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 к твердотопливным зарядам ракетных двигателей (РД), газогенераторов (ГГ) пороховых аккумуляторов давления и т.п.

Известна конструкция воспламенителя, содержащего дегрессивно сгорающий заряд в тороидальном корпусе, закрепленном на теплозащитном покрытии сопла, утопленного в двигатель (патент США 3729935).

Известны воспламенители для минометного выстрела, навески воспламенительного состава которых размещены в картузах из тканевого материала, выполненных в виде кольца.

Широкое распространение получили конструкции воспламенителей в алюминиевых корпусах: патенты США 3151447, Франция 2151495.

Общим недостатком указанных конструкций является то, что воспламенение навески в них происходит чрезвычайно быстро по всему объему, что вызывает заброс начального пика давления в двигателе и негативно сказывается при эксплуатации РД (с точки зрения прочности), особенно на крайних плюсовых температурах эксплуатации.

Известны конструкции воспламенительных устройств, в которых для устранения забросов давления при высоких температурах применяют два воспламенителя (или воспламенитель, разделенный на два отделения), в которых размещается пиротехнический состав (патенты США 3731629, 3228191). При низких (отрицательных) температурах в этих устройствах срабатывают оба воспламенителя (или навеска воспламенительного состава в обоих отделениях), а при высокой (положительной) температуре срабатывает один электрозапал и соответственно один воспламенитель или одна навеска.

Известен авторегулируемый воспламенитель по патенту США 3324656, где подача продуктов сгорания к поверхности заряда регулируется в зависимости от температуры с помощью вращающегося кольца.

Некоторые из перечисленных аналогов обеспечивают в определенной степени устранение забросов давления от быстрого сгорания всей навески воспламенителя, но довольно сложны по конструкции и трудоемки по исполнению.

Наиболее близкой к патентуемой является конструкция воспламенителя по патенту России 2170842, принятая авторами за прототип.

Общими сходными признаками прототипа и заявляемой конструкции являются использование в оболочке воспламенителя полимерной пленки и выполнение воспламенителя многосекционным.

Недостатком прототипа является невозможность организации плавного (нормированного) выхода РД на рабочий режим с обеспечением минимального заброса давления в начальный период. Отдельные секции воспламенителя-прототипа легко прожигаются к-фазой электрозапала и продуктами сгорания соседних секций, что приводит практически к одновременному сгоранию всей навески воспламенительного состава. Следствием этого является существенный начальный пик давления, который обуславливает повышенную толщину камеры двигателя и снижение его эффективности (весового совершенства) в составе ракеты, а также возможные случаи загасания заряда из-за резкого, после пика, сброса давления.

Уменьшение же навески воспламенительного состава, для исключения забросов давления от воспламенителя при высоких температурах, приводит к снижению надежности воспламенения заряда при низких (отрицательных) температурах.

Технический результат изобретения заключается в повышении надежности работы ракетного двигателя за счет уменьшения начального пика давления от воспламенителя и увеличения времени его воздействия на заряд, что позволяет обеспечить стабильное и надежное воспламенение заряда, повысить техническую эффективность ракетного двигателя (газогенератора) и улучшить весогабаритные характеристики ракеты (снаряда, газогенератора) в целом.

Указанный технический результат достигается следующим образом.

Воспламенитель твердотопливного заряда ракетного двигателя содержит корпус с размещенной в нем навеской воспламенительного состава в полимерной оболочке, разделенной поперечными перемычками на секции. Корпус воспламенителя выполнен в виде тороидального кольца из материала с высокой теплопроводностью. Воспламенительный состав в полимерной оболочке дополнительно помещен внутрь оболочки из хлопчатобумажной ткани. Корпус воспламенителя выполнен стальным. В качестве хлопчатобумажной ткани использована перкалевая ткань. В качестве полимерной пленки использована полиэтилентерефталатная пленка, ламинированная полиэтиленом.

Технический результат патентуемого изобретения может быть достигнут и при выполнении корпуса в виде незамкнутого кольца, в т.ч. дугообразной формы, и в виде протяженной трубки, размещенной, например, в канале заряда. При этом профиль поперечного сечения корпуса может быть выполнен произвольной формы (прямоугольной, круговой, эллиптической, трапециевидной и т.д. ), с учетом оптимальной компоновки в конкретном ракетном энергоисточнике (ракетном двигателе, газогенераторе и др.).

Сущность изобретения поясняется следующими графическими материалами.

Фиг.1 - общий вид конструкции воспламенителя:
1 - корпус;
2 - воспламенительная навеска;
3 - полимерная оболочка;
4 - тканевая (перкалевая) оболочка.

Фиг. 2 - диаграмма "давление-время" при использовании перкалевой оболочки.

Фиг. 3 - диаграмма "давление-время" при использовании оболочки из полимерной пленки.

Фиг.4 - диаграмма "давление-время" при использовании комбинированной оболочки при положительной температуре.

Фиг.5 - диаграмма "давление-время" при использовании комбинированной оболочки при отрицательной температуре.

На фиг. 2-5 обозначено: р - давление, t - время, Т - начальная температура заряда при испытаниях, р_mах - максимальное давление.

Воспламенитель содержит корпус (1) в виде тороидального кольца, образованного дном и крышкой, выполненных из термостойкого материала с высокой теплопроводностью, например из стали, навеску (2) воспламенительного состава, заключенную в оболочку (3) из полимерной пленки и оболочку (4) из тканевого материала, разделенную поперечными перемычками (5) на секции. В такой конструкции воспламенителя газы, образовавшиеся от сгорания навески в одной из секций (зажжение которой производится от пиропатрона), проходят между внутренней поверхностью корпуса воспламенителя и наружной поверхностью оболочек последующих секций, в которых расположена остальная часть воспламенительного состава.

Так как корпус воспламенителя выполнен из термостойкого материала с высокой теплопроводностью, газы, достигая каждой последующей секции, остывают более интенсивно, отдавая часть тепловой энергии в корпус.

Размещение воспламенительной навески по секциям в комбинированной оболочке из слоя тканевого материала и слоя полимерной пленки затрудняет воспламенение ее с наружной поверхности газами, поступающими от предыдущих секций. Тканевый слой предохраняет оболочку из полимерной пленки от преждевременного вскрытия смесью газов и твердых частиц, и, благодаря наличию в комбинированной оболочке слоя из полимерной пленки и более интенсивному охлаждению газов, поступающих к каждой последующей секции, воспламенение состава в секциях происходит последовательно, со сдвигом по времени, что собственно и снижает заброс давления по сравнению с конструкциями воспламенителей, в которых навеска сгорает быстро по всему объему.

В то же время, благодаря последовательному срабатыванию секций воспламенителя со сдвигом во времени, воспламеняющие газы в этом случае воздействуют на заряд более длительное время, что способствует надежности воспламенения.

Пример конкретного исполнения патентуемой конструкции воспламенителя:
- тороидальный кольцевой стальной корпус с габаритным диаметром - 160 мм:
- воспламенительная навеска - 150 г дымного ружейного пороха;
- материал полимерной оболочки - полиэтилентерефталатная пленка, ламинированная полиэтиленом толщиной 60 мкм;
- материал тканевой оболочки - перкаль;
- количество секций - 5.

В процессе огневых стендовых испытаний в составе двигателя подтверждена работоспособность воспламенителя при зажжении заряда твердого ракетного топлива из баллиститного топлива массой 7,5 кг.

Эффективность изобретения оценивалась сравнительными огневыми испытаниями в составе стендового двигателя:
- диаграмма "давление-время" при испытаниях РД с воспламенителем в однослойной оболочке из перкалевой ткани (фиг.2);
- диаграмма "давление-время" с воспламенителем из полимерной пленки (фиг.3);
- диаграмма "давление-время" с воспламенителем, в котором навеска воспламенительного состава заключена в полимерную пленку, размещенную внутри картуза из хлопчатобумажной ткани (перкаля), разделенного на секции (фиг.4).

Как видно из приведенных на фиг.2÷4 диаграмм, заброс пика давления существенно уменьшается при применении воспламенителя патентуемой конструкции (диаграмма фиг.4).

На фиг. 5 приведена диаграмма "давление-время" при испытаниях двигателя заявляемой конструкции воспламенителя при отрицательной температуре, которая свидетельствует о надежном воспламенении заряда.

Воспламенитель твердотопливного заряда ракетного двигателя содержит корпус с размещенной в нем навеской воспламенительного состава в полимерной оболочке, разделенной поперечными перемычками на секции. Корпус воспламенителя выполнен из материала с высокой теплопроводностью. Воспламенительный состав в полимерной оболочке помещен внутрь оболочки из хлопчатобумажной ткани. Корпус воспламенителя выполнен стальным. В качестве хлопчатобумажной ткани использована перкалевая ткань. В качестве полимерной пленки использована полиэтилентерефталатная пленка, ламинированная полиэтиленом. Изобретение позволит уменьшить начальные пики давления при запуске двигателя, что позволит повысить эффективность и надежность в целом. 1 з.п.ф-лы, 5 ил.

1. Воспламенитель твердотопливного заряда ракетного двигателя, содержащий корпус с размещенной в нем навеской воспламенительного состава в полимерной оболочке, разделенной поперечными перемычками на секции, отличающийся тем, что в нем корпус воспламенителя выполнен из материала с высокой теплопроводностью, а воспламенительный состав в полимерной оболочке помещен внутрь оболочки из хлопчатобумажной ткани, при этом корпус выполнен стальным, в качестве хлопчатобумажной ткани использована перкалевая ткань, а в качестве полимерной пленки - полиэтилентерефталатная пленка, ламинированная полиэтиленом. 2. Воспламенитель по п. 1, отличающийся тем, что корпус выполнен в виде тороидального кольца.