства воспламенительного устройства, а именно тонкостенный корпус воспламенителя может разрушаться до момента полного воспламенения всего пиротехнического состава, тогда часть состава будет выброшена из футляра, что приведет к увеличению времени задержки воспламенения порохового заряда и нестабильности выхода двигателя на расчетный режим, или к его затуханию - особенно на минусовых температурах, т. к. заряд не успевает достаточно прогреться, что недопустимо. Увеличение навески воспламенителя приведет к увеличению давления внутри двигателя, что приведет к поломке (растрескиванию) канала прочноскрепленного с корпусом двигателя порохового заряда, что недопустимо.

Существует ракетный двигатель твердого топлива [2] "Спейс Шаттл" с прочноскрепленным с корпусом двигателя пороховым зарядом и пускозажигательным устройством, состоящим из корпуса с внешней и внутренней теплоизоляцией с центральным соплом и вкладышем, большим пороховым зарядом пускозажигательного устройства, воспламенение которого осуществляется от малого пускозажигательного устройства, установленного в крышке двигателя. Данная конструкция ракетного двигателя с таким пускозажигательным устройством имеет высокую степень надежности воспламенения основного порохового заряда двигателя, которое происходит последовательно в три этапа и поэтому применяется в крупногабаритных двигателях баллистических ракет, где время запуска двигателя мало по сравнению с полетным временем баллистической ракеты и неприемлемо для зенитных ракет, где полетное время мало до 3 - 3,5 сек, а время на поджиг порохового заряда двигателя составляет десятые доли секунды. Поэтому задачей предполагаемого изобретения является устранение указанных выше недостатков, а именно использование пускозажигательного устройства в ракетных двигателях зенитных ракет, что обеспечивает высокую степень надежности работы двигателя как на положительных, так и отрицательных температурах, за счет равномерного прогрева и сопровождения полного воспламенения порохового заряда струей истекающего газа из пускозажигательного устройства.

Указанная цель достигается тем, что в ракетном двигателе твердого топлива пороховой заряд со стороны передней горловины имеет уширение канала, в котором с зазором размещено пускозажигательное устройство, состоящее из переднего дна и присоединенного к нему на резьбе цилиндросферического корпуса, внутри которого размещены опора, воспламенитель и канальная пороховая шашка сопроводительного горения, при этом опора выполнена в виде крестообразной втулки с газоводными каналами, переходящими в центральное критическое отверстие, а дно и корпус пускозажительного устройства выполнены с теплозащитными экранами, причем в дне напротив воспламенителя размещен электровоспламенитель, соединенный с внутренней полостью пускозажигательного устройства газоводным каналом.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что пускозажигательное устройство, не разрушаясь, позволяет довольно длительное время формировать струю горячего порохового газа, исходящего из критического отверстия, обеспечивая тем самым прогрев порохового заряда двигателя до полного его воспламенения, при относительно низком давлении в пускозажигательном устройстве, за счет установки в него канальной пороховой шашки сопроводительного горения.

На фиг. 1, 2, 3 приведена предлагаемая конструкция ракетного двигателя твердого топлива, где 1 - корпус двигателя из композиционного двигателя с соплом; 2 - прочноскрепленный с корпусом пороховой заряд; 3 - передняя горловина; 4 - пускозажигательное устройство (фиг. 2); 5 - уширение канала порохового заряда; 6 - переднее дно; 7 - цилиндросферический корпус; 8 - крестовидная опора (фиг. 3); 9 - воспламенитель; 10 - канальная пороховая шашка сопроводительного горения; 11 - газовые каналы опоры; 12 - центральное критическое отверстие; 13 - теплозащитный экран переднего дна; 14 - теплозащитный экран корпуса; 15 - электровоспламенитель; 16 - газоводный канал; 17 - внутренняя полость пускозажигательного устройства.

Сборка и работа ракетного двигателя твердого топлива осуществляется следующим образом: сначала собирают (снаряжают) пускозажигательное устройство 4, в цилиндросферический корпус 7 которого с теплозащитным экраном 14 и крестовидной опорой 8 устанавливают в специальное посадочное место опоры воспламенитель 9, затем на опору надевают канальную пороховую шашку сопроводительного горения 10, при этом воспламенитель 9 находится внутри канала пороховой шашки 10. Переднее дно 6 наворачивают по резьбе на цилиндросферический корпус 7, при этом теплозащитный экран 13 дна размещается во внутренней полости 17 пускозажигательного устройства 4.

Собранное пускозажигательное устройство 4 устанавливают в переднюю горловину 3 корпуса двигателя 1, в уширение канала 5 прочноскрепленного с корпусом порохового заряда 2. После проверки двигателя на герметичность снаружи переднего дна 6 напротив газоводного канала 17 устанавливают электровоспламенитель 15. Двигатель закрепляют на испытательном стенде. После подачи напряжения на контакты электровоспламенителя 15 воспламеняется его инициирующий состав, от образовавшегося форса пламени через газоводный канал 16 загорается воспламенитель 9, а от газов воспламенителя - канальная пороховая шашка 10 сопроводительного горения. Пороховые газы от шашки, создавая расчетное давление внутри пускозажигательного устройства, устремляются через газоводные каналы опоры 11, формируя реактивную струю через центральное критическое отверстие 12 внутрь двигателя, обеспечивая тем самым прогрев порохового заряда двигателя и сопровождая его поджиг до полного воспламенения, после чего двигатель выходит на заданный режим работы.

Пороховой заряд со стороны передней горловины двигателя имеет уширение канала по диаметру, уширение канала получено от заправочной иглы при заливке смесевого порохового заряда твердого топлива и служит для установки в него пускозажигательного устройства.

Цилиндрический корпус пускозажигательного устройства выполнен из стали с наружным теплозащитным экраном, что позволяет ему, не разрушаясь, выдерживать тепловые и силовые нагрузки, возникающие в двигателе до конца работы. Внутри корпус не имеет теплозащиту из-за относительно небольшого времени работы пороховой шашки сопроводительного горения, по отношению к основному заряду. Алюминиевое переднее дно пускозажигательного устройства изнутри корпуса выполнено с теплозащитным экраном, который защищает его от прогара, т.к. алюминий более подвержен температурному воздействию, чем стальной корпус, кроме того, переднее дно пускозажигательного устройства одновременно является и передним дном ракетного двигателя, прогар которого недопустим. С целью улучшения запуска пускозажигательного устройства воспламенитель установлен внутри канала пороховой шашки, которая имеет расчетную поверхность горения. Пороховая шашка сопровождает (поддерживает) горение основного порохового заряда до полного выхода двигателя на расчетный режим работы. Критическое отверстие опоры выполнено с таким расчетом, что обеспечивает расход газа (формирование струи) при минимальном расчетном давлении внутри ПЗУ. Использование пускозажигательного устройства такой конструкции при пуске холодного двигателя (до -50^oC) исключает его затухание по отношению к аналогу.

Источники информации
1. Патент России N 2053401, опубл. БИ N 3 (часть 2) от 27.01.96, МКИ F 02 K 9/04.

2. Учебное пособие для вузов "Конструкция и проектирование ракетных двигателей твердого топлива", И. Х. Фахрутдинов, А.В. Котельников. М.: Машиностроение, 1987, стр. 12-16, рис. 1.7, 1.8, стр. 213, рис. 9.9.

Двигатель предназначен для использования в ракетной технике. Он содержит пороховой заряд, который со стороны передней горловины имеет уширение канала, в нем с зазором размещено пускозажигательное устройство, состоящее из переднего дна и цилиндросферического корпуса. Внутри корпуса размещены опора, воспламенитель и канальная пороховая шашка сопроводительного горения. Опора выполнена в виде крестообразной втулки с газоводными каналами, переходящими в центральное критическое отверстие. Дно и корпус пускозажигательного устройства выполнены с теплозащитными экранами, а в дне напротив воспламенителя размещен электровоспламенитель, соединенный с пускозажигательным устройством газоводным каналом. Равномерный прогрев в сопровождении полного воспламенения всего порохового заряда струей газа, истекающего из пускозажигательного устройства, обеспечивает высокую степень надежности работы ракетного двигателя с прочноскрепленным с корпусом пороховым зарядом, в зенитных ракетах, как на положительных, так и на отрицательных температурах. 3 ил.

Ракетный двигатель твердого топлива, включающий корпус из композиционного материала с соплом и передней горловиной, прочноскрепленный с корпусом пороховой заряд канального горения и пускозажигательное устройство, отличающийся тем, что в нем пороховой заряд со стороны передней горловины имеет уширение канала, в котором с зазором размещено пускозажигательное устройство, состоящее из переднего дна и присоединенного к нему на резьбе цилиндросферического корпуса, внутри которого размещены опора, воспламенитель и канальная пороховая шашка сопроводительного горения, при этом опора выполнена в виде крестообразной втулки с газоводными каналами, переходящими в центральное критическое отверстие, а дно и корпус пускозажигательного устройства выполнены с теплозащитными экранами, причем в дне напротив воспламенителя размещен электровоспламенитель, соединенный с внутренней полостью пускозажигательного устройства газоводным каналом.