ТВЕРДОТОПЛИВНЫЙ РАКЕТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2005 года по МПК F02K9/95 

Изобретение относится к области ракетной техники и может быть использовано при проектировании, отработке и изготовлении твердотопливных ракетных двигателей и воспламенительных устройств к ним.

В твердотопливных ракетных двигателях (ТТРД) широко применяются различные конструкции воспламенителей и воспламенительных устройств (пат. RU 2170842, RU 2053401, US 3564845 г.).

Одним из недостатков существующих конструкций ТТРД и устройств, обеспечивающих их запуск, является наличие начального воспламенительного пика давления в камере двигателя, что отрицательно влияет на габаритно-весовые характеристики двигателя и ракеты в целом. Особенно остро этот недостаток проявляется в ТТРД с малым начальным свободным объемом. В этом случае уменьшение навески воспламенителя, с целью снижения начального пика, приводит, как правило, к задержкам воспламенения.

Указанный недостаток в определенной степени устраняется в конструкции по пат. RU 2053401, принятому авторами за прототип. При этом пик давления в конструкции прототипа уменьшается за счет уменьшения пика максимального давления собственно воспламенителя (фиг.1).

Недостатками известных ТТРД и воспламенителей к ним, в т.ч. прототипа, являются сложность конструкции и существенная доля бесполезного, с точки зрения использования в ТТРД, рассеивания энергии воспламенительного устройства в начальный период.

Технической задачей патентуемого изобретения является создание простой и надежной конструкции ТТРД с уменьшенным начальным пиком давления, особенно ТТРД с малым начальным свободным объемом.

Указанная задача в заявляемой конструкции решается за счет последовательного подключения к процессу горения отдельных поверхностей самого заряда.

Сущность изобретения и его отличия от прототипа поясняются следующими графическими материалами.

Фиг.1. Эффективность снижения пика давления в конструкции прототипа.

1 - составляющая зависимости давление - время p(t), определяемая собственно поверхностью заряда;

2 - составляющая p(t), определяемая собственно воспламенителем обычной конструкции;

3 - составляющая p(t) собственно воспламенителя-прототипа;

4 - результирующая зависимость p(t) для воспламенителя обычной конструкции;

5 - результирующая зависимость p(t) для воспламенителя-прототипа;

6 - результирующая зависимость p(t) на установившемся режиме;

7 - уменьшение пика давления при применении воспламенителя-прототипа.

Фиг.2. Эффективность снижения пика давления в заявляемой конструкции.

1 - составляющая p(t), определяемая собственно поверхностью заряда при отсутствии мембраны;

2 - составляющая p(t), определяемая собственно поверхностью заряда при наличии мембраны;

3 - составляющая p(t), определяемая собственно поверхностью заряда при горении всей поверхности (наружной, канала,···);

4 - составляющая p(t) собственно воспламенителя;

5 - результирующая зависимость p(t) для заявляемой конструкции (с мембраной);

6 - результирующая зависимость p(t) без мембраны;

7 - результирующая зависимость p(t) на установившемся режиме;

8 - уменьшение пика давления для заявляемой конструкции воспламенителя.

Фиг.3. Общий вид заявляемой конструкции.

1 - корпус двигателя; 2 - заряд твердого ракетного топлива (ТРТ);

3 - таблетки ТРТ;

4 - навеска воспламенительного состава в оболочке;

5 - мембрана;

Фиг.4. Характер распространения продуктов сгорания в заявляемой конструкции.

1 - корпус;

2 - заряд;

3 - мембрана.

Фиг.5. Характер распространения продуктов сгорания в ТТРД - прототипе.

Фиг.6. Мембрана.

Д_М - наружной диаметр мембраны;

Д_ДВ - внутренний диаметр камеры сгорания двигателя.

Сущность изобретения заключается в перекрытии, в момент запуска двигателя, канала заряда (со стороны воспламенителя) мембраной, что позволяет направить основную массу воспламеняющих газов вдоль наружной поверхности заряда. Воспламенение канала при этом обеспечивается со стороны соплового торца с запаздыванием по времени по отношению к наружной поверхности. Это позволяет:

- во-первых, уменьшить начальный пик давления, так как максимальное давление, развиваемое собственно воспламенителем, реализуется при существенно меньшей горящей поверхности заряда (фиг.1), чем в случае одновременного воспламенения по каналу и наружной поверхности;

- во вторых, повысить эффективность и надежность воспламенения в двигателях с малым начальным свободным объемом, за счет интенсификации теплоподвода (путем вынужденной конвекции) к локальной, в данном случае только к наружной поверхности заряда. При этом вся масса продуктов сгорания целенаправленно пропускается над наружной поверхностью заряда (фиг.4), а не рассеивается, как в конструкциях аналогов и прототипа, по всему объему камеры сгорания (фиг.5);

- с учетом последнего, представляется возможным уменьшить общую массу воспламенителя в целом.

Для уменьшения влияния мембраны на стационарный режим работы двигателя она может быть выполнена из сгораемого материала, например полиэтилена.

Конструкция патентуемого ТТРД приведена на фиг.3. Конструкция включает в себя навеску воспламенительного состава в пленочной оболочке (4) и таблетки твердого топлива, размещенные в передней крышке двигателя перед торцом заряда и отделенные от него мембраной (5).

Воспламенительное устройство разработано применительно к ТТРД с зарядом, имеющим сквозной канал и горящим по каналу и наружной поверхности. При этом заряд фиксируется в камере двигателя по опорным поверхностям, а проход газов от воспламенительного устройства на наружную поверхность заряда обеспечивается за счет кольцевого зазора между торцом заряда и корпусом двигателя, а также за счет выполнения по периферии мембраны дополнительных вырезов (фиг.6). Это позволяет регулировать начальное давление в локальном объеме между крышкой и торцом заряда и тем самым обеспечить необходимый уровень давления для эффективного зажжения самого воспламенителя.

Отличительными признаками патентуемого изобретения (от прототипа) являются:

- наличие мембраны, перекрывающей (запирающей) канал заряда в момент воспламенения;

- выполнение мембраны из сгораемого материала, например полиэтилена;

- выполнение мембраны в виде кругового диска с вырезами по периферии и диаметром, соответствующим внутреннему диаметру двигателя по месту установки мембраны.

Патентуемая конструкция отработана применительно к разгонному двигателю ПТУРС.

Пример практической реализации конструкции:

- воспламенительное устройство: навеска пороха ДРП-2 по 1 г в 2 пленочных пакетах;

- полиэтиленовая мембрана;

- заряд из баллиститного ТРТ с размерами: длина 100 мм, наружный диаметр 116 мм, диаметр канала 50 мм;

- масса заряда 1,3 кг.

Положительный эффект изобретения - уменьшение начального пика давления в камере сгорания ТТРД, особенно с малым начальным свободным объемом; уменьшение весогабаритных характеристик ТТРД.

Твердотопливный ракетный двигатель содержит корпус с размещенным в нем вкладным канальным зарядом и воспламенителем. Воспламенитель расположен в объеме, ограниченном передним днищем двигателя и торцом заряда. Между воспламенителем и торцом заряда установлена мембрана. Мембрана выполнена из сгораемого материала в виде диска с местными вырезами по периферии. Изобретение позволит уменьшить начальный пик давления в твердотопливном ракетном двигателе. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Твердотопливный ракетный двигатель, содержащий корпус с размещенным в нем вкладным канальным зарядом и воспламенителем, расположенным в объеме, ограниченном передним днищем двигателя и торцом заряда, при этом двигатель снабжен мембраной, установленной между воспламенителем и торцом заряда, отличающийся тем, что мембрана выполнена из сгораемого материала в виде диска с местными вырезами по периферии.2. Твердотопливный ракетный двигатель по п.1, отличающийся тем, что мембрана выполнена из полиэтилена.