ПОРОХОВОЙ РАКЕТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2002 года по МПК F02K9/12 F02K9/26 

Изобретение относится к ракетостроению, в частности к двигателестроению.

Известны топливные ступени, состоящие из ракетного пороха, форма которых позволяет вкладывать их друг в друга, образуя топливный заряд ракеты (см. патент США 3439613, МПК F 02 К 9/04, 1969).

Недостатком подобного решения является большой вес двигателя, и конструкции ракеты, которые после отработки топлива превращаются в балластную массу, из-за чего ракеты делают многоступенчатыми и сбрасывают ступени как лишний вес в полете. При этом полезная нагрузка этих ракет невелика из-за наличия этого балласта.

Предложенное изобретение направлено на устранение указанных недостатков.

Предложенный пороховой ракетный двигатель состоит из ступеней, вложенных друг в друга и армированных для повышения механической прочности ступеней сгораемым тканевым или нитяным кордом. Каждая ступень выполнена тонкостенной, стенки ступени профилированы в виде полутеплового сопла-камеры. Дозвуковая глухая конусная или конусоидная часть ступени выполнена из ракетного пороха, сверхзвуковая часть ступени выполнена из абляционного материала. Абляционный материал способен испаряться при нагревании от истекающих из сопла пороховых газов и имеет армирование для повышения прочности ступени.

Для разделения выполненных из пороха частей ступеней двигателя применена абляция в виде тонкого слоя на внешней поверхности, выполненной из пороха, части ступени, в которой имеются отверстия перфорации для передачи пламени от ступени к ступени.

Разделение ступеней друг от друга выполняется для обеспечения сохранности неизменной геометрии профиля сопла-камеры двигателя. Поскольку известно, что ракетные пороха имеют тенденцию к неравномерному горению в случае различного давления на разных участках сопла-камеры, то разделение двигателя на разделенные друг от друга ступени способствует тому, что после выгорания пороха в одной ступени и прохождения пламени через перфорацию в тонком слое абляции, разделяющим пороховые части ступеней, происходит запуск и загорание пороха в сопле-камере следующей ступени, а недогоревшие остатки отработавшей ступени выбрасываются из двигателя струей газов из следующего работающей ступени двигателя.

Внутренняя поверхность пороховой части ступени покрыта инициирующим составом, и ступени имеют средства для электрозапуска. Основным способом запуска ступеней двигателя является загорание от выгоревшей предыдущей ступени, при передаче пламени из сопла-камеры предыдущей ступени в сопло-камеру последующей ступени, при этом каждая ступень двигателя может быть снабжена собственным средством для принудительного запуска.

В стенках сверхзвуковой части ступени выполнены отверстия, образующие в двигателе продольные каналы для вдува в сопло-камеру газов с целью управления вектором тяги двигателя.

Предложенный двигатель может быть выполнен в виде комбинированного ракетного двигателя, где выполненные из пороха части ступеней способны гореть при подаче в их сопло-камеру дополнительного вещества. В таком двигателе в сопле-камере ступени, в его дозвуковой части выполнены отверстия, совпадающие друг с другом и образующие продольные каналы для подачи в полутепловое сопло-камеру дополнительного вещества, например окислителя из бака ракеты.

При использовании ядерной энергии в качестве источника энергии для двигателя ступени выполнены из тугоплавкого аблирующего материала, в осевой части сопла-камеры сквозь каналы для подачи в сопло-камеру дополнительного вещества пропущены сборки тепловыделяющих элементов (ТВЭЛов) ступеней и имеются зазоры для прокачивания рабочего тела ядерного ракетного двигателя (ЯРД).

На фиг.1 приведен чертеж заявляемого порохового ракетного двигателя.

На фиг.2 приведен чертеж заявляемого двигателя, выполненного в виде комбинированного ракетного двигателя.

На фиг.3 приведен чертеж заявляемого двигателя, использующего в качестве источника энергии ядерную энергию.

Изображенный на фиг.1 двигатель состоит из ступеней 1, где каждая ступень состоит из выполненной из пороха части 2, где происходит горение и газы разгоняются до скорости в М=1, и сверхзвуковой части сопла-камеры, которая выполнена из абляционного материала 3 и имеет форму раструба. Обе части ступеней двигателя армированы нитяным кордом 4, а выполненные из пороха части ступеней покрыты тонким слоем абляции 5, в котором имеются отверстия перфорации 6.

Для обеспечения автоматического запуска ступеней в работе двигателя внутренние стенки выполненных из пороха частей каждой ступени покрыты инициирующим составом 7, который способен быстро воспламеняться и поджигать основной пороховой слой ступени.

Средства электрозапуска ступеней 8 расположены на внутренней поверхности каждой ступени двигателя и предназначены для запуска первой ступени при пуске ракеты, а также для запуска тех ступеней двигателя, которые по какой-то причине не запустились самостоятельно во время работы двигателя.

На фиг. 2 изображен двигатель, выполненный в виде комбинированного ракетного двигателя. Двигатель состоит из ступеней 1, состоящих из выполненной из пороха части 2 и сверхзвуковой части сопла-камеры, выполненной из абляционного материала, имеющей форму раструба 3. Корд 4 служит для повышения прочности ступени, выполненная из пороха часть ступени покрыта тонким слоем абляции 5 с перфорацией 6. Инициация горения ступени происходит за счет возгорания инициирующего слоя 7, а средство электрозапуска 8 служит для запуска ракеты. Двигатель имеет каналы 9 для подачи в сопло-камеру дополнительного вещества и каналы 10 в сверхзвуковой части сопла-камеры, предназначенные для вдува в сопло газа для управления вектором тяги двигателя.

На фиг.3 изображен ЯРД, состоящий из ступеней 1, выполненных из тугоплавкого аблирующего материала 11 в зоне реактора и более легкого абляционного материала 3 в сверхзвуковой части сопла-камеры ступени. Каждая ступень ЯРД армирована кордом 4 и покрыта тонким слоем абляции 5, служащим также и для поглощения радиации при работе ЯРД. В каналы 9, совпадающие с каналами для прокачивания рабочего тела двигателя, пропущены ТВЭЛы 12. Через каналы 10 производится вдув газа в сопло ЯРД.

При работе ЯРД после запуска реактора и начала прокачивания рабочего тела двигателя начинает происходить испарение стенок сопла-камеры от контакта с разогретым рабочим телом ЯРД. Рабочее тело и испаренные газы истекают из сопла-камеры ЯРД и создают двигателю тягу.

Изобретение достаточно простое, для его использования достаточно имеющихся наработок в ракетном деле.

Пороховой ракетный двигатель состоит из ступеней, вложенных одна в другую и армированных кордом для повышения механической прочности. Каждая ступень выполнена тонкостенной, стенки которой профилированы в виде полутеплового сопла-камеры. Глухая конусная или конусоидная часть ступени выполнена из ракетного пороха. Сверхзвуковая часть ступени выполнена из абляционного материала. Для разделения пороховых частей ступени применена абляция в виде тонкого слоя на внешней поверхности пороха, в которой имеются отверстия перфорации для передачи пламени от ступени к ступени. Изобретение позволяет создать ракетный двигатель, отличающийся малым весом и габаритами. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Пороховой ракетный двигатель, состоящий из ступеней, вложенных одна в другую и армированных кордом для повышения механической прочности ступеней, отличающийся тем, что каждая ступень выполнена тонкостенной, стенки которой профилированы в виде полутеплового сопла-камеры, глухая конусная или конусоидная часть ступени выполнена из ракетного пороха и сверхзвуковая часть ступени выполнена из абляционного материала, для разделения пороховых частей ступени применена абляция в виде тонкого слоя на внешней поверхности пороха, в которой имеются отверстия перфорации для передачи пламени от ступени к ступени. 2. Пороховой ракетный двигатель по п. 1, отличающийся тем, что в стенках сверхзвуковой части ступени выполнены отверстия, образующие в двигателе продольные каналы, для вдува в сопло газов и с целью управления вектором тяги двигателя, внутренняя поверхность пороховой части ступени покрыта инициирующим составом и ступени имеют средства для электрозапуска. 3. Пороховой ракетный двигатель по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что в сопле-камере ступени, в его дозвуковой части выполнены отверстия, образующие каналы для подачи в сопло-камеру дополнительного вещества, например окислителя. 4. Пороховой ракетный двигатель по пп. 1-3, отличающийся тем, что ступени выполнены из аблирующего материала, в осевой части сквозь каналы пропущены сборки тепловыделяющих элементов (ТВЭЛов) и имеются зазоры для прокачивания рабочего тела ЯРД.