СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДЫМООБРАЗОВАНИЯ РДТТ Российский патент 2004 года по МПК F02K9/96 

Изобретение относится к области ракетной техники и может быть использовано при проектировании, отработке и проведении научно-исследовательских и проектно-конструкторских работ по созданию ракетных двигателей твердого топлива (РДТТ).

Одной из актуальных проблем при отработке РДТТ к управляемым реактивным снарядам является обеспечение низкого уровня их дымообразования. Дым ослабляет (поглощает, рассеивает) управляющие сигналы и затрудняет оператору наблюдение за целью. Поэтому при отработке ракетного двигателя должен быть гарантирован уровень дымообразования, не превышающий заданный техническим заданием.

Критерием, характеризующим дымообразование РДТТ, является его мощность дымообразования N(t) - величина, пропорциональная количеству "дымовых частиц" генерируемых двигателем в 1 сек. Оценка мощности дымообразования двигателя производится экспериментально-расчетным методом путем регистрации параметров дымового шлейфа двигателя в мерном сечении и последующего вычисления по замеренным параметрам мощности дымообразования по формуле

где К - коэффициент, характеризующий геометрические размеры струи и длину пути светового луча в мерном сечении дымового шлейфа;

J₀ - величина светового сигнала на входе в мерное сечение дымового шлейфа;

J(t) - величина светового сигнала на выходе из мерного сечения дымового шлейфа в момент времени t;

V(t) - скорость потока в мерном сечении дымового шлейфа в момент времени t, вычисляемая по формуле

где Рдин(t) - динамическое давление в мерном сечении дымового шлейфа в момент времени t,

T(t) - температура в мерном сечении дымового шлейфа в момент времени t,

Р - барометрическое давление окружающего воздуха.

Формула (1) является следствием известного закона Бугера-Бэра, связывающего характеристики рассеивания (поглощения) излучения с характеристиками рассеивающей (поглощающей) среды.

По результатам экспериментальной оценки строится график зависимости N(t), позволяющий судить о мощности дымообразования двигателя в процессе его работы.

По известному патенту (пат. РФ №2181441) оценки дымообразования модельного заряда не предусматривается возможность дифференцированной количественной оценки мощности дымообразования отдельного источника дыма (твердого топлива, бронепокрытия).

Он позволяет дать только интегральную оценку о дымообразовании двигателя в целом и качественную оценку по отдельным бронепокрытиям. В то же время отсутствие информации о количественном "вкладе" в общее дымообразование отдельных источников дыма не позволяет целенаправленно проводить разработку (доработку) топлив, бронематериалов и других источников дыма в составе РДТТ. Оценка различных конструкций зарядов в составе двигателя путем проведения натурных испытаний по принципу "лучше-хуже" требует и существенных материальных затрат.

Технической задачей изобретения является повышение информативности при проведении оценки дымообразования РДТТ в натурных условиях, уменьшение трудозатрат, повышение производительности способа, повышение достоверности определения дымообразования при оценке различных бронематериалов и других источников дыма в составе РДТТ. Сущность изобретения, в части повышения информативности способа, заключается в дифференцированной оценке мощности дымообразования топлива и бронепокрытия. Для этого при проведении натурных испытаний РДТТ с замером параметров дымообразования используют цилиндрический бесканальный заряд (1) торцевого горения, выполненный из одной марки топлива, бронированный по боковой поверхности (фиг.1). При горении такого заряда в ракетном двигателе с постоянной площадью критического сопла (d_кр=const) обеспечивается постоянный уровень скорости горения топлива, а следовательно, и постоянный уровень давления и расхода продуктов сгорания топлива (фиг.1б). Так как скорости потока продуктов сгорания для зарядов торцового горения весьма малы (как правило, не более 2...3 м/с), то в конструкции такого заряда обеспечивается равномерное воздействие продуктов сгорания на всю поверхность оголенного бронепокрытия в течение всего времени горения заряда.

При наличия только двух источников дыма - топлива и бронепокрытия - конструкция заряда торцевого горения позволяет обеспечить постоянную составляющую (I) мощности дымообразования топлива (Nтопл=const) и переменную составлявшую (2) мощности дымообразования бронематериала (фиг.2).

При этом начальный уровень дымообразования определяется только дымообразованием топлива (оголенный участок бронепокрытия при t=0 отсутствует, N_бp=0). Это позволяет с достаточной для практики точностью выполнять дифференцированную количественную оценку дымообразования топлива и бронепокрытия, а именно:

- дымообразование топлива оценить величиной интеграла N₀·t_к, a дымообразование бронепокрытия величиной интеграла

где t_к - время горения заряда.

Полученная таким образом первичная информация может быть использована для расчета коэффициентов дымности материалов, их количественного вклада в дымообразование проектируемых РДТТ.

Технический результат изобретения - повышение достоверности оценки дымообразования различных бронематериалов, твердых ракетных топлив (ТРТ); уменьшение трудозатрат и повышение производительности способа за счет того, что натурным испытаниям подвергают цилиндрический заряд торцевого горения, бронированный при необходимости на фиксированных участках боковой поверхности различными бронематериалами (патент РФ №218144). Достоверность определения дымоообразования различных бронепокрытий достигается в данном случае за счет воздействия на них идентичного состава продуктов сгорания топлива при идентичных внутрибаллистических характеристиках (давление, температура) и идентичных атмосферных условиях (температура, влажность, атмосферное давление окружающего воздуха). Снижение трудозатрат и повышение производительности способа достигается за счет сокращения числа испытаний, их продолжительности (в одном опыте сразу оценивается несколько бронематериалов), затрат на изготовление модельных зарядов.

В способе оценки дымообразования РДТТ, основанном на сжигании бронированного заряда твердого топлива торцевого горения в стендовых условиях, регистрации параметров дымового шлейфа: динамического давления, температуры и ослабления светового сигнала в мерном сечении, расчете по полученным данным комплексного параметра - мощности дымообразования N(t), дымообразование бронепокрытия определяют по следующей зависимости:

где N₀ - мощность дымообразования в начальный момент времени;

t_к - время горения заряда.

В способе, использующем заряд, забронированный различными по длине заряда бронепокрытиями, по скорости горения топлива, с учетом длины каждого из участков бронепокрытия, определяются моменты времени t₁, t₂, ..., t_i, соответствующие достижению фронтом горения топлива стыков участков бронепокрытия, а о мощности дымообразования N_{бр i} судят по

где t_к - время горения заряда,

N_{бр i} - мощность дымообразования i-го бронепокрытия;

1, 2, ..., i - номер фиксированных участков по длине боковой поверхности заряда с различными бронематериалами.

В способе, использующем РДТТ или его элементы: топливную шашку, заряд ТРТ с бронепокрытием, ТЗП, подвергнутые длительному естественному или ускоренному при повышенной температуре хранению, об изменении дымообразования судят по соотношениям

где ΔМ - увеличение дымообразования двигателя;

ΔM_i - увеличение дымообразования i-го элемента двигателя (топлива, бронепокрытия, ТЗП);

N_xp - мощность дымообразования РДТТ, прошедшего естественное или ускоренное старение;

- мощность дымообразования i-го элемента РДТТ, прошедшего естественное или ускоренное старение.

Отличительными признаками предложенного способа являются:

- механизм выделения составляющих мощности дымообразования из интегральной зависимости N(t);

- использование заряда торцевого горения с комбинированным по длине боковой поверхности бронепокрытием из различных бронематериалов;

- механизм выделения составляющих мощности дымообразования с комбинированным по длине заряда бронепокрытием;

- порядок оценки дымообразования РДТТ и его элементов в процессе длительного хранения.

Технический результат, достигаемый изобретением в целом, характеризуется:

- получением объективной информации о дымообразовании каждого из источников дыма, что позволяет более эффективно проводить отработку новых материалов (ТРТ, бронепокрытия, ТЗП) и объективно оценивать уровень дымообразования заряда и двигателя на ранних стадиях отработки;

- повышением достоверности информации, снижением трудозатрат, повышением производительности при проведении испытаний с оценкой дымообразования, что в конечном итоге повышает качество и снижает сроки отработки двигателей;

- возможностью оценки дымообразования двигателя и отдельных источников дыма в процессе эксплуатации и гарантийных сроков хранения.

Сущность предложенного способа поясняется следующими графическими материалами:

Фиг.1 - ракетный двигатель с модельным зарядом:

а) общий вид двигателя;

б) зависимость "давление-время";

1 - заряд, 2-двигатель

1 - длина бронечехла, δ - толщина бронечехла.

Фиг.2 - механизм выделения составляющих мощности дымообразования N(t) для заряда торцевого горения:

а) заряд торцевого горения;

б) остаток бронепокрытия после выгорания топлива;

в) зависимость N(t), выделение составляющих мощности дымообразования.

Фиг.3 - модельный заряд ТРТ с комбинированным бронепокрытием и механизм выделения составляющих мощности дымообразования отдельных бронематериалов:

а) заряд с комбинированным бронепокрытием;

б) остаток бронировки после выгорания топлива;

в) зависимость N(t), выделение составляющих мощности дымообразования;

3, 4, 5 - различные бронематериалы;

- интегральная характеристика мощности дымообразования i-го бронематериала;

- интегральная характеристика мощности дымообразования топлива;

m₃, m₄, m₅ - унесенная масса 3-го, 4-го, 5-го бронематериала.

Фиг.4 - зависимость мощности дымообразования РДТТ с зарядом торцевого горения, подвергнутого старению:

N(t) - мощность дымообразования "свежего" двигателя;

N_xp(t) - мощность дымообразования "старого" двигателя;

ΔМ_ТРТ - увеличение мощности дымообразования "старого" двигателя за счет ТРТ;

ΔМ_бр - увеличение мощности дымообразования "старого" двигателя за счет бронепокрытия.

Изобретение относится к области ракетной техники и может быть использовано при отработке и проведении научно-исследовательских и проектно-конструкторских работ по созданию ракетных двигателей твердого топлива. Технической задачей изобретения является повышение информативности при проведении испытаний по оценке дымообразования РДТТ. Техническая задача решается за счет использования в указанных испытаниях заряда твердого топлива торцевого горения, в т.ч. бронированного по длине различными бронепокрытиями. Способ позволяет дать количественную оценку дымообразующей способности отдельных источников дыма в РДТТ (ТРТ, бронепокрытия и др.) как на стадии обработки, так и после естественного или форсированного хранения РДТТ. Технический результат изобретения - получение объективной (достоверной) количественной информации по каждому источнику дыма в РДТТ, снижение затрат, повышение качества отработки РДТТ в целом. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ оценки дымообразования РДТТ, основанный на сжигании бронированного заряда твердого топлива торцевого горения в стендовых условиях, регистрации параметров дымового шлейфа: динамического давления, температуры и ослабления светового сигнала в мерном сечении, расчете по полученным данным комплексного параметра - мощности дымообразования N(t), отличающийся тем, что дымообразование бронепокрытия определяют по следующей зависимости:

где N₀ - мощность дымообразования в начальный момент времени;

t_к - время горения заряда.

где t_к - время горения заряда,

N_{бр i} - мощность дымообразования i-го бронепокрытия;

1, 2,..., i - номер фиксированных участков по длине боковой поверхности заряда с различными бронематериалами.

где ΔМ - увеличение дымообразования двигателя;

ΔМ_i - увеличение дымообразования i-го элемента двигателя (топлива, бронепокрытия, ТЗП);

N_хр - мощность дымообразования РДТТ, прошедшего естественное или ускоренное старение;

- мощность дымообразования i-го элемента РДТТ, прошедшего естественное или ускоренное старение.