ТВЕРДОТОПЛИВНЫЙ РАКЕТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2005 года по МПК F02K9/26 

Изобретение относится к ракетной технике и может использоваться в конструкциях двигателей на высокоэнергетическом топливе (такое топливо имеет больше скорость горения, но характеризуется акустической неустойчивостью).

Известны способы предотвращения акустической неустойчивости горения путем размещения в камере сгорания резонаторов, экранов, диафрагм и добавок металла в топливо [1].

Надежность этих механических способов недостаточна, так как они действуют только в узком диапазоне частот колебаний. Кроме того, известные способы увеличивают пассивную массу и габариты ракетного двигателя.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является ракетный двигатель твердого топлива [2], который содержит камеру сгорания с расположенным в ней зарядом твердого топлива, сопло и установленный на переднем днище камеры сгорания акустический демпфер, выполненный в виде цилиндрической двухступенчатой камеры, причем ступень камеры меньшего диаметра сориентирована в сторону сопла и размещена в канале заряда, акустический демпфер оснащен подпружиненным поршнем, размещенным в ступени камеры большего диаметра, а на боковой стенке камеры меньшего диаметра со стороны переднего днища камеры сгорания выполнено радиальное отверстие.

Такой двигатель имеет неудовлетворительные массо-габаритные показатели в связи с наличием деталей акустического демпфера в камере сгорания. Надежность двигателя недостаточна из-за ограниченного рабочего диапазона частот акустического демпфера, так как он представляет собой механическое устройство.

В основу изобретения поставлена задача создать ракетный двигатель с акустическим демпфером, в котором благодаря диссипации излишка акустической энергии преобразованием пьезоэлектрической частью корпуса камеры сгорания в электрическую энергию и потом в искровом разряднике в тепло повышена надежность и улучшены габаритно-массовые показатели.

Технический результат, который может быть достигнут при использовании изобретения, состоит в уменьшении пассивной массы и габаритов двигателя за счет удаления из камеры сгорания механических элементов демпфера, а также в повышении надежности двигателя путем расширения рабочего диапазона частот акустического демпфера переходом от механического устройства к электрическому.

Поставленная задача решается благодаря тому, что в ракетном двигателе твердого топлива, содержащем камеру сгорания с корпусом и акустический демпфер, акустический демпфер выполнен в виде искрового разрядника, подключенного к двум электродам, жестко скрепленным с частью корпуса, которая изготовлена из пьезоэлектрического материала.

Введенные признаки позволяют уменьшить пассивную массу и габариты твердотопливного ракетного двигателя с акустическим демпфером путем удаления деталей демпфера из состава камеры сгорания. Функцию акустического демпфера в предлагаемом двигателе выполняет искровой разрядник, подключенный к пьезоэлектрическому преобразователю, который является частью корпуса камеры сгорания. При этом надежность двигателя повышается за счет предотвращения его разрушения гарантированным ограничением уровня акустической энергии в широком диапазоне частот.

На чертеже представлен общий вид предлагаемого ракетного двигателя.

Ракетный двигатель содержит камеру сгорания со стеклопластиковым корпусом 1, цилиндрическая часть 2 которого изготовлена из пьезоэлектрического материала, например поливинилиденфторида или его сополимеров. С частью 2 корпуса 1, изготовленной из пьезоэлектрического материала, жестко скреплены два коасиальных электрода 3 и 4. Изготовленная из пьезоэлектрического материала часть 2 корпуса 1 вместе с электродами 3 и 4 представляет собой широкополосный пьезоэлектрический преобразователь. В камере находится заряд твердого топлива 5 и электровоспламенитеяь 6. Двигатель оснащен акустическим демпфером, выполненным в виде искрового разрядника 7, подключенного между электродами 3 и 4. Искровой разрядник 7 имеет пробивное напряжение, которое рассчитано из условия ограничения разрушающих колебаний давления в камере сгорания, учетом коэффициента электромеханической связи изготовленной из пьезоэлектрического материала 2 корпуса 1.

Работа ракетного двигателя осуществляется следующим образов.

После подачи электрического тока на воспламенитель 6 начинается горение заряда 5. В камере сгорания возбуждаются колебания давления разных частот. Колебания газа передаются на изготовленную из пьезоэлектрического материала 2 корпуса 1 камеры сгорания. Вследствие прямого пьезоэффекта на электродах 3 и 4 возникают электрические заряды и соответственно электродвижущая сила, величина которой пропорциональна амплитуде колебаний. При превышении амплитудой колебаний расчетной величины срабатывает искровой разрядник 7, где электрическая энергия превращается в тепловую энергию (вследствие столкновений заряженных частиц, с молекулами газа, заполняющими разрядник). Колебания давления в камере сгорания затухают благодаря диссипации акустической энергии в искровом разряднике 7, и режим работы двигателя стабилизируется.

В предложенном двигателе акустическая энергия широкого спектра частот, которая превышает расчетную величину, преобразуется сначала пьезоэлектрической частью камеры сгорания в электрическую энергию, а потом в искровом разряднике - в тепло. Таким образом, обеспечивается надежное подавление акустической неустойчивости горения в ракетном двигателе твердого топлива.

Литература

1. Абугов Д.И., Бобдаев В.М. Теория и расчет ракетных двигателей твердого топлива. - М.: Машиностроение, 1987, с.150-152. Основные мероприятия по предотвращению акустической неустойчивости в РДТТ.

2. Патент Российской федерации № 2056519, кл. F 02 К 9/08, 1996 - прототип.

Твердотопливный ракетный двигатель содержит камеру сгорания с корпусом и акустический демпфер. Акустический демпфер выполнен в виде искрового разрядника, подключенного к двум электродам. Электроды жестко скреплены с частью корпуса, которая изготовлена из пьезоэлектрического материала. Изобретение позволяет уменьшить массу и габариты двигателя, а также повысить надежность двигателя путем расширения рабочего диапазона частот акустического демпфера. 1 ил.

Твердотопливный ракетный двигатель, содержащий камеру сгорания с корпусом и акустический демпфер, который отличается тем, что акустический демпфер выполнен в виде искрового разрядника, подключенного к двум электродам, жестко скрепленным с частью корпуса, которая изготовлена из пьезоэлектрического материала.