ВОСПЛАМЕНИТЕЛЬ ТВЕРДОТОПЛИВНОГО ЗАРЯДА РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2003 года по МПК F02K9/95 

Изобретение относится к области ракетной техники и может быть использовано при проектировании, отработке и изготовлении воспламенителей зарядов твердого топлива для ракетных двигателей.

В настоящее время в РДТТ широкое распространение получали конструкции воспламенителей, корпуса которых выполнены из полимерных пленок. Воспламенители этого класса отличает простота конструкции, высокие эксплуатационные и выходные характеристики, технологичность в изготовлении.

Известные конструкции воспламенителей, корпуса которых выполнены из металла или пластмассы, 2627160, 3151440, 2973713, 3011441 (США) и др. существенно уступают пленочным конструкциям как по технологичности изготовления, так и по эксплуатационным характеристикам. Конструкция пленочного воспламенителя по патенту 2170842 (РФ) принята авторами за прототип (фиг.1).

Недостатками конструкции прототипа являются:
1) ограниченные возможности обеспечения компактности конструкции, т.к. она реализуется в виде плоских прямоугольных пакетов;
2) пониженная технологичность, связанная с выполнением большого количества сварных швов (от 3 до 5...10 в варианте "гармошка");
3) сравнительно низкий коэффициент объемного заполнения корпуса (пакета) - 60-80%;
4) сложность унификации посадочных мест и узлов крепления в камере сгорания ракетного двигателя;
5) повышенное дымообразование, связанное с высокой дымностью используемых в настоящее время воспламенительных составов;
6) отсутствие возможности реализации в конструкции прототипа программированного выхода на режим с исключением высоких забросов (пиков) давления.

Технической задачей изобретения является разработка высокотехнологичной, компактной конструкции воспламенителя с пониженным дымообразованием, обеспечивающей оптимальные условия воспламенения заряда (минимальное время воспламенения при отсутствии существенных пиков давления при выходе двигателя на рабочий режим), с высокой эксплуатационной надежностью.

Указанная задача решается в рамках патентуемого изобретения за счет выполнения корпуса 1 воспламенителя (например, вакуумформованием) в виде объемного тела вращения чашеобразной формы из термопластичного дезориентированного (с равномерной усадкой в продольном и поперечном направлениях) полимерного пленочного материала, например полиэтилена высокого давления, при этом соотношение H/d обеспечивают в пределах 0,018-1,0 (Н - высота корпуса воспламенителя, d - диаметр, фиг.2). Нижний предел указанного соотношения выбран исходя из минимальных размеров гранул воспламенительных составов (пиротехния, дымный ружейный порох), используемых в практике изготовления воспламенителей. Верхний предел - из условия обеспечения допустимых напряжений на материал при утонении корпуса в процессе формования. Навеска воспламенительного состава 3 герметизируется в корпусе 1 скрепленной с ним по отбортовкам крышкой 2.

В части обеспечения минимальной дымности программированного выхода двигателя на рабочий режим техническая задача решается за счет выполнения корпуса многополостным, с коаксиально расположенными друг в друге стаканами, скрепленными по отбортовкам с крышкой общим периферийным швом, а также за счет размещения в отдельных, изолированных полостях корпуса таблеток ТРТ, зерненной воспламенительной навески и воспламенительных составов, несовместимых между собой при совместном хранении.

Достигаемые технические результаты изобретения:
1. Компактность, высокий коэффициент заполнения корпуса воспламенителя воспламенительным составом, возможность унификации посадочных мест под воспламенитель в РДТТ.

2. Выполнение корпуса многополостным, с изолированными полостями, позволяет разместить в отдельных полостях таблетки твердого топлива и зерненную насыпную навеску, исключить разрушение зерен воспламенительного состава таблетками при воздействии виброударных нагрузок и тем самым повысить его эксплуатационную надежность (фиг.3, 4, 5, 6, 7).

3. Конструкция патентуемого воспламенителя позволяет разместить в изолированных полостях такие несовместимые при совместном хранении составы, как дымный ружейный порох (ДРП) и перхлорат аммония (ПХА), совместное горение которых обеспечивает, с одной стороны, хорошую воспламеняемость заряда ТРТ, а с другой стороны, К-фаза ДРП эффективно дожигается в присутствии кислорода ПХА. Тем самым снижается дымообразование воспламенителя, что особенно актуально при применении их в управляемых ракетах, наводимых на цель командными методами.

4. Размещение полостей корпуса внутри друг друга также позволяет создать высококомпактную конструкцию воспламенителя.

5. Выполнение полостей (стаканов) различной высоты и сопряженными друг с другом по боковым поверхностям (с равными диаметрами по отбортовкам, фиг.4) или в виде коаксиально установленных друг в друге стаканов равной высоты, скрепленных по днищам (фиг.3), а также в виде одного или нескольких внутренних стаканов (полостей), скрепленных отбортовками с днищем корпуса внешней полости воспламенителя (фиг.5, 6), позволяет повысить жесткость конструкции, ее технологичность в части снаряжения воспламенительным составом и реализации программированного выхода ракетного двигателя на режим.

6. Выполнение полостей воспламенителя из различных пленок, с различными теплофизическими характеристиками (температурами плавления) или из одного пленочного материала, но различной толщины, размещение в полостях различных воспламенительных составов с равными или отличными по массе навесками, а также применение в составе навески таблеток ТРТ (фиг.5, 6) дает возможность реализовать программированный выход ракетного двигателя на рабочий режим, исключить начальные пики давления.

Патентуемая конструкция иллюстрируется следующими графическими материалами:
Фиг.1. Конструкция прототипа.

Фиг.2. Патентуемая конструкция:
1 - корпус воспламенителя;
2 - крышка;
3 - воспламенительный состав.

Фиг.3. Конструкция воспламенителя с коаксиальным расположением полостей:
1 - внешняя полость корпуса;
2 - крышка;
3 - воспламенительные (зерненные) составы;
4 - таблетки твердого ракетного топлива (ТРТ);
5 - внутренние стаканы (полости) корпуса.

Фиг.4. Конструкция воспламенителя с сопряженными стаканами (полостями):
1 - корпус воспламенителя;
2 - крышка;
3 - воспламенительный состав;
5 - внутренние стаканы (полости) корпуса.

Фиг. 5, фиг.6, фиг.7 - варианты конструктивного оформления предлагаемого воспламенителя.

Обозначения:
На фиг.5:
1 - внешняя полость корпуса;
2 - крышка;
3 - воспламенительный состав;
4 - таблетка ТРТ;
5 - внутренние полости корпуса.

На фиг.6:
1 - внешняя полость корпуса;
2 - крышка;
3 - воспламенительные составы;
4 - таблетка ТРТ;
5 - внутренние полости корпуса.

На фиг.7:
1 - внешняя полость;
2 - крышка;
3 - воспламенительные составы;
5 - внутренняя полость.

Фиг.8. Технологическая схема изготовления предложенной конструкции воспламенителя:
1 - внешняя полость корпуса воспламенителя;
2 - крышка;
3 - зерненная навеска воспламенительного состава;
4 - таблетка твердого топлива;
5 - внутренние полости (стаканы).

Особенностью конструктивных вариантов воспламенителей, приведенных на фиг. 5-7, является скрепление внутренних полостей 5 с днищем внешней полости 1, либо внутренних полостей меньшего диаметра с днищами внутренних полостей большего диаметра.

Воспламенитель функционирует следующим образом. От воздействия форса пламени пиропатрона зажигается воспламенительный состав в одной из полостей. Под воздействием высокотемпературных газов проплавляются (прогорают) оболочки внутренних полостей и осуществляется воспламенение размещенных в них навесок и таблеток твердого топлива.

При реализации программированного выхода на режим осуществляется зажжение воспламенительного состава, расположенного в периферийной полости корпуса воспламенителя. Зажжение ("подключение" к процессу горения) воспламенительных составов, расположенных во внутренних полостях, происходит с задержкой по времени. Величина задержки определяется толщиной стенки и температурой плавления материала полости, а величина градиента давления при "включение" каждой из полостей определяется массой навески и скоростью горения размещенного в них воспламенительного состава.

На фиг.8 представлена технологическая схема изготовления вариантов многополостной конструкции воспламенителя. Изготовление осуществляется путем вакуумирования полостей с применением сварочной технологии для скрепления полостей между собой и крышкой.

Воспламенитель твердотопливного заряда ракетного двигателя содержит корпус в виде чашеобразного тела вращения с отбортовками, размещенную в нем навеску воспламенительного состава и крышку, скрепленную с корпусом по отбортовкам. Корпус выполнен с соотношением его по высоте к диаметру, равным 0,018-1,0, из термопластичного полимерного материала с равномерной усадкой в продольном и поперечном направлениях. Изобретение позволит создать высокотехнологичную, компактную, высоконадежную конструкцию воспламенителя, которая обеспечит пониженное дымообразование и оптимальные условия воспламенения зарядов. 11 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Воспламенитель твердотопливного заряда ракетного двигателя, содержащий корпус в виде чашеобразного тела вращения с отбортовками, размещенную в нем навеску воспламенительного состава и крышку, скрепленную с корпусом по отбортовкам, отличающийся тем, что корпус выполнен с соотношением его по высоте (Н) к диаметру (d), равным 0,018-1,0, из термопластичного полимерного материала с равномерной усадкой в продольном и поперечном направлениях. 2. Воспламенитель по п. 1, отличающийся тем, что корпус выполнен из пленочного полиэтилена высокого давления. 3. Воспламенитель по любому из пп. 1 и 2, отличающийся тем, что корпус выполнен многополостным в виде нескольких коаксиальных стаканов с отбортовками, при этом стаканы скреплены общей крышкой по отбортовкам. 4. Воспламенитель п. 3, отличающийся тем, что диаметры стаканов по отбортовкам выполнены равными, при этом стаканы скреплены между собой и с крышками общим сварным швом. 5. Воспламенитель по любому из пп. 3 и 4, отличающийся тем, что стаканы выполнены различной высоты и сопряжены между собой по боковым поверхностям. 6. Воспламенитель по любому из пп. 3 и 4, отличающийся тем, что стаканы выполнены равной высоты и скреплены между собой по днищам. 7. Воспламенитель по любому из пп. 1 и 2 отличающийся тем, что корпус выполнен многополостным, при этом один или несколько внутренних стаканов скреплены отбортовками с днищем корпуса внешней полости. 8. Воспламенитель по любому из пп. 3-7, отличающийся тем, что он содержит таблетки твердого топлива, размещенные в изолированных от насыпной навески полостях. 9. Воспламенитель по любому из пп. 3-8, отличающийся тем, что стаканы выполнены из пленочных материалов с различными температурами плавления. 10. Воспламенитель по любому из пп. 3-8, отличающийся тем, что стаканы выполнены с различной толщиной стенок. 11. Воспламенитель по любому из пп. 3-10, отличающийся тем, что в стаканах размещены навески различных воспламенительных составов, равные или различные по массе. 12. Воспламенитель по любому из пп. 3-11, отличающийся тем, что воспламенительная навеска содержит перхлорат аммония и дымный ружейный порох, размещенные в отдельных изолированных стаканах.