ЗАРЯД РАКЕТНОГО ТВЕРДОГО ТОПЛИВА Российский патент 2002 года по МПК F02K9/18 F42B15/00 

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

Известен заряд для двигателей ракет, содержащий последовательно расположенные топливные секции, диаметр канала которых увеличивается к соплу, скрепленные с корпусом двигателя и разделенные зазорами (см., например, А.А. Шишков и др. Рабочие процессы в РДТТ. - М.: Машиностроение, 1989 г., с. 82). Такая конструкция заряда позволяет обеспечить достижение высокого значения коэффициента объемного заполнения. Однако использование зарядов подобной конструкции в двигателях ракет РСЗО не представляется возможным в силу наличия большой массовой доли остатков заряда, догорающих в конце работы при пониженном давлении, что приводит к недопустимому разбросу выходных характеристик, а следовательно, характеристик технического рассеивания ракет.

Общими признаками с предлагаемым авторами зарядом является наличие в составе заряда-аналога последовательно расположенных топливных секций, горящих по каналам и торцам, разделенных зазорами.

Наиболее близким по технической сути и достигаемому техническому результату является заряд по патенту РФ 2125175, содержащий скрепленный с корпусом двигателя головной полузаряд со звездообразным каналом и хвостовой полузаряд с цилиндрическим каналом, причем торцы полузарядов могут быть закрыты манжетами, принятый за прототип.

Такая конструкция функционирует следующим образом. После срабатывания воспламенителя и зажжения заряда осуществляется горение заряда по торцевым поверхностям и каналам головного и хвостового полузарядов, причем уровень разбросов выходных характеристик будет определяться массой остатков головного полузаряда со звездообразным каналом.

Однако заряду такой конструкции присущ ряд недостатков, основным из которых является существенная разница времен выгорания свода головного полузаряда у переднего и заднего торца головного полузаряда, обусловленная разницей скоростей горения при наличии эрозионного горения заряда. При дальнейшем повышении плотности заряжания, приводящем к увеличению скорости потока продуктов сгорания у заднего торца головного полузаряда разница времен выгорания увеличивается, что вызывает увеличение массовой доли догорающих остатков головного полузаряда у переднего торца головного полузаряда, а следовательно, недопустимый разброс энергетических характеристик заряда.

Таким образом, задачей известного технического решения (прототипа) являлось повышение объемного заполнения при приемлемой величине массы догорающих остатков головного полузаряда без учета возможности его совершенствования, направленного на увеличение объемного заполнения, например, за счет уменьшения диаметра канала головного полузаряда.

Общими признаками с предлагаемым авторами зарядом является наличие корпуса, защитно-крепящего слоя, головного полузаряда со звездообразным каналом, хвостового полузаряда с цилиндрическим каналом и торцевых манжет.

В отличие от прототипа в предлагаемом заряде на входе в звездообразный канал головного полузаряда выполнен кольцевой уступ с осевым цилиндрическим каналом диаметром d, равным 0.4...0.6 наружного диаметра лучей Д_Л поперечного сечения звездообразного канала и длиной канала L, равной 0.8...1.2 толщины горящего свода e₁ головного полузаряда, на торцевой поверхности кольцевого уступа выполнен конический участок с углом конусности α = 30-60^° с максимальным диаметром Д на переднем торце головного полузаряда, равным 1.8. . . 2.4 диаметра осевого канала кольцевого уступа d, а центральный угол луча поперечного сечения звездообразного канала α₁ составляет 0.6...0.7 центрального угла выступа поперечного сечения звездообразного канала α₂.
Именно 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, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой защиты, во всех случаях достаточны.

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

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном заряде, содержащем корпус, защитно-крепящий слой, головной полузаряд со звездообразным каналом, хвостовой полузаряд с цилиндрическим каналом и торцевые манжеты, особенность заключается в том, что на входе в звездообразный канал головного полузаряда выполнен кольцевой уступ с осевым цилиндрическим каналом диаметром d, равным 0.4...0.6 наружного диаметра лучей Д_Л поперечного сечения звездообразного канала, и длиной канала L, равной 0.8...1.2 толщины горящего свода е₁ головного полузаряда, на торцевой поверхности кольцевого уступа выполнен конический участок с углом конусности α = 30-60^° с максимальным диаметром Д на переднем торце головного полузаряда, равным 1.8...2.4 диаметра осевого канала кольцевого уступа d, а центральный угол луча поперечного сечения звездообразного канала α₁ составляет 0.6...0.7 центрального угла выступа поперечного сечения звездообразного канала α₂.
Новая совокупность конструктивных элементов, а также наличие связей между узлами заряда позволяют, в частности, за счет выполнения:
- на входе в звездообразный канал головного полузаряда кольцевого уступа с осевым цилиндрическим каналом диаметром d, равным 0.4...0.6 наружного диаметра лучей Д_Л поперечного сечения звездообразного канала, и длиной канала L, равной 0.8...1.2 толщины горящего свода e₁ головного полузаряда, обеспечить образование за уступом у горящих поверхностей канала головного полузаряда рециркуляционных зон с обратными токами газа с высоким уровнем турбулентных пульсаций газового потока. Это позволило достичь повышения скорости горения головного полузаряда за кольцевым уступом, следствием чего является выравнивание значений скорости горения по длине канала головного полузаряда и резкое снижение массы догорающих остатков головного полузаряда. При увеличении диаметра d свыше 0.6 Д_Л уменьшается скорость газового потока, втекающего в канал кольцевого уступа, сокращается длина рециркуляционных зон, а следовательно, эффективность выравнивания скоростей горения по длине головного полузаряда. С уменьшением диаметра d менее 0.4 Д_Л увеличивается коэффициент газодинамических потерь при обтекании потоком продуктов сгорания кольцевого уступа, следствием чего является нерасчетный рост давления у переднего торца головного полузаряда. При уменьшении длины канала L менее 0.8 e₁ кольцевой уступ выгорает преждевременно, что снижает время воздействия рециркуляционных зон на процесс горения и приводит к увеличению массовой доли догоревших остатков. С увеличением длины канала L свыше 1.2 e₁ увеличивается коэффициент газодинамических потерь при движении продуктов сгорания по каналу кольцевого уступа, что вызывает нерасчетный рост давления у переднего дна заряда;
- на торцевой поверхности кольцевого уступа конического участка с углом конусности α = 30-60^° с максимальным диаметром Д на переднем торце головного полузаряда, равным 1.8. ..2.4 диаметра осевого канала кольцевого уступа d, минимизировать газодинамические потери при обтекании потоком кольцевого уступа. При уменьшении угла конусности менее 30^o и диаметра конического участка на переднем торце головного полузаряда Д менее 1.8d возрастают газодинамические потери при обтекании кольцевого уступа, с увеличением угла конусности свыше 60^o и диаметра Д свыше 2.4d возрастают осевые газодинамические нагрузки на кольцевой выступ, что осложняет напряженно-деформированное состояние головного полузаряда, особенно при крайних отрицательных температурах применения;
- центрального угла луча поперечного сечения звездообразного канала α₁, равным 0.6...0.7 центрального угла выступа поперечного сечения звездообразного канала α₂, обеспечить развитие рециркуляционных зон по всей высоте лучей звездообразного канала головного полузаряда, чем достигается повышение скорости горения на участках головного полузаряда за кольцевым уступом и одновременность выгорания головного полузаряда. При уменьшении угла α₁ менее 0,6α₂ структура рециркуляционных зон нарушается из-за увеличения относительной массы газа, оттекающего от лучей звездообразного канала по сравнению с массой газа, поступающего через канал кольцевого выступа, что, в конечном счете, снижает одновременность выгорания головного полузаряда. Увеличение угла α₁ свыше 0,7α₂ нецелесообразно из-за уменьшения коэффициента объемного заполнения.

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

Предлагаемый заряд содержит головной полузаряд 1 со звездообразным каналом 2, хвостовой полузаряд 3 с цилиндрическим каналом 4, корпус 5, защитно-крепящий слой 6, торцевые манжеты 7. На входе в канал головного полузаряда 1 выполнен кольцевой уступ 8 с осевым цилиндрическим каналом диаметром, равным 0.4. ..0.6 наружного диаметра лучей поперечного сечения звездообразного канала 2 и длиной канала, равной 0.8...1.2 толщины горящего свода головного полузаряда 1, на торцевой поверхности кольцевого уступа 8 выполнен конический участок 9 с углом конусности α = 30-60^° с максимальным диаметром на переднем торце головного полузаряда 1, равным 1.8...2.4 диаметра осевого канала кольцевого уступа 8, а центральный угол луча поперечного сечения звездообразного канала 2 составляет 0.6...0.7 центрального угла выступа поперечного сечения звездообразного канала 2.

Предложенное выполнение заряда позволило на 8...10% увеличить коэффициент объемного заполнения при уменьшении значений величин разбросов выходных характеристик на 2...5%.

Функционирование предложенного заряда происходит следующим образом. После зажжения головного 1 и хвостового 3 полузарядов продукты сгорания от переднего торца головного полузаряда 1 втекают в конический участок 9 кольцевого уступа 8 и при втекании в звездообразный канал 2 головного полузаряда 1 образуют рециркуляционные зоны по всей высоте лучей поперечного сечения. Затем продукты сгорания головного полузаряда 1 втекают в канал хвостового полузаряда 3 и совместно с продуктами сгорания хвостового полузаряда 3 истекают через канал хвостового полузаряда 3.

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.

Изобретение относится к зарядам ракетного твердого топлива двигателей ракет реактивных систем залпового огня. Заряд ракетного твердого топлива содержит корпус, защитно-крепящий слой, головной полузаряд со звездообразным каналом, хвостовой полузаряд с цилиндрическим каналом и торцевые манжеты. На входе в звездообразный канал головного полузаряда выполнен кольцевой уступ с осевым цилиндрическим каналом диаметром 0,4-0,6 наружного диаметра лучей поперечного сечения звездообразного канала и длиной канала, равной 0,8-1,2 толщины горящего свода головного полузаряда. На торцевой поверхности кольцевого уступа выполнен конический участок с углом конусности 30-60^o с максимальным диаметром на переднем торце головного полузаряда, равным 1,8-2,4 диаметра осевого канала кольцевого уступа. Центральный угол луча поперечного сечения звездообразного канала составляет 0,6-0,7 центрального угла выступа поперечного сечения звездообразного канала. Выполнение заряда в соответствии с изобретением позволяет на 8-10% увеличить коэффициент объемного заполнения при уменьшении значений величин разбросов выходных характеристик на 2-5%. 1 ил.

Заряд ракетного твердого топлива, содержащий корпус, защитно-крепящий слой, головной полузаряд со звездообразным каналом, хвостовой полузаряд с цилиндрическим каналом и торцевые манжеты, отличающийся тем, что в нем на входе в звездообразный канал головного полузаряда выполнен кольцевой уступ с осевым цилиндрическим каналом диаметром 0,4-0,6 наружного диаметра лучей поперечного сечения звездообразного канала и длиной канала, равной 0,8-1,2 толщины горящего свода головного полузаряда, на торцевой поверхности кольцевого уступа выполнен конический участок с углом конусности 30-60^o с максимальным диаметром на переднем торце головного полузаряда, равным 1,8-2,4 диаметра осевого канала кольцевого уступа, а центральный угол луча поперечного сечения звездообразного канала составляет 0,6-0,7 центрального угла выступа поперечного сечения звездообразного канала.