ЗАРЯД ТВЕРДОГО РАКЕТНОГО ТОПЛИВА Российский патент 1999 года по МПК F02K9/10 

Изобретение относится к ракетным двигателям твердого топлива, в частности к трубчатым пороховым зарядам "щеточного" типа (с закреплением пороховых элементов на переднем дне камеры двигателя) по принципу "щетки"), преимущественно многошашечным, с малым временем горения (≤ 0,3 с).

Известен узел крепления шашек заряда твердого топлива в камере сгорания ракетного двигателя, в котором на дно камеры наносится слой жидкого эластомера [1] . В эластомере устанавливают шашки заряда, после чего эластомер полимеризуется. Указанное техническое решение обеспечивает надежное закрепление пороховых шашек в камере. Кроме того, использование эластичного клеящего материала позволяет получить оптимальное соотношение прочности и упругости узла крепления, необходимой для компенсации осевых и радиальных ударных нагрузок, действующих на пороховые элементы, как в процессе эксплуатации, так и при работе двигателя (например, при срабатывании воспламенителя). В отсутствие такой компенсации при жестком креплении шашек может происходить частичное или полное их разрушение, что приводит к существенному снижению энергетической эффективности заряда и двигателя. Особенно увеличивается вероятность разрушения заряда при использовании малопрочных тонководных пороховых элементов, используемых в зарядах с малым временем горения.

К недостатку такой конструкции можно отнести наличие пороховых остатков в заделке после окончания работы двигателя. Вследствие значительного разогрева внутренних поверхностей камеры сгорания пороховые остатки после окончания горения заряда снова воспламеняются и сгорают с образованием дыма и пламени. Положение усугубляется термическим разложением эластичного клеящего материала, в котором закреплены шашки. Учитывая, что горение остатков осуществляется при низких давлениях и идет только по торцевой поверхности, время догорания остатков может в 100 и более раз превышать время работы двигателя.

Образующиеся при этом на траектории ракеты пламя и дым приводят к резкому снижению работоспособности оптической линии связи. Кроме того, в случае нерасчетного уменьшения толщины слоя клеящего материала резко уменьшается прочность вклейки, что приводит к вырыву шашек из заделки и выбросу их из камеры несгоравшими в процессе работы двигателя. При воспламенении заряда под воздействием давления в камере клеящий материал сжимается. При этом прилегающие к поверхности шашки слои полимера сдвигаются относительно этой поверхности, адгезия полимера с шашкой нарушается и при дальнейшем горении заряда силой трения газа по поверхности шашки ее вырывает из клеящего материала.

Указанные недостатки частично устранены в конструкции заряда твердого ракетного топлива 2 без погружения шашек в клеящий материал. Заряд содержит крышку с отверстиями, в которые установлены штифты. На штифтах закреплены канальные пороховые шашки. Для крепления шашек штифты покрыты полимерным материалом, который при обработке растворителем обеспечивает хорошую адгезию с порохом. При установке в двигатель крышка зажимается между передним дном и торцем камеры. При этом головки штифтов зажимаются между крышкой и передним дном камеры, обеспечивая жесткое крепление шашек.

Именно жесткое крепление шашек можно отнести к основному недостатку конструкции. Отсутствие надежного демпфирования осевых и радиальных нагрузок на заряд [1] в процессе эксплуатации и особенно при воспламенении, приводит к разрушению заряда. Кроме того такое крепление шашек малоприемлемо при количестве их 200 - 300.

Целью настоящего изобретения является повышение энергетической эффективности заряда за счет уменьшение разрушения заряда.

Указанная цель достигается тем, что в заряде, содержащем крышку с установленными в ней штифтами, на которых закреплены шашки, крышка выполнена с буртиком и заполнена эластичным клеящим материалом, а штифты выполнены в виде шплинта. Ветви шплинта вклеены в канал шашки, а ушко частично вклеено в эластичный клеящий материал. При этом на части наружной поверхности шплинта, вклеенной в канал шашки, нанесены поперечные насечки, повышающие прочность вклейки. Для обеспечения стабильности глубины вклейки шплинта в канал шашки на обеих ветвях шплинта выполнены ограничительные упоры, контактирующие с торцем шашки. Такая конструкция заряда обеспечивает надежное крепление шашек в крышке, исключая разрушение заряда.

Причем наличие давления в камере не уменьшает прочность крепления, а увеличивает. При воздействии давления на поверхность клеящего материала внутри ушка шплинта клеящий материал, деформируясь, передает усилие ушку шплинта, которое как бы расклинивается внутри клеевого основания заряда.

Кроме того, использование эластичного клеевого основания заряда обеспечивает надежное демпфирование осевых и радиальных нагрузок на заряд при воспламенении, что также предотвращает разрушение заряда. На чертеже представлен общий вид предлагаемого технического решения. Заряд твердого ракетного топлива включает крышку с буртиком 1 и эластичным полимерным блоком 2, вклеенные в крышку 1 шплинты 3, на выступающих частях которых закреплены шашки 4. Ушко 5 шплинта частично вклеено в полимерный блок 2. На части шплинта 3, вклеенной в канал шашки 4, нанесены поперечные насечки 6, а на боковых поверхностях ветвей 7 шплинта 3 выполнены ограничительные упоры 8, контактирующие с торцем шашки.

Работает устройство следующим образом. При зажжении шашек 4 давление в камере воздействует на поверхность полимерного блока 2. Часть полимера внутри ушка 5 шплинта 3 сжимается, расклинивая шплинт в полимерном блоке 2, увеличивая тем самым прочность вклейки шплинта. Под действием радиальных газодинамических сил в процессе воспламенения шашка поворачивается в эластичной заделке, как в шарнире, демпфируя разрушающее воздействие газов воспламенителя, что уменьшает разрушение заряда.

Таким образом, крепление шашек на шплинтах с частичным заглублением их в эластичный клеящий материал основания заряда обеспечивает необходимое сочетание прочности и упругости крепления, что уменьшает разрушение заряда в процессе горения, повышая тем самым энергетическую эффективность заряда и двигателя.

Источники информации:
1. Заявка Франции N 2436121, C 06 D 5/06, 04.07.73.

2. Патент США N 3278356, 156-294 11.10.66.

Заряд предназначен для использования в ракетных двигателях твердого топлива с трубчатым пороховым зарядом "щеточного" типа. Заряд содержит крышку с установленными в ней штифтами, на которых закреплены шашки. Крышка выполнена с буртиком и заполнена эластичным клеящим материалом, а штифты выполнены в виде шплинта, ветви которого вклеены в канал шашки, а ушко частично вклеено в эластичный клеящий материал. На части наружной поверхности шплинта, вклеенной в канал шашки, нанесены поперечные насечки, а на обеих ветвях шплинта выполнены ограничительные упоры, контактирующие с торцом шашки. Такая конструкция заряда обеспечивает надежное крепление шашек в крышке, исключая разрушение заряда, тем самым повышая его энергетическую эффективность. 1 ил.

Заряд твердого ракетного топлива, содержащий крышку с установленными в ней штифтами, на которых закреплены шашки, отличающийся тем, что крышка выполнена с буртиком и заполнена эластичным клеящим материалом, а штифты выполнены в виде шплинта, ветви которого вклеены в канал шашки, а ушко частично вклеено в эластичный клеящий материал, при этом на части наружной поверхности шплинта, вклеенной в канал шашки, нанесены поперечные насечки, а на обеих ветвях шплинта выполнены ограничительные упоры, контактирующие с торцом шашки.