ЗАРЯД ТВЕРДОГО РАКЕТНОГО ТОПЛИВА Российский патент 2003 года по МПК F02K9/28 

Изобретение относится к устройствам ракетной техники, в частности к зарядам твердого топлива вкладного типа, скрепляемым с дном камеры двигателя. Необходимость такого скрепления может быть вызвана высокими перегрузками, воздействующими на заряд, либо отсутствием или недопустимостью присопловой диафрагмы.

В импульсных РДТТ короткого времени работы характерно использование в последнем случае "щеточной" конструкции заряда, выполненной в виде пучка тонкосводных топливных трубок (или элементов другого профиля), скрепленных одним концом с передним дном камеры.

Известен заряд, в котором каждая из трубок крепится к несущей пластине в головной части двигателя с помощью металлического стержня, скрепленного с каналом трубки по покрытию из этил(ацетил)целлюлозы, и удерживается в отверстии пластины шляпкой стержня, диаметр которой несколько больше диаметра отверстия пластины, (патент США 3278356, кл. 156-294, 1996).

Недостатком такого крепления является ограничение по плотности заполнения сечения камеры топливными трубками, поскольку наличие перемычки между отверстиями несущей пластины исключает возможность плотной упаковки трубок. Необходимость контроля качества приклея покрытия стержня к топливу в целях исключения возможного выброса трубок в процессе работы двигателя повышает трудоемкость данного заряда в производстве.

Известны заряды в виде пучка трубок, заделанных в шайбу из эластичного полимерного материала, например, полиуретана, усиленного пластиной, приклеенной снаружи шайбы (патент Франции 2181178, F 42 С, 1974).

Недостатком таких зарядов являются необходимость герметизации места стыка заряда с камерой для исключения возможного выброса заряда осевым перепадом давления, а также применение закладных элементов (пластин). Это усложняет конструкцию, ухудшает массовые характеристики заряда из-за наличия дополнительной пассивной массы закладных элементов и повышает трудоемкость изготовления зарядов и сборки двигателя.

Известны заряды в виде пучка трубок, заделанных в шайбу передним концом путем заливки эластичного полимерного крепящего состава непосредственно на дно камеры двигателя и последующего отверждения состава либо приклеиванием этой шайбы к дну (патент Франции 2439174, С 06 В, F 42 B, 1980). При этом также могут применяться закладные элементы (патент США 3737348, С 06 В, 1973).

В указанных зарядах скрепление с дном осуществляется за счет адгезионной прочности сцепления материалов шайбы и дна.

Заряд по патенту Франции 2439174 взят за прототип заявляемого изобретения. Недостатком прототипа является необходимость использования крепящих материалов или клеев с высокой адгезионной прочностью. Если разработчик таким материалом не располагает, это может привести к потере работоспособности заряда, в особенности в системах с высокими полетными перегрузками (противотанковых системах ближнего боя, выстрелах безоткатных орудий и др.).

Задача, на решение которой направленно заявляемое изобретение, состоит в разработке конструкции вкладного заряда "щеточного" типа с повышенной надежностью работы.

Технический результат, получаемый при реализации изобретения, состоит в повышении прочности крепления заряда к дну двигателя, снижении трудоемкости в изготовлении и сборке с двигателем, исключении применения герметиков и закладных элементов, улучшении массовых характеристик заряда.

Для достижения технического результата предлагается заряд твердого ракетного топлива выполнить в виде пучка трубок или элементов другого профиля, скрепленных негорючим полимерным материалом с дном камеры двигателя, на поверхности дна которой выполнены один или несколько пазов с переменным, уменьшающимся в сторону заряда сечением. Суммарная площадь пазов относительно площади дна равна 0,4-0,7.

Конструкция заряда приведена на фиг.1. Заряд содержит пучок топливных трубок 1 (либо элементов другого профиля), заделанных концом в шайбу 2 из негорючего полимерного материала (полиуретана, силикона), выполняющего одновременно функции крепящего и бронирующего состава. Шайба 2 формируется путем заливки полимерного состава непосредственно на дно 3 камеры двигателя. Для повышения прочности скрепления на дне 3 выполнены один или несколько пазов с переменным по глубине сечением, уменьшающимся к поверхности дна.

При заливке на поверхность дна крепящий состав заполняет полости пазов и после погружения в него концов топливных трубок полимеризуется. Благодаря переменному, сужающемуся к поверхности дна профилю паза образуется замок, герметизирующий и упрочняющий место стыка заряда с дном камеры.

Соотношение площади пазов относительно площади дна выбрано из соображений, проиллюстрированных на фиг.2, где схематически показан заряд в составе двигателя при следующих обозначениях:
Р - давление в присопловом объеме камеры;
P_г - давление в головной части камеры;
F - площадь поперечного сечения камеры;
F_d - площадь дна;
F_т - площадь поперечного сечения камеры, занимаемая топливными трубками;
F_п - площадь паза в плане.

Обозначив P_г/P=k, F_п/F=m, F_т/F=n и принимая F=F_d, n=0,4÷0,6, k=1,0÷1,3, определяем m из условия равенства сил, воздействующих на головной и присопловой торец заряда, полагая, что часть присоплового торца заряда, находящаяся против паза, выполненного в дне камеры, не испытывает воздействия давления, поскольку надежно загерметизирована в этом месте за счет образующегося замка.

(1,0÷1,3)(1-m)FP=(0,4÷0,6)FP,
откуда
m=F_п/F=1-(0,4÷0,6)/(1,0÷1,3)=0,4÷0,7.

Таким образом, оптимальное соотношение площади паза относительно площади дна камеры составляет от 0,4 до 0,7.

Заряд твердого ракетного топлива выполнен в виде пучка трубок или элементов другого профиля, скрепленных негорючим полимерным материалом с дном камеры двигателя. На поверхности дна корпуса выполнен один или несколько пазов с переменным, уменьшающимся в сторону заряда сечением, суммарная площадь которых относительно площади дна составляет 0,4-0,7. Изобретение позволит обеспечить повышение надежности работы зарядов, упростить их конструкцию, снизить трудоемкость изготовления заряда и сборки его с двигателем. 2 ил.

Заряд твердого ракетного топлива, выполненный в виде пучка трубок или элементов другого профиля, скрепленных негорючим полимерным материалом с дном камеры двигателя, отличающийся тем, что в нем, на поверхности дна корпуса, выполнены один или несколько пазов с переменным, уменьшающимся в сторону заряда сечением, суммарная площадь которых относительно площади дна составляет 0,4-0,7.