ЗАРЯД РАКЕТНОГО ТВЕРДОГО ТОПЛИВА Российский патент 2000 года по МПК F02K9/18 

Изобретение относится к области военной техники, а именно к зарядам ракетного твердого топлива двигателей ракет реактивных систем залпового огня (РСЗО).

Основной тенденцией совершенствования двигателей ракет РСЗО является увеличение энергетических характеристик, что обеспечивается, главным образом, за счет применения зарядов с высоким коэффициентом заполнения камеры сгорания.

Известен заряд для двигателей ракет по патенту 2125175 F 02 K 9/28, содержащий скрепленный с корпусом двигателя головной полузаряд со звездообразным каналом и хвостовой полузаряд с цилиндрическим каналом, принятый за аналог. Задачей данного технического решения являлось достижение достаточно высокого коэффициента поперечного заполнения камеры. Однако наличие межзарядного объема между головным и хвостовым полузарядами, характерное для данной конструкции заряда, не обеспечивает требуемого объемного заполнения.

Общими признаками с предлагаемыми авторами зарядом является наличие в составе заряда-аналога звездообразного цилиндрического канала.

Наиболее близким по технической сути и достигаемому техническому результату к заявляемому изобретению является заряд с высоким коэффициентом объемного заполнения (см RU 2135806 C1, Мпк. F 02 K 9/18, 27.08.1999 г.), принятый авторами за прототип. Он содержит скрепленный с корпусом заряд со звездообразным каналом в донной части заряда с постоянной толщиной горящего свода по длине канала, переходный и цилиндрический участок.

Заряд, принятый за прототип, функционирует следующим образом. После зажжения заряда происходит его горение по переднему торцу, звездообразному каналу, переходному участку канала, цилиндрическому участку канала и сопловому торцу. Однако заряду подобной конструкции присущ ряд недостатков, основным из которых являются существенный разброс энергетических характеристик и возникновение высокочастотных неустойчивых акустических колебаний в канале заряда при повышении плотности заряжания.

Задачей известного технического решения (прототипа) явилось повышение объемного заполнения без учета возможности его модернизации в направлении повышения объемного заполнения и снижения разброса энергетических характеристик за счет сокращения массы остатков заряда, догорающих при пониженном давлении.

В отличие от прототипа в предлагаемом заряде цилиндрический участок канала выполнен с диаметром, равным наружному диаметру лучей звездообразного канала у конца переходного участка, минимальная площадь проходного сечения звездообразного канала в области переходного участка составляет 0,004... 0,005 площади горящего участка звездообразного канала до указанного сечения, начальная толщина горящего свода заряда в области звездообразного канала у донного торца e₁ составляет 0,85...0,95e₂, где e₂ -начальная толщина горящего свода заряда в области звездообразного канала у начала переходного участка.

Это позволяет сделать вывод о наличии причинно-следственной связи между совокупностью существенных признаков заявляемого технического решения и достигаемым техническим результатом.

Указанные признаки, отличительные от прототипа и на которые распространяется испрашиваемый объем правовой защиты, во всех случаях достаточны.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение объемного заполнения, повышение надежности функционирования и снижение разбросов энергетических характеристик заряда.

Указанный технический результат достигается тем, что в заряде цилиндрический участок канала выполнен с диаметром, равным наружному диаметру лучей звездообразного канала у конца переходного участка, минимальная площадь проходного сечения звездообразного канала в области переходного участка составляет 0,004. ..0,005 площади горящего участка звездообразного канала до указанного сечения, начальная толщина горящего свода заряда в области звездообразного канала у донного торца e₁ составляет 0,85...0,95e₂, где e₂ -начальная толщина горящего свода заряда в области звездообразного канала у начала переходного участка.

Новая совокупность конструктивных элементов, а также наличие связей между узлами заряда позволяют, в частности, за счет выполнения:
- цилиндрического участка канала с диаметром d, равным наружному диаметру лучей D звездообразного канала у конца переходного участка, обеспечить оптимальные условия входа "жгутов" конденсированной фазы продуктов сгорания, образующихся при движении продуктов сгорания в "лучах" звездообразного канала и являющихся эффективным средством для демпфирования акустических колебаний в цилиндрический участок заряда. При уменьшении диаметра d цилиндрического участка канала менее наружного диаметра лучей D звездообразного канала у конца переходного участка происходит соударение "жгутов" с элементами поверхности цилиндрического участка канала, что снижает кинетическую энергию "жгутов" и эффект демпфирования колебаний, следствием чего является нерасчетное повышение давления в двигателе. При увеличении диаметра d более диаметра D при движении продуктов сгорания в области входного участка цилиндрического канала образуются рециркуляционные зоны с обратными токами газа с высоким уровнем турбулентных пульсаций, что вызывает локальное увеличение скорости горения и нерасчетный характер выгорания цилиндрической части канала;
- минимальной площади проходного сечения звездообразного канала в области переходного участка, составляющей 0,004. . .0,005 площади горящего участка звездообразного канала, до указанного сечения обеспечить необходимый уровень скорости продуктов сгорания, а следовательно, и "жгутов" конденсированной фазы на входе в цилиндрический участок канала заряда. С уменьшением минимальной площади проходного сечения звездообразного канала в области переходного участка менее 0,004 площади горящего участка звездообразного канала до указанного сечения возрастает скорость движения продуктов сгорания по звездообразному каналу, переходному и цилиндрическому участкам, следствием чего является повышение скорости горения заряда и недопустимый рост давления. При увеличении указанной площади свыше 0,005 площади горящего участка звездообразного канала до указанного сечения снижается скорость движения продуктов сгорания, а следовательно, "жгутов" конденсированной фазы, что приводит к их интенсивному размыванию и снижению эффекта демпфирования.

- начальной толщины горящего свода заряда в области звездообразного канала у донного торца e₁ составляющей 0,85...0,95 e₂, где e₂ - начальная толщина горящего свода заряда в области звездообразного канала у начала переходного участка, обеспечить равномерное выгорание свода заряда и снизить разброс энергетических характеристик заряда. За счет эффекта эрозионного горения скорость горения свода заряда возрастает по его длине, поэтому при увеличении начальной толщины горящего свода свыше 0,95e₂ выгорание заряда у конца переходного участка происходит значительно интенсивнее, чем у донного торца, что приводит к образованию существенного объема остатков у донного торца заряда, догорающих при пониженном давлении, а следовательно, к недопустимому разбросу выходных характеристик. При уменьшении начальной толщины горящего свода менее 0,85e₂ выгорание свода заряда у донного торца заканчивается быстрее, чем у начала переходного участка, защитно-крепящий слой на этом участке длительное время находится в контакте с высокотемпературными продуктами сгорания, что может привести к локальному перегреву корпуса и его разрушению.

Сущность предложенного изобретения поясняется чертежом, где изображен общий вид предложенного заряда с частичным поперечным разрезом.

Предлагаемый заряд содержит корпус 1, защитно-крепящий слой 2, звездообразный канал 3, переходный участок 4, цилиндрический участок 5.

Предложенное выполнение заряда позволило на 5...8% увеличить коэффициент объемного заполнения при уменьшении разброса энергетических характеристик на 15...20%.

Функционирование предложенного заряда происходит следующим образом. После зажжения заряда продукты сгорания движутся по звездообразному каналу 3, переходному участку 4 и цилиндрическому участку 5 и истекают через срез цилиндрического участка 5.

Полученный положительный эффект подтвержден в ходе стендовых испытаний зарядов, выполненных в соответствии с предлагаемым изобретением, а также при летных испытаниях ракет РСЗО с предлагаемым зарядом.

Заряд ракетного твердого топлива, содержащий корпус, защитно-крепящий слой, звездообразный канал в донной части заряда, переходной и цилиндрический участки. Цилиндрический участок канала выполнен с диаметром, равным наружному диаметру лучей звездообразного канала у конца переходного участка. Минимальная площадь проходного сечения звездообразного канала в области переходного участка составляет 0,004 - 0,005 площади горящего участка звездообразного канала до указанного сечения. Начальная толщина горящего свода заряда в области звездообразного канала у донного торца составляет 0,85 - 0,95 e₂, где e₂ - начальная толщина горящего свода в области звездообразного канала у начала переходного участка. Изобретение позволяет создать заряд, обеспечивающий повышение коэффициента объемного заполнения при уменьшении разброса энергетических характеристик. 1 ил.

Заряд ракетного твердого топлива, содержащий корпус, защитно-крепящий слой, звездообразный канал в донной части заряда, переходной и цилиндрический участки, отличающийся тем, что цилиндрический участок канал выполнен с диаметром, равным наружному диаметру лучей звездообразного канала у конца переходного участка, минимальная площадь проходного сечения звездообразного канала в области переходного участка составляет 0,004 - 0,005 площади горящего участка звездообразного канала до указанного сечения, начальная толщина горящего свода заряда в области звездообразного канала у донного торца составляет 0,85 - 0,95 е₂, где е₂ - начальная толщина горящего свода заряда в области звездообразного канала у начала переходного участка.