ЗАРЯД РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ ТВЁРДОГО ТОПЛИВА Российский патент 2003 года по МПК F02K9/22 

Изобретение относится к зарядам ракетных двигателей твердого топлива, в частности к зарядам, прочноскрепленным с корпусами ракетных двигателей твердого топлива, и может быть использовано в ракетах с твердотопливными двигателями.

Объект изобретения представляет собой прочноскрепленный заряд из смесевого твердого топлива тороцилиндрической конструкции с центральным каналом в корпусе с неотъемным днищем, предназначенный для выработки высокотемпературного рабочего тела с заданными параметрами.

Бездефектное изготовление прочноскрепленных зарядов представляет важную и сложную техническую задачу.

В работе М. Ю. Альеса и А.М. Липанова "Расчет течений топливных масс в технологии получения зарядов ТРТ" ("Авиационные и ракетные двигатели", Москва, ВИНИТИ, 1999, 11, стр. 9) указывается, что на гидродинамической стадии формования зарядов возможно образование различного рода недопустимых дефектов: неспаев, воздушных включений, раковин и т.д. Наличие дефектов в заряде в зависимости от их характера может привести не только к невыполнению внутрибаллистических параметров двигателя, но и к разрушению двигателя и ракеты. Поэтому при разработке нового заряда предусматриваются мероприятия технологического или конструктивного характера, направленные на гарантированное исключение образования дефектов непосредственно при формовании зарядов.

Формование заряда производится в пресс-форме, в которую входят корпус ракетного двигателя твердого топлива и детали технологической оснастки (крышки, игла), образующие конфигурацию заряда.

Как правило, формование заряда производится при вертикальном положении пресс-формы и подаче топливной массы снизу. При формовании заряда в корпусе с отъемными днищами проблемы получения бездефектных зарядов не существует. Удаление воздуха из пресс-формы, который вызывает образование дефектов, не представляет затруднений и производится через стравливающие штуцера, установленные на верхней крышке пресс-формы.

Формование зарядов в корпусах с неотъемными днищами (см. заявку DE 1214052 A, МПК F 02 K 9/04, опубликован в 1966 г.) производится с вакуумированием пресс-форм, что усложняет технологическое оборудование, формообразующую оснастку и процесс формования в целом.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, состоит в бездефектном изготовлении зарядов тороцилиндрической конструкции в корпусах с неотъемными торовыми днищами при их массовом производстве, когда применение вакуумирования пресс-форм экономически нецелесообразно.

Бездефектное изготовление зарядов тороцилиндрической конструкции без вакуумирования пресс-форм представляет технические трудности, так как при заполнении корпусов топливной массой в зоне глухого днища затруднено стравливание воздуха. Вероятность эахлопывания воздуха уменьшается при подаче топливной массы через кольцевой зазор, прилегающий к глухому днищу со стороны канала. Однако и в этом случае не исключается образование дефектов в виде раковин вследствие захлопывания воздуха при неупорядоченном обтекании поверхности глухого торового днища топливной массой со стороны ее подачи.

Технический результат, получаемый при реализации изобретения, состоит в обеспечении определенного соотношения горизонтальной и вертикальной составляющих скорости подачи топливной массы, при котором она равномерно обтекает поверхность глухого днища со стороны подачи топливной массы.

Для достижения указанного технического результата, в заряде ракетного двигателя твердого топлива, прочноскрепленном с корпусом с неотъемным днищем и выполненном цилиндрической конструкции с центральным каналом, предлагается (см. чертеж):
1) на канале (1) заряда (2) со стороны переднего, выполненного торовым днища (3) выполнить профилированный кольцевой выступ (4);
2) торцевую поверхность кольцевого выступа (4) образовать двумя сопряженными поверхностями (5) и (6), представляющими в продольном сечении дуги;
3) одну сопряженную поверхность (5) выполнить с радиусом кривизны R₁ (0,02-0,05) длины (L) заряда (2);
4) вторую сопряженную поверхность (6) выполнить с радиусом кривизны R₂ (0,005-0,01) длины (L) заряда (2);
5) центр радиуса кривизны (R₁) первой поверхности (5) расположить на образующей цилиндрической поверхности кольцевого выступа (4);
6) высоту (h) выступа (4) выполнить (0,09-0,1) диаметра заряда (D).

Как показали экспериментально-теоретические исследования при меньших, чем 0,02•L и 0,005•L относительных радиусах R₁ и R₂ соответственно, не обеспечивается необходимая площадь проходного сечения канала (1) для топливной массы и становится вероятным нависание топливной массы над поверхностью переднего днища (3) с последующим захлопыванием воздуха и образованием дефектов в заряде (2). Последнее приводит к искажению поверхности горения заряда (2), нерасчетному выходу фронта горения к поверхности корпуса (7) двигателя с последующим его прогаром и разрушением.

Меньшая, чем 0,9•D, относительная высота (h) выступа (4) не позволяет выполнить профилированную часть поверхности направляющего выступа (4) c необходимыми для обеспечения упорядоченного течения топливной массы размерами.

Увеличение относительной высоты выступа (4) более чем 0,1•D, радиусов R₁, R₂ более чем 0,05•L и 0,01•L, соответственно, приводит к отклонению поверхности горения заряда (2) от нейтрального характера в конце работы двигателя, а также к нерациональному использованию свободного объема камеры двигателя, что, в конечном счете, снижает коэффициент массового совершенства двигателя и баллистическую эффективность ракеты в целом.

Выполнение конструкции заряда в соответствии с изобретением позволило исключить появление дефектных зарядов и увеличить вероятность безотказной работы.

Указанный технический результат подтвержден огневыми стендовыми испытаниями заряда, выполненного в соответствии с изобретением (отчет инв. 21652).

В настоящее время завершаются предварительные испытания опытного образца.

Заряд ракетного двигателя твердого топлива, прочноскрепленный с корпусом с неотъемным днищем, выполнен цилиндрической конструкции с центральным каналом. Переднее днище заряда выполнено торовым. На канале заряда со стороны переднего торового днища выполнен кольцевой выступ, торцевая поверхность которого образована двумя сопряженными поверхностями с радиусами кривизны 0,02-0,05 и 0,005-0,01 длины заряда. Высота выступа составляет 0,09-0,1 диаметра заряда. Изобретение позволит обеспечить соотношение горизонтальной и вертикальной составляющих скорости подачи топливной массы, при котором она равномерно обтекает поверхность глухого днища со стороны подачи топливной массы. 1 ил.

Заряд ракетного двигателя твердого топлива, прочноскрепленный с корпусом с неотъемным днищем, выполненный цилиндрической конструкции с центральным каналом, отличающийся тем, что переднее днище заряда выполнено торовым, на канале заряда со стороны переднего торового днища выполнен кольцевой выступ, торцевая поверхность которого образована двумя сопряженными поверхностями c радиусами кривизны 0,02-0,05 и 0,005-0,01 длины заряда, а высота выступа составляет 0,09-0,1 диаметра заряда.