ТВЕРДОТОПЛИВНЫЙ ЗАРЯД, СКРЕПЛЕННЫЙ С КОРПУСОМ ИМПУЛЬСНОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2005 года по МПК F02K9/10 

Описание патента на изобретение RU2251627C1

Изобретение относится к конструкциям быстросгорающих зарядов импульсных твердотопливных двигателей, отличающихся особо малыми габаритами и массой топлива несколько десятков граммов.

Задача, для решения которой используется импульсный твердотопливный двигатель, заключается в том, чтобы в течение весьма непродолжительного промежутка времени реализовать относительно высокий энергетический потенциал.

Известны конструкции импульсных двигателей, где в качестве быстросгорающего заряда применяются вкладные конструкции различных форм и размеров (патенты США №3278356, кл. 156-294, №2763127, кл. 60-356, №2995091, кл. 102-100, патент ФРГ №977185, кл. 78 d 1/01, патент Франции №2106892, кл. F 42 В, №2165094, кл. F 42 В).

Однако независимо от формы и размеров быстросгорающих элементов общим недостатком таких конструкций является низкая энергетическая эффективность двигателя. Исключить выброс несгоревшего топлива при срабатывании двигателя в этих конструкциях не представляется возможным. Следует принять во внимание также жесткий тепловой режим работы таких двигателей.

Наиболее эффективной в энергетическом отношении и близкой по технической сути и достигаемому техническому результату, и принятая авторами за прототип является конструкция скрепленного с корпусом твердотопливного заряда, содержащая открытые передний и сопловой торцы, внутренний сквозной канал с прогрессивной цилиндрической поверхностью горения и компенсационной конической поверхностью горения. При этом компенсационная поверхность выполнена со стороны соплового торца (Б.В.Орлов, Г.Ю.Мазинг. Термодинамические и баллистические основы проектирования ракетных двигателей на твердом топливе, с.200, рис.5.10, Машиностроение, 1979).

Однако и данная конструкция заряда не обеспечивает максимально возможных энергетических характеристик двигателя, что связано с неоптимальностью отдельных конструктивных размеров.

Общими признаками с предлагаемой конструкцией заряда являются открытые передний и сопловой торцы, внутренний сквозной канал с прогрессивной цилиндрической и компенсационной конической поверхностями горения.

В отличие от прототипа в предлагаемой конструкции заряда компенсационная коническая поверхность горения выполнена с двух торцов заряда с минимально возможным углом к оси заряда, а теплозащитная втулка, установленная на сопловом торце заряда имеет утопленный участок, определенным образом размещенный между корпусом и поверхностью топлива.

Именно это позволяет сделать вывод о наличии принципиального отличия заявляемого технического решения и достигаемом техническом результате.

Техническая задача предлагаемого изобретения состоит в достижении максимально возможных энергетических характеристик импульсного двигателя за счет выбора оптимальных размеров заряда.

Для этого необходимо:

- добиться получения максимально наполненной диаграммы давления, т.е. текущее рабочее давление на максимальном режиме должно быть максимально приближено к уровню максимально допустимого давления в двигателе. Для этого отклонение максимальной поверхности горения от ее среднего уровня необходимо по возможности приблизить к единице. Единственным фактором, с помощью которого можно регулировать этот показатель в условиях данной конструкции, является угол наклона образующей конуса компенсационной поверхности горения к оси заряда. В качестве примера на фиг.1 показано, как меняется текущая поверхность горения S в зависимости от толщины выгоревшего свода е при переходе от одного угла наклона образующей конуса α к другому. На фиг.2 приведен график изменения величины отклонения максимальной поверхности горения Smax от ее среднего уровня Scp в зависимости от угла наклона образующей конуса α, а на фиг.3 график изменения удельной тяги двигателя J и параметра М2 в зависимости от того же угла α. Как следует из полученных результатов, по мере увеличения угла наклона образующей конусов удельная тяга, которую возможно реализовать в двигателе, уменьшается.

Уменьшение массы топлива, которое происходит при уменьшении угла, приходится компенсировать увеличением толщины свода топлива. Параметр М2, представляющий собой квадрат отношения внутреннего радиуса корпуса к радиусу канала, возрастает. Данную характеристику следует рассматривать как негативный противоборствующий фактор, под влиянием которого усиливается напряженно-деформированное состояние заряда. Согласно графику на фиг.3 минимальное значение угла, при котором удельную тягу двигателя можно сохранить на относительно высоком уровне и одновременно реализовать оптимальное значение М2, составляет около 9° (установлено методом касательных). По графику на фиг.2 углу 9° соответствует отклонение максимальной поверхности горения от среднего значения не более 12%.

Необходимо оптимально подобрать относительные размеры утопленного участка теплозащитной втулки с целью уменьшения отношения максимальной поверхности горения к ее среднему значению, поскольку его расположение оказывает влияние на величину конечной (т.е. максимальной) поверхности горения. Это положение подтверждается расчетными данными, приведенными на фиг.4 и 5, на которых показано влияние относительной длины утопленного участка втулки Lотн (фиг.4) и его относительной толщины Нотн (фиг.5) на величину отклонения максимальной поверхности горения Sмакс от своего среднего значения Scp. Здесь в качестве независимых переменных выбраны относительные размеры втулки:

относительная длина утопленного участка Lотн=Lвт.ут/Lз;

относительная толщина втулки Нотн = Нвт/е,

где Lз, е, Нвт - соответственно длина заряда по топливу, толщина свода топлива, толщина стенки втулки, приведенные на эскизе заряда фиг.6.

При этом на фиг.6 введены следующие обозначения: 1 - топливо, 2 - корпус, 3 - теплозащитная втулка, Б - цилиндрическая, прогрессивная поверхность горения, В - компенсационная коническая поверхность горения с углом наклона образующей конуса α, 4 - передний торец, 5 - сопловой торец.

Если в качестве критерия принять отклонение максимальной поверхности горения от средней величины на уровне 12% как предельно допустимое, то наиболее благоприятное значение относительных размеров втулки будет находиться в пределах:

Lотн=0,08-0,17;

Нотн=0,06-0,25.

Сущность изобретения заключается в том, что для достижения максимально возможных энергетических характеристик двигателя, твердотопливный заряд, прочноскрепленный с корпусом, содержащий внутренний сквозной канал с прогрессивной цилиндрической поверхностью горения, компенсационной конической поверхностью горения, теплозащитную втулку на сопловом торце, имеющую утопленный участок, между корпусом и поверхностью топлива, в нем угол наклона компенсационной конической поверхности к оси заряда должен быть минимально возможным, но не менее 9°, а утопленный участок втулки между корпусом и поверхностью топлива должен иметь длину 0,08-0,17 длины корпуса в месте расположения топлива и толщину стенки 0,06-0,25 толщины свода заряда.

Новая совокупность геометрии топлива и относительных размеров утопленной части теплозащитной втулки позволяют за счет выполнения:

- компенсационной конической поверхности горения с обоих торцов заряда с минимально возможным углом наклона к его оси, но не менее 9° уменьшить конечную максимальную поверхность горения, уменьшить отношение максимальной поверхности горения к ее средней величине и, следовательно, увеличить удельную тягу двигателя;

- утопленного участка теплозащитной втулки длиной, равной 0,08-0,17 длины корпуса, в месте расположения топлива и толщины ее стенок, равной 0,06-0,25 толщины свода заряда, минимизировать отношение Smax /Scp и, следовательно, увеличить удельную тягу двигателя.

Изобретение использовано при проектировании и отработке твердотопливного заряда импульсного двигателя, предназначенного для двигательной установки поперечного управления. Заряд имел следующие параметры, касающиеся заявляемого технического решения:

- компенсационная коническая поверхность по обоим торцам выполнена под углом 11°;

- длина утопленного участка теплозащитной втулки составила 0,08 длины заряда по топливу, толщина ее стенки равна 0,2 толщины свода топлива.

Похожие патенты RU2251627C1

название год авторы номер документа
ЗАРЯД ТВЕРДОГО ТОПЛИВА ДЛЯ РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ 2005
  • Молчанов Владимир Федорович
  • Никитин Василий Тихонович
  • Козьяков Алексей Васильевич
  • Прибыльский Ростислав Евгеньевич
  • Колесников Виталий Иванович
  • Вронский Николай Михайлович
  • Кислицын Алексей Анатольевич
  • Богданов Сергей Юрьевич
RU2303153C2
РАКЕТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА 1999
  • Денежкин Г.А.
  • Каретников Г.В.
  • Каширкин А.А.
  • Куксенко А.Ф.
  • Макаровец Н.А.
  • Манеров Н.И.
  • Носов Л.С.
  • Подчуфаров В.И.
  • Семилет В.В.
  • Сопиков Д.В.
  • Амарантов Г.Н.
  • Колач П.К.
  • Некрасов В.И.
  • Колесников В.И.
  • Талалаев А.П.
  • Вронский Н.М.
  • Кузьмицкий Г.Э.
  • Федченко Н.Н.
RU2152529C1
ТВЁРДОТОПЛИВНЫЙ РАКЕТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ (ВАРИАНТЫ) 2016
  • Глебов Геннадий Александрович
  • Абдрахманов Фарид Хабибуллович
  • Ершов Анатолий Михайлович
  • Койтов Станислав Анатольевич
RU2642764C2
РАКЕТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ПОДАЧИ ЗАРЯДА РАЗМИНИРОВАНИЯ 2018
  • Байков Виктор Викторович
  • Гусев Сергей Алексеевич
  • Дамаскин Виктор Николаевич
  • Землевский Александр Владимирович
  • Желтов Дмитрий Валерианович
  • Кириллов Антон Викторович
  • Ковалев Виктор Николаевич
  • Коренко Вячеслав Олегович
  • Купцов Владимир Владимирович
  • Логвин Олег Игоревич
  • Милёхин Юрий Михайлович
  • Ноговицын Александр Анатольевич
  • Положай Юрий Владимирович
  • Сёмин Александр Сергеевич
  • Соломатин Пётр Кириллович
  • Эйхенвальд Валерий Наумович
RU2711328C1
РАКЕТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА 2002
  • Шипунов А.Г.
  • Филимонов Г.Д.
  • Коликов В.А.
  • Коренной А.В.
  • Сурначев А.Ф.
  • Шатрова Э.А.
  • Амарантов Г.Н.
  • Колач П.К.
  • Колесников В.И.
  • Талалаев А.П.
RU2239081C2
Ракетный двигатель твердого топлива 2021
  • Алферов Александр Александрович
  • Борисов Виктор Николаевич
  • Голубев Михаил Юрьевич
  • Зажорин Виктор Андреевич
  • Измайлова Екатерина Юрьевна
  • Лемешенков Павел Семенович
  • Мухамедов Виктор Сатарович
  • Петрусев Виктор Иванович
  • Шавырин Алик Иванович
  • Шанаев Владимир Афанасьевич
RU2771220C1
ЗАРЯД, СКРЕПЛЕННЫЙ С КОРПУСОМ РДТТ 2006
  • Грибань Михаил Григорьевич
  • Гусев Сергей Алексеевич
  • Калашников Владимир Иванович
  • Ключников Александр Николаевич
  • Меркулов Владислав Михайлович
  • Милёхин Юрий Михайлович
  • Банзула Юрий Борисович
RU2326260C2
Реактивное метательное устройство 2018
  • Прудников Александр Григорьевич
  • Ланшин Александр Игоревич
  • Северинова Виктория Викторовна
  • Подвальный Артем Михайлович
  • Рощин Александр Викторович
  • Блошенко Александр Витальевич
RU2680568C1
РАКЕТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА 2010
  • Кислицын Алексей Анатольевич
  • Никитин Василий Тихонович
  • Молчанов Владимир Фёдорович
  • Козьяков Алексей Васильевич
  • Амарантов Георгий Николаевич
  • Нешев Сергей Сергеевич
RU2461728C2
ЗАРЯД СМЕСЕВОГО ТВЕРДОГО РАКЕТНОГО ТОПЛИВА 2012
  • Балабанов Геннадий Константинович
  • Амарантов Георгий Николаевич
  • Пашин Владимир Иванович
  • Ведерникова Екатерина Гавриловна
  • Пашин Сергей Владимирович
  • Державинский Николай Васильевич
RU2493400C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 251 627 C1

Реферат патента 2005 года ТВЕРДОТОПЛИВНЫЙ ЗАРЯД, СКРЕПЛЕННЫЙ С КОРПУСОМ ИМПУЛЬСНОГО ДВИГАТЕЛЯ

Твердотопливный заряд ракетного двигателя скреплён с корпусом импульсного двигателя, содержит открытые передний и сопловой торцы и сквозной внутренний канал с прогрессивной цилиндрической и компенсационной поверхностями горения. На сопловом торце заряда размещена теплозащитная втулка с утопленным участком между корпусом и поверхностью топлива. Компенсационная коническая поверхность горения выполнена на переднем и сопловом торцах под минимально возможным углом к оси заряда, но не менее 9°. Утопленный участок теплозащитной втулки имеет длину 0,08-0,17 от длины корпуса по месту расположения топлива. Толщина стенки теплозащитной втулки составляет 0,06-0,25 от толщины свода заряда. Изобретение обеспечит максимально возможные характеристики импульсного двигателя. 6 ил.

Формула изобретения RU 2 251 627 C1

Твердотопливный заряд, скрепленный с корпусом импульсного двигателя, содержащий открытые передний и сопловой торцы, внутренний сквозной канал с прогрессивной цилиндрической и компенсационной поверхностями горения, теплозащитную втулку на сопловом торце с утопленным участком между корпусом и поверхностью топлива, отличающийся тем, что в нем компенсационная коническая поверхность горения выполнена на переднем и сопловом торцах под минимально возможным углом к оси заряда, но не менее 9°, а утопленный участок теплозащитной втулки имеет длину 0,08-0,17 длины корпуса по месту расположения топлива, а толщина ее стенки составляет 0,06-0,25 толщины свода заряда.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2005 года RU2251627C1

ОРЛОВ Б.В
и др., Термодинамические и баллистические основы проектирования ракетных двигателей на твёрдом топливе, Москва, Машиностроение, стр
Мяльно-трепальный станок для обработки тресты лубовых растений 1922
  • Клубов В.С.
SU200A1
Кипятильник для воды 1921
  • Богач Б.И.
SU5A1
ЗАРЯД РАКЕТНОГО ТВЕРДОГО ТОПЛИВА 1999
  • Семилет В.В.
  • Обозов Л.И.
  • Петуркин Д.М.
  • Филатов В.Г.
  • Каширкин А.А.
  • Аляжединов В.Р.
  • Макаровец Н.А.
  • Кузьмицкий Г.Э.
  • Федченко Н.Н.
  • Винокуров Ю.А.
  • Гринберг С.И.
  • Талалаев А.П.
  • Колесников В.И.
  • Амарантов Г.Н.
  • Колач П.К.
  • Денежкин Г.А.
  • Некрасов В.И.
RU2145673C1
ЗАРЯД РАКЕТНОГО ТВЕРДОГО ТОПЛИВА 1999
  • Макаровец Н.А.
  • Денежкин Г.А.
  • Семилет В.В.
  • Подчуфаров В.И.
  • Обозов Л.И.
  • Каширкин А.А.
  • Петуркин Д.М.
  • Филатов В.Г.
  • Куксенко А.Ф.
  • Кузьмицкий Г.Э.
  • Федченко Н.Н.
  • Вронский Н.М.
  • Макаров Л.Б.
  • Гринберг С.И.
  • Талалаев А.П.
  • Колесников В.И.
  • Амарантов Г.Н.
  • Колач П.К.
  • Некрасов В.И.
RU2150599C1
ЗАРЯД СКРЕПЛЕННЫЙ 2000
  • Зыков Г.А.
  • Иоффе Е.И.
  • Лянгузов С.В.
  • Шляпин Я.К.
  • Амарантов Г.Н.
  • Баранов Г.Н.
  • Шамраев В.Я.
RU2190113C2
РАКЕТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ НА ТВЕРДОМ ТОПЛИВЕ 2001
  • Голованов В.П.
  • Гринберг С.И.
  • Кузьмицкий Г.Э.
  • Кусакин Ю.Н.
  • Талалаев А.П.
  • Энкин Э.А.
RU2196915C1
US 3278356 A, 11.10.1966
Устройство для передачи информации 1975
  • Клопкова Лариса Федоровна
  • Куст Сергей Андреевич
  • Лисичкин Дмитрий Алексеевич
  • Пуцыкович Дмитрий Вячеславович
  • Тонаканов Бутон Акопович
SU559436A1

RU 2 251 627 C1

Авторы

Талалаев А.П.

Колесников В.И.

Энкин Э.А.

Зорин В.А.

Егорычев С.М.

Зайцева Г.И.

Батанцев А.В.

Даты

2005-05-10Публикация

2003-10-08Подача