РАКЕТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА Российский патент 2004 года по МПК F02K9/32 

Изобретение относится к ракетной технике, в частности к ракетным двигателям твердого топлива (РДТТ) с вкладным пороховым зарядом, преимущественно многошашечным.

Известна конструкция РДТТ, содержащего камеру, сопловой блок и многошашечный пороховой заряд [I]. Для удержания заряда в камере используется сопловая диафрагма, перекрывающая проходное сечение сопла и препятствующая выбросу шашек из камеры.

Недостатком конструкции является принципиальная невозможность полного исключения выброса пороха из камеры двигателя. При выстреле на заряд в камере действуют силы, прижимающие шашки к сопловой диафрагме - перегрузка и перепад давления по длине камеры. Величина суммарной прижимающей силы может быть значительной. Так, при массе 1 кг, перегрузке 300 единиц, площади торца шашки 12 см² и перепаде давления по длине 8 кг/см² суммарная прижимающая сила достигает 400 кг. В этом случае шашка может разрушаться на сопловой диафрагме от чрезмерных контактных напряжений. Кроме того, по мере сгорания, толщина горящего свода шашки, а следовательно, и ее прочность уменьшаются, и по достижении ими критической величины обязательно происходит разрушение заряда и выброс остатков его из камеры несгоревшими. При этом потери единичного импульса двигателя могут достигать 25-30% при значительной нестабильности внутрибаллистических характеристик.

Указанные недостатки устранены в конструкции РДТТ с газодинамически вывешенным пороховым зарядом [2]. РДТТ содержит камеру сгорания с вкладным пороховым зарядом и устройством удержания его в камере. Устройство удержания заряда выполнено в виде дополнительной камеры с донной и сопловой диафрагмами. Между донной диафрагмой и дном камеры сгорания образована придонная полость, связанная выполненным в виде кольцевой щели каналом с предсопловым объемом. При этом площадь сечения канала выполнена большей, чем суммарная площадь отверстий донной диафрагмы.

Продукты сгорания заряда истекают из дополнительной камеры в основную в обе стороны через отверстия в донной и сопловой диафрагмах. Соотношение между проходными сечениями отверстий в диафрагмах подбирается таким образом, чтобы силы, действующие на заряд, уравновешивали друг друга. В этом случае заряд оказывается газодинамически вывешенным в камере, что исключает разрушение его на диафрагмах. К недостатку указанной конструкции можно отнести сложность расчета и экспериментальной отработки требуемого соотношения расходов газа через донную и сопловую диафрагмы, т.к. на практике расход газа через донную диафрагму определяется не только площадью ее отверстий, но и конфигурацией и сечением канала, связывающего придонную полость с предсопловым объемом. Практически это может приводить к снижению эффективности конструкции, т.е. к неполному уравновешиванию заряда и частичному разрушению его на диафрагме. Кроме того, дополнительная камера увеличивает массу двигателя и уменьшает плотность заряжания.

Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности удержания вкладного заряда в камере сгорания.

Указанная задача решается тем, что в РДТТ, содержащем камеру сгорания с вкладным пороховым зарядом и сопловым блоком, донную и сопловую диафрагмы и придонную полость между донной диафрагмой и дном камеры с каналом для истечения газа из придонной полости, канал для истечения газа из придонной полости выполнен в виде трубок, соединяющих придонную полость непосредственно с каждым вторым соплом при четном количестве сопел или с каждым соплом, но трубки при этом выполнены с наружным диаметром, меньшим диаметра критического сечения сопла, образуя кольцевое проходное сечение. Второй вариант целесообразен при нечетном количестве сопел, в том числе при одном сопле.

На фиг.1, 2 представлен вариант двигателя с четным количеством сопел (восьмисопловой), в котором трубки соединяют придонную полость с каждым вторым соплом, на фиг.3 - вариант двигателя, в котором трубки соединяют придонную полость с каждым соплом.

На фиг.1, 2 (поперечный разрез) двигатель включает камеру сгорания 1 с вкладным пороховым зарядом 2 и восьмисопловым блоком 3. У переднего дна 4 камеры 1 установлена донная диафрагма 5, у сопел 6 - сопловая диафрагма 7. Придонная полость 8 соединена с каждым вторым соплом трубками 9. В придонной полости 8 установлен воспламенитель 10, на переднем дне 4 - электровоспламенитель 11.

На фиг.3 трубки 9 соединяют придонную полость 8 непосредственно с каждым соплом, образуя кольцевые проходные сечения для выхода газов из двигателя.

Работает двигатель следующим образом. При срабатывании электровоспламенителя 11, воспламенитель 10 зажигает заряд 2. Продукты сгорания заряда 2 истекают из объема камеры в обе стороны - через сопловую диафрагму 7 непосредственно в сопла 6 и через донную диафрагму 5 в придонную полость 8 и оттуда через трубки 9 в сопла. В случае необходимости изменения соотношения расхода газа через трубки и через сопла без трубок корректируются их критические сечения.

Таким образом, выполнение канала для истечения газа из придонной полости в виде трубок, выходящих непосредственно в сопла, упрощает расчет и экспериментальную отработку РДТТ и в конечном счете, повышает эффективность удержания порохового заряда в камере сгорания, а также снижает массу двигателя и повышает плотность заряжания.

Источники информации

1. Б.В. Орлов, Г.Ю. Мазинг. Термодинамические и баллистические основы проектированных ракетных двигателей на твердом топливе. Изд. Машиностроение, 1968 г., с.293.

2. Патент России №2133371, МПК 6 F 02 К 9/24, 20.07.99 г.

Ракетный двигатель твердого топлива содержит камеру сгорания с вкладным пороховым зарядом и сопловым блоком, донную и сопловую диафрагмы и придонную полость с каналом для истечения газа из придонной полости. При четном количестве сопел канал для истечения газа из придонной полости выполнен в виде трубок, непосредственно соединяющих придонную полость с каждым вторым соплом. При нечётном количестве сопел канал для истечения газа из придонной полости выполнен в виде трубок, непосредственно соединяющих придонную полость с каждым соплом, при этом трубки выполнены с наружным диаметром, меньшим диаметра критического сечения сопла, образуя кольцевое проходное сечение. Изобретение повысит эффективность удержания вкладного порохового заряда в камере сгорания. 3 ил.

Ракетный двигатель твердого топлива, содержащий камеру сгорания с вкладным пороховым зарядом и сопловым блоком, донную и сопловую диафрагмы и придонную полость с каналом для истечения газа из придонной полости, отличающийся тем, что канал для истечения газа из придонной полости выполнен в виде трубок, соединяющих придонную полость непосредственно с каждым вторым соплом при четном количестве сопел или с каждым соплом, но трубки при этом выполнены с наружным диаметром, меньшим диаметра критического сечения сопла, образуя кольцевое проходное сечение.