МОДЕЛЬНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТИ ГОРЕНИЯ ТВЕРДОГО РАКЕТНОГО ТОПЛИВА Российский патент 2003 года по МПК F02K9/96 

Изобретение относится к ракетной технике, в частности к установкам для определения скорости горения твердого ракетного топлива (ТРТ) с высокой чувствительностью скорости горения от давления.

В настоящее время известны установки для определения скорости горения ТРТ с использованием для регистрации положения поверхности горения перегорающих проводников, киносъемки, светорегистраторов [1, 2]. Эти установки могут быть использованы для определения скорости горения ТРТ. Однако определенная в них скорость горения не соответствует скорости горения в натурном ракетном двигателе твердого топлива (РДТТ). Это связано с тем, что скорость горения определяется в этих установках на небольших образцах, и поэтому результаты по скорости горения отличаются от данных в натурном РДТТ при тех же давлениях.

За прототип изобретения принят модельный двигатель (МД), используемый для определения скорости горения ТРТ, который описан в статье [3]. Данный МД представляет собой цилиндрическую камеру сгорания с соплом для истечения продуктов сгорания, воспламенителем и датчиком измерения давления. Вклеенный в корпус заряд обеспечивает радиальное горение ТРТ. Скорость радиального горения заряда ТРТ определяется по результатам испытаний МД и рассчитывается исходя из свода горения L и времени горения tз заряда. В простейшем случае скорость горения определяется по формуле:
U=L/tз. (1)
Полученная таким образом скорость горения ставится в соответствие со средним давлением Рср в камере сгорания за время горения заряда tз. Известно, что скорость горения в натурном РДТТ при одинаковых давлениях всегда выше, чем в приборе постоянного давления, т.к. в РДТТ выше теплообмен и теплоподвод к поверхности горения образца. Поэтому МД позволяет определять скорость горения в условиях, приближенных к условиям натурного РДТТ. Известно [1] , что скорость горения ТРТ описывается степенной зависимостью от давления:
u = u₁•P^ν, (2)
где u₁ - коэффициент,
Р - давление,
ν - показатель степени.

Однако ТРТ, имеющие в степенной зависимости скорости горения от давления показатели степени ν не менее 0,9 (далее по тексту - ТРТ с высокой чувствительностью к давлению), горят неустойчиво. Это часто приводит к аномальным подъемам давления или к гашению заряда. В то же время в таком МД нет возможности определять скорость горения на нескольких образцах ТРТ одновременно, что также является недостатком установки.

Техническим результатом изобретения является создание модельного двигателя для определения скорости горения ТРТ с высокой чувствительностью к давлению. Изобретение позволяет определять скорость горения на нескольких образцах в условиях, приближенных к условиям натурного РДТТ.

Поставленная задача решается тем, что в модельном двигателе с зарядами ТРТ, предназначенном для определения степенной зависимости скорости горения в виде u = u₁•P^ν, где u - скорость горения, u₁ - коэффициент, P - давление, ν - показатель степени, содержащем цилиндрический корпус, вклеенный в него канальный заряд сопровождения, торцевые крышки, датчик давления, сопло и воспламенитель, изготовлены следующие изменения. Заряд сопровождения выполнен из ТРТ, имеющего в степенной зависимости скорости горения показатель степени ν не более 0,3, а корпус состыкован с такими же по размерам дополнительными корпусом и зарядом. Средняя цилиндрическая часть дополнительного заряда состоит из нескольких канальных дисковых зарядов испытуемых ТРТ, имеющих в степенной зависимости скорости горения показатель степени не менее 0,9. Дисковые заряды склеены между собой эпоксидным составом, а скорость горения заряда сопровождения больше, чем скорости горения канальных дисковых зарядов.

Скорость горения в МД определяется в результате гашения канальных дисковых зарядов испытуемых ТРТ, когда происходит сброс давления при сгорании заряда сопровождения. Использование в заряде сопровождения ТРТ, имеющего в степенной зависимости скорости горения от давления показатель степени не более 0,3, в сочетании с горением дисковых зарядов испытуемых ТРТ с высокой чувствительностью к давлению, позволяет усреднить и снизить суммарный показатель степени ТРТ для данного МД, в результате чего процесс горения происходит устойчиво до окончания горения заряда сопровождения. Использование в заряде сопровождения ТРТ, имеющего скорость горения больше, чем скорости горения канальных дисковых зарядов, позволяет обеспечить ненулевой оставшийся свод горения дисковых зарядов после сгорания заряда сопровождения. Склейка между собой канальных дисковых зарядов эпоксидным составом обеспечивает отсутствие влияния горения этих зарядов друг на друга. После сгорания заряда сопровождения из-за резкого сброса давления и высокой чувствительности к давлению испытуемых ТРТ дисковые заряды мгновенно гаснут, фиксируя несгоревший свод. По этому своду определяется скорость горения дисковых зарядов. Время горения заряда tз и среднее давление Рср, соответствующее этому времени, определяются по измеренному давлению из осциллограммы.

Схема МД для определения скорости горения показана на фиг.1. На фиг.2 показан МД после сгорания заряда сопровождения и погасания дисковых зарядов. В корпус 9 вклеен заряд сопровождения 8. Средняя часть вклеенного дополнительного заряда 2 состоит из испытуемых дисковых зарядов 6, склеенных между собой эпоксидным составом 5. Дополнительный корпус 4 состыкован с корпусом 9 с помощью стыковочного узла 7. В донной торцевой крышке 3 расположен датчик давления 1, а в торцевой крышке 10 расположено сопло 11. Зажжение образца производится воспламенителем 12.

МД работает следующим образом. После срабатывания воспламенителя происходит воспламенение и горение зарядов МД. В связи с тем, что испытуемые ТРТ имеют более низкую скорость горения, чем скорость горения заряда сопровождения, то последний сгорает быстрее и давление в МД резко падает. В результате быстрого сброса давления испытуемые дисковые заряды из ТРТ с высокой чувствительностью к давлению затухают. После разборки МД (фиг.2) производится обмер диаметров Фг погашенных каналов дисковых зарядов, а по известному первоначальному диаметру Фк канала определяют сгоревший свод L= (Фг-Фк)/2 и по формуле (1) вычисляют скорость горения каждого дискового заряда. Время горения заряда tз определяется по экспериментальной зависимости от времени t давления в камере сгорания в момент начала резкого спада давления (фиг. 3). Таким образом, в одном испытании МД определяются значения нескольких скоростей горения, соответствующих количеству испытуемых дисковых зарядов и среднему давлению Рср в камере сгорания. В сравнении с испытаниями натурных РДТТ было установлено, что результаты определения скоростей горения зарядов МД близки к результатам по скорости горения, полученным в натурных РДТТ.

Проведенные испытания МД показали работоспособность предложенного изобретения. Испытывались ТРТ, имеющие значения показателей степени ν около 1. Проводились испытания 6 дисковых образцов. При сгорании заряда сопровождения давление в камере сгорания падало с 40 до 1 атм. Полученные данные скоростей горения ТРТ дисковых зарядов отличались от данных по скоростям горения этих же ТРТ в натурном РДТТ намного меньше, чем данные, полученные в стандартном приборе постоянного давления.

Источники информации
1. М. Баррер и др. Ракетные двигатели. М.: Оборонгиз, 1962, стр.207.

2. В.С. Игнатьев и др. Устройство для измерения скорости горения композиционных материалов. Заявка РФ N 98102477 от 10.02.98 г.

3. Д. В. Блэйр, Е.К. Бастресс, С.Е. Германс, К.П. Холл, М. Саммерфилд. Некоторые проблемы исследования установившегося горения смесевых твердых топлив. Сборник "Исследование РДТТ" под редакцией М. Саммерфилда. М.: Иностранная литература, 1963, стр.135-137.

Модельный двигатель для определения скорости горения твердых ракетных топлив служит для определения степенной зависимости скорости горения в виде u = u₁•P^ν, где u - скорость горения, u₁ - коэффициент, P - давление, ν - показатель степени. Двигатель содержит цилиндрический корпус, вклеенный в него канальный заряд сопровождения, торцевые крышки, датчик давления, сопло и воспламенитель. Заряд сопровождения выполнен из твердого ракетного топлива, имеющего в степенной зависимости скорости горения от давления показатель степени ν не более 0,3. Корпус состыкован с такими же по размерам дополнительными корпусом и зарядом. Средняя цилиндрическая часть дополнительного заряда состоит из нескольких канальных дисковых зарядов испытуемых твердых ракетных топлив, имеющих в степенной зависимости скорости горения от давления показатель степени ν не менее 0,9. Дисковые заряды склеены между собой эпоксидным составом. Скорость горения заряда сопровождения больше, чем скорости горения канальных дисковых зарядов. Изобретение позволит определять скорость горения твердого ракетного топлива на нескольких образцах в условиях, приближенных к условиям натурного ракетного двигателя твердого топлива. 3 ил.

Модельный двигатель для определения скорости горения твердых ракетных топлив (ТРТ), служащий для определения степенной зависимости скорости горения в виде u = u₁•P^ν, где u - скорость горения, u₁ - коэффициент, P - давление, ν - показатель степени, содержащий цилиндрический корпус, вклеенный в него канальный заряд сопровождения, торцевые крышки, датчик давления, сопло и воспламенитель, отличающийся тем, что заряд сопровождения выполнен из ТРТ, имеющего в степенной зависимости скорости горения от давления показатель степени ν не более 0,3, а корпус состыкован с такими же по размерам дополнительными корпусом и зарядом, средняя цилиндрическая часть дополнительного заряда состоит из нескольких канальных дисковых зарядов испытуемых ТРТ, имеющих в степенной зависимости скорости горения от давления показатель степени не менее 0,9, причем дисковые заряды склеены между собой эпоксидным составом, а скорость горения заряда сопровождения больше, чем скорости горения канальных дисковых зарядов.