ВОСПЛАМЕНИТЕЛЬ ЗАРЯДА ТВЕРДОГО РАКЕТНОГО ТОПЛИВА Российский патент 2001 года по МПК F02K9/95 

Изобретение относится к области ракетной техники и может быть использовано при проектировании, отработке и изготовлении воспламенителей к ракетным двигателям твердого топлива (РДТТ), газогенераторам (ГГ), пороховым аккумуляторам давления (ПАД) и другим устройствам.

Как известно, воспламенитель представляет собой навеску воспламенительного состава, заключенную в корпус. Практически повсеместно требуется, чтобы воспламенитель был герметичным, что обеспечивается конструкцией корпуса воспламенителя. Известны конструкции воспламенителей, корпуса которых выполнены из металла или пластмассы (патенты NN 2627160, 3151440, США; конструкция, описанная в источнике: Р.Н.Уимпресс "Внутренняя баллистика пороховых ракет", изд. Иностранная литература, М.: 1952 г. стр. 137).

Общим недостатком известных конструкций является нетехнологичность и высокая трудоемкость их изготовления в связи со значительным объемом механической обработки деталей, и наличия таких технологических операций, как обезжиривание, склеивание, лакирование, закатка и проч. Наличие в металлических и пластмассовых конструкциях воспламенителей перкалиевых заглушек значительно затрудняет механизацию и автоматизацию процесса изготовления воспламенителей.

Такие технологические операции, как обезжиривание, склеивание, лакирование, относятся к операциям с вредными условиями труда. Рассматриваемые конструкции воспламенителей имеют существенный вес и габариты, при сгорании образуют значительное количество дыма, что снижает эффективность управляемых реактивных снарядов.

Как прототип патентуемой конструкции воспламенителя рассматривается конструкция воспламенителя, описанная в источнике: Р.Н.Уимпресс "Внутренняя баллистика пороховых ракет", изд. Иностранная литература, М.: 1952 г. стр. 137, (фиг. 1).

Прототип состоит из навески воспламенительного состава (1), помещенной в цилиндрический корпус (2), имеющий боковые стенки (3). Корпус и крышки ацетилцеллюлозные и склеены между собой ацетоном. Толщина корпуса - 1,27 мм, крышек - 0,33 мм. По сравнению с другими аналогами конструкция прототипа проще и технологичнее в изготовлении, при сгорании ацетилцеллюлозы не образуется твердых окислов. Однако трудоемкость при изготовлении такого воспламенителя остается высокой, механизация и автоматизация изготовления такого воспламенителя затруднительна, особенно в части приклеивания крышек. К недостаткам данной конструкции относится гигроскопичность ацетилцеллюлозы, необходимость жесткого крепления воспламенителя в камере сгорания и предотвращения соприкосновения корпуса воспламенителя с поверхностью порохового заряда, так как ацетилцеллюлоза флегматизирует порох. При зажжении такого воспламенителя возможно разрушение корпуса и образование кусков, представляющих опасность перекрытия сопел.

Целью предлагаемого изобретения является создание высокотехнологичной конструкции герметичного воспламенителя, поддающейся механизации и автоматизации при изготовлении, с высокими эксплуатационными характеристиками (низким дымообразованием, малым весом, надежностью в эксплуатации).

Указанная цель достигается за счет выполнения воспламенителя в виде эластичной двухслойной оболочки из синтетических полимерных пленок, герметизируемой сварными швами, внутри которой заключена навеска воспламенительного состава.

В части повышения технологичности цель изобретения достигается за применения высокопроизводительной сварочной технологии при изготовлении воспламенителей.

При этом в силу специфичности такой конструкции как воспламенитель для обеспечения безопасности выполнения сварочного шва в непосредственной близости от воспламенительного состава внутренний слой оболочки выполнен из материала с температурой плавления ниже температуры вспышки воспламенительного состава, например полиэтилена, поливинилхлорида и др. (Тпл = 140... 150^oC). Так как синтетические полимерные пленки с низкой температурой плавления обладают, как правило, низкими механическими характеристиками и в процессе хранения не обеспечивают удовлетворительной герметичности, в патентуемую конструкцию воспламенителя введен наружный пленочный слой из синтетического материала с высокими механическими характеристиками, тепломорозостойкого, обеспечивающего герметичность оболочки. К таким материалам относятся, в частности, полиэтилентерефталат (лавсан), полиамид с Тпл ~ 300^oC.

Высокий уровень температуры плавления не позволяет использовать эти материалы в однослойной конструкции по условиям техники безопасности. С другой стороны, разница в температурах плавления материалов внутреннего и наружного слоя оболочки позволяет дополнительно повысить технологичность изготовления воспламенителя, так как наружный слой выполняет в этом случае роль антиадгезионного покрытия по отношению к нагревательному сваривающему элементу и предотвращает прилипание сварочного инструмента к оболочке.

Так как воспламенитель прост по конструкции (навеска воспламенительного состава заключена в двухслойную пленочную оболочку, загерметизированную сварными швами), трудозатраты при его изготовлении незначительны. Изготовление воспламенителя включает в себя (фиг. 2) операции сварки пакета (а), снаряжения навески (б), герметизации пакета (в).

Перечисленные операции легко поддаются механизации и автоматизации. Для автоматизированного изготовления могут быть использованы фасовочные автоматы пищевой и фармацевтической промышленности.

Предлагаемая конструкция воспламенителя позволяет использовать высокопроизводительный способ контроля герметичности - способ вакуумирования, вместо применяющегося повсеместно способа мочки в воде. При этом воспламенители помещают в прозрачную вакуум-камеру, в которой создается разрежение. У герметичных воспламенителей в силу такого свойства пленки, как эластичность, изменяется внешняя форма (пакеты вздуваются), а у негерметичных остаются без изменения. Способ проверки прост в реализации, позволяет осуществлять 100% контроль воспламенителей по герметичности, что способствует повышению эксплуатационной надежности воспламенителя. При традиционном способе проверки герметичности - мочкой в виде - контроль выборочный, воспламенители, прошедшие мочку, подлежат уничтожению.

К факторам, повышающим производительность труда при изготовлении данной конструкции, относятся отсутствие фаз с вредными условиями труда и высокая культура производства при автоматизированном изготовлении, удовлетворяющая современным требованиям.

В части повышения эксплуатационных характеристик цель изобретения достигается за счет низкого дымообразования и отсутствия шлаков при сгорании оболочки воспламенителя; воспламенитель может быть задействован любым инициатором малой мощности. В силу незначительной толщины пленки обеспечивается малый вес и габариты воспламенителя. Выполнение оболочки воспламенителя из прозрачных синтетических полимерных пленок позволяет дополнительно повысить надежность воспламенителя, так как практически исключает попадание в партию неснаряженного воспламенителя.

Патентуемая конструкция может быть выполнена в виде следующих конструктивных вариантов:
1) навеска воспламенительного состава заваривается в пакет-оболочку из пленки с низкой температурой плавления, а этот пакет в свою очередь помещается в пакет больших размеров из герметичной пленки. При этом размеры наружной оболочки выбираются таким образом, чтобы обеспечивалась сварка герметизирующего шва на безопасном расстоянии от воспламенительного состава (фиг. 3а);
2) обе пленки оболочки: внутренняя и наружная, скрепляются между собой по сварным швам (фиг.3б);
3) оболочка выполнена из ламинированной пленки (бипленки). В частности, из пленки полиэтилентерефталатной, ламинированной полиэтиленом (фиг.3в);
4) воспламенитель выполнен в виде многосекционного пакета (фиг.4), что позволяет компактно сложить воспламенитель "гармошкой" и уложить его в малоразмерном посадочном месте в двигателе (фиг. 5);
5) воспламенитель выполнен в виде прямоугольного пакета, разделенного прерывистыми перемычками (фиг. 6), при этом расстояние (1) между двумя соседними участками перемычек определяется соотношением: l < (π/2)•d, где d - минимальный габаритный размер гранул воспламенительного состава (повышение надежности воспламенения секций за счет обеспечения газовой связи между ними);
6) воспламенитель выполнен со скрепленными между собой стенками оболочки (пакета) в локальных точках (фиг. 7), равномерно расположенных по поверхности воспламенителя, например в шахматном порядке (повышение надежности зажжения воспламенителя от пиропатрона за счет равномерного распределения навески воспламенительного состава внутри оболочки).

На фиг. 1 изображена конструкция воспламенителя - прототипа:
1) навеска воспламенительного состава;
2) корпус;
3) боковые стенки крышки корпуса.

На фиг. 2 изображен порядок снаряжения патентуемой конструкции воспламенителя:
а - изготовление пакета;
б - снаряжение пакета;
в - герметизация пакета.

На фиг. 3 представлены конструктивные варианты патентуемой конструкции:
а - в виде размещенного снаряженного пакета из пленки с низкой температурой плавления в пакете из пленки с высокими температурой плавления и эксплуатационными характеристиками;
б - скрепление внутренней и внешней оболочки общим сварным швом по периметру;
в - конструкция выполнена из ламинированной пленки (бипленки).

На фиг. 4 изображена патентуемая конструкция в виде прямоугольного пакета, разделенного на секции поперечными перемычками:
1 - секции;
2 - перемычки;
3 - навеска воспламенительного состава;
4 - продольный шов.

На фиг. 5 иллюстрируется конструкция воспламенителя, уложенного "гармошкой":
а - размещение воспламенителя в посадочном месте в ракетном двигателе;
б - вариант скрепления воспламенителя - "гармошки" бандажом;
в - вариант скрепления клеем.

На фиг. 6 представлена конструкция многосекционного газосвязанного воспламенителя:
1 - участки сварной поперечной перемычки;
2 - гранулы воспламенительного состава;
3 - пакет;
4 - отверстия.

На фиг. 7 изображена конструкция воспламенителя со скреплением стенок оболочки воспламенителя в локальных точках:
а - общий вид конструкции;
б - поперечное сечение предлагаемой конструкции;
в - поперечное сечение конструкции воспламенителя без скрепления стенок в локальных точках;
1 - гранулы воспламенительного состава;
2 - сварные швы;
3 - пакет (оболочка);
4 - точки скрепления (сварки) стенок пакета.

Воспламенитель заряда твердого ракетного топлива состоит из размещенной в герметичной оболочке навески воспламенительного состава. Оболочка воспламенителя выполнена двухслойной из синтетических полимерных пленок с различными температурами их плавления. Материал внутреннего слоя оболочки имеет температуру плавления ниже, чем материал наружного слоя. Оболочка может быть выполнена в виде прямоугольного пакета, разделенного поперечными перемычками на секции. Секции уложены "гармошкой". Поперечные перемычки могут быть выполнены прерывистыми. Изобретение позволяет создать высокотехнологичную конструкцию герметичного воспламенителя с высокими эксплуатационными характеристиками. 8 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Воспламенитель заряда твердого ракетного топлива, состоящий из размещенной в герметичной оболочке навески воспламенительного состава, отличающийся тем, что в нем оболочка воспламенителя выполнена двухслойной из синтетических полимерных пленок с различными температурами плавления их, причем материал внутреннего слоя оболочки имеет температуру плавления ниже, чем материал наружного слоя. 2. Воспламенитель заряда твердого ракетного топлива по п.1, отличающийся тем, что внутренний слой оболочки выполнен из полиэтилена, а наружный - из полиэтилентерефталата (лавсана). 3. Воспламенитель заряда твердого ракетного топлива по п.1, отличающийся тем, что оболочка выполнена из полиэтилентерефталатной пленки, ламинированной полиэтиленом. 4. Воспламенитель заряда твердого ракетного топлива по п.3, отличающийся тем, что оболочка выполнена в виде прямоугольного пакета, разделенного поперечными перемычками на секции. 5. Воспламенитель заряда твердого ракетного топлива по п.4, отличающийся тем, что секции уложены "гармошкой". 6. Воспламенитель заряда твердого ракетного топлива по пп.4 и 5, отличающийся тем, что секции уложены "гармошкой", плотно сжаты и скреплены. 7. Воспламенитель заряда твердого ракетного топлива по пп.4 и 5, отличающийся тем, что поперечные перемычки выполнены прерывистыми, при этом расстояние (1) между соседними участками перемычки определяется соотношением 1<(π/2)•d, где d - минимальный габаритный размер гранул воспламенительного состава. 8. Воспламенитель заряда твердого ракетного топлива по пп.3 - 6, отличающийся тем, что в нем стенки оболочки скреплены между собой в локальных точках, равномерно расположенных по поверхности. 9. Воспламенитель заряда твердого ракетного топлива по п.8, отличающийся тем, что локальные точки расположены в шахматном порядке.