ЗАРЯД РАКЕТНОГО ТВЕРДОГО ТОПЛИВА Российский патент 2006 года по МПК F02K9/28 

Изобретение относится к области ракетной техники, в частности к вкладным зарядам ракетного твердого топлива стартовых двигателей снарядов контейнерного запуска со временем работы двигателя, превышающим время движения снаряда по направляющей, и может найти применение в стартовых двигателях неуправляемых снарядов и управляемых ракет.

Известен заряд ракетного твердого топлива, состоящий из нескольких цилиндрических канальных шашек, собранных в один пакет, который помещается в камеру ракетного двигателя [1], принятый авторами за прототип.

Вкладной многошашечный заряд, состоящий из нескольких цилиндрических канальных шашек, собранных в один пакет, позволяет увеличить кучность попадания неуправляемых снарядов в связи с увеличением скорости их схода с направляющих пусковой установки, так как при ограниченном времени работы обеспечивается большой секундный расход и тяга двигателя при заданном уровне предельного давления в камере сгорания. Кроме того, при использовании вкладного многошашечного заряда возможно реализовать величину коэффициента объемного заполнения камеры до 0,70 (заряд занимает до 70% свободного объема камеры сгорания двигателя) при относительно малом времени работы.

Однако в случае ограничения по уровню тяги при заданной скорости снаряда время горения заряда превышает время движения снаряда по направляющей, что приводит к увеличению бокового отклонения точки падения снаряда вследствие того, что боковой ветер, отклоняя хвостовое оперение по ветру, поворачивает головную часть снаряда против ветра, в результате чего боковая составляющая реактивной силы, создаваемой двигателем, отклоняет вектор скорости снаряда против ветра. При этом, чем ниже скорость снаряда и выше тяга двигателя и скорость ветра, тем больше боковое отклонение.

В управляемых снарядах, разгон которых выполняется в два приема, сначала стартовым двигателем малой тяги с пороховым зарядом из малодымного топлива, а затем до расчетной конечной скорости включаемым на траектории с задержкой после отделения стартового двигателя малой тяги стартовым двигателем большой тяги с зарядом из дымного топлива, применение вкладного многошашечного заряда известной конструкции при наличии ограничения по уровню тяги может привести ввиду малой скорости схода с направляющей пусковой установки или из транспортно-пускового контейнера к выходу снаряда из поля зрения системы управления до момента достижения снарядом скорости, с которой начинает устойчиво функционировать система управления, либо к значительному отклонению линии визирования снаряда от линии визирования цели, что приведет к недопустимому увеличению полетного времени. Кроме того, вкладной многошашечный заряд всестороннего горения обеспечивает практически постоянный либо слабо дегрессивный характер изменения тяги (тяга максимальная в начале и незначительно снижается к концу работы). В результате при повышенных температурах диапазона эксплуатации после схода снаряда с направляющей или выхода из контейнера двигатель может воздействовать своей реактивной струей на боевую машину с нагрузками, недопустимыми для приборов системы управления, антенн, радиолокаторов и соседних транспортно пусковых контейнеров. Это может привести к нарушению функционирования системы управления и снижению точности стрельбы и невыполнению задачи или повреждению соседних контейнеров, что также недопустимо.

Задачей предлагаемого изобретения является снижение бокового отклонения снаряда, время работы стартового двигателя которого больше времени движения по направляющей или контейнеру, при наличии ветровой нагрузки, а также снижение при запуске снаряда уровня силового воздействия на пусковую установку в широком температурном диапазоне применения при допустимых разбросах выходных характеристик.

Поставленная задача достигается зарядом ракетного твердого топлива, состоящим из цилиндрических канальных шашек, в котором часть шашек выполнены с длиной, меньшей длины заряда, при этом на торцах шашек меньшей длины, обращенных в сторону продолжения длинных шашек, выполнены конические сужения. Количество шашек меньшей длины определяется из соотношения:

где n - количество шашек меньшей длины; N - общее количество шашек в заряде; s_l - начальная поверхность длинной шашки; S_l - начальная поверхность короткой шашки; k_Σ - заданная исходя из требования по уровню силового воздействия на пусковую установку степень дегрессивности заряда; - степень дегрессивности длинной шашки; степень дегрессивности короткой шашки; L, l - длина длинной и короткой шашки соответственно; - толщина свода заряда, определяемая как: где D, d - наружный диаметр шашки и канала соответственно. На обоих торцах длинных шашек могут быть выполнены конические сужения. Угол наклона образующей конического сужения длинных шашек к их продольной оси выполнен более или равным углу наклона образующей конического сужения коротких шашек, при этом длина сужений на шашках большей длины меньше, чем на коротких.

Совокупность конструктивных элементов, их взаимное расположение и наличие оптимальных соотношений их геометрических размеров позволяет обеспечить два режима изменения поверхности горения:

- с малой степенью дегрессивности - до момента выгорания торцевой поверхности коротких шашек с коническим сужением (во время движения по направляющей или контейнеру) и

- с большой степенью дегрессивности - после выгорания торцевой поверхности коротких шашек с коническим сужением (после схода с направляющей).

При этом реализуется два режима тяги, что позволяет:

- обеспечить скорость снаряда к моменту схода с направляющей или выхода из контейнера не менее 2/3 скорости к моменту окончания горения заряда за счет малой степени дегрессивности поверхности горения. При этом снижается боковое отклонения снаряда, время работы стартового двигателя которого больше времени движения по направляющей или контейнеру при наличии ветровой нагрузки за счет увеличения скорости схода снаряда по отношению к скорости бокового ветра (уменьшается угол разворота снаряда «на ветер»). Снижение уровня тяти после выхода снаряда из контейнера за счет большей степени дегрессивности поверхности заряда позволяет уменьшить боковую составляющую тяги, возникающей при развороте снаряда при наличии бокового ветра (боковая составляющая тяги прямо пропорциональна осевой составляющей и синусу угла разворота снаряда). По мере удаления снаряда от пусковой за счет увеличения скорости снаряда уменьшается угол разворота, а за счет снижения тяги снижается величина ее боковой составляющей, что уменьшает боковое отклонение снаряда. Наличие на торцах длинных шашек конических сужений позволяет дополнительно снизить уровень тяги двигателя с предлагаемым зарядом после схода с направляющей пусковой установки;

- снизить уровень силового воздействия на пусковую установку при запуске снаряда за счет выполнения части шашек с длиной, меньшей длины заряда. Это позволяет снизить уровень тяги при положительных температурах диапазона применения до допустимого уровня к моменту схода с направляющей пусковой установки. Снижение уровня тяги достигается за счет большей по сравнению с зарядом из шашек одинаковой длины степени дегрессивности поверхности горения предлагаемого заряда;

- обеспечить допустимые разбросы выходных характеристик в широком температурном диапазоне применения за счет незначительной степени дегрессивности поверхности горения (давления в камере сгорания двигателя и тяги) до момента выгорания торцевой поверхности коротких шашек с коническим сужением;

- обеспечить сокращение общей длины снаряда за счет возможности выполнения ступенчатой либо конической камеры сгорания стартового двигателя и размещения части отсеков снаряда над двигателем.

Сущность изобретения поясняется схемой заряда (фиг.1), зависимостью относительной поверхности горения от относительной толщины сгоревшего свода (фиг.2) и зависимостями уровня силового воздействия на пусковую установку и бокового отклонения снаряда от степени дегрессивности поверхности заряда (фиг.3).

Предлагаемый заряд ракетного твердого топлива общей длиной L состоит из длинных шашек 1, длина которых равна длине заряда, и шашек меньшей длины 2 с коническим сужением 3 на одном из торцев. На обеих торцах длинных шашек 1 могут быть выполнены конические сужения 4. На фиг.1 представлено возможное конструктивное исполнение заряда, состоящего из 19 шашек: 7 длинных и 12 коротких. Общее количество шашек, длина конических сужений и угол наклона их образующих определяются в каждом конкретном случае исходя из требований к снаряду расчетным путем и уточняются в процессе отработки.

Заряд может быть изготовлен из существующих твердых ракетных топлив с использованием типовых технологических процессов.

Функционирование предложенного заряда ракетного твердого топлива осуществляется следующим образом. После зажжения горение осуществляется по всей поверхности заряда, при этом за счет того, что часть шашек выполнена короче длины заряда и на одном из торцев коротких шашек выполнено коническое сужение, происходит уменьшение поверхности горения и, соответственно, давления в камере двигателя и тяги. Угол наклона образующей конического сужения и его длина подбираются так, чтобы к моменту схода снаряда с направляющей или выхода из контейнера торец короткой шашки со стороны сужения полностью выгорел. После этого длина образующих канала и наружной поверхности сокращаются с большей скоростью, что ведет к значительному уменьшению поверхности горения и, соответственно, давления в камере двигателя и тяги. Снижение тяги с момента выхода снаряда из контейнера до момента сгорания заряда позволяет уменьшить отклонение снаряда при наличии бокового ветра и сократить тем самым время на вывод управляемого снаряда на линию визирования цели и общее время на поражение цели.

Предложенное выполнение заряда позволяет снизить боковое отклонение снаряда, время работы стартового двигателя которого больше времени движения по направляющей или контейнеру, при наличии ветровой нагрузки, а также снизить при запуске снаряда уровень силового воздействия на пусковую установку в широком температурном диапазоне применения при допустимых разбросах выходных характеристик.

Источники информации

1. Виницкий А.М. Ракетные двигатели на твердом топливе. М.: Машиностроение, 1973 г, с.284, рис.10.10.

Заряд ракетного твердого топлива состоит из цилиндрических канальных шашек. Часть шашек выполнены с длиной, меньшей длины заряда. На торцах шашек меньшей длины, обращенных в сторону продолжения длинных шашек, выполнены конические сужения. Изобретение снизит силовое воздействия на пусковую установку, и при наличии ветровой нагрузки, боковое отклонение для снаряда, время работы стартового двигателя которого больше времени движения по направляющей или контейнеру. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Заряд ракетного твердого топлива, состоящий из цилиндрических канальных шашек, отличающийся тем, что часть шашек выполнена с длиной, меньшей длины заряда, при этом на торцах шашек меньшей длины, обращенных в сторону продолжения длинных шашек, выполнены конические сужения.2. Заряд ракетного твердого топлива по п.1, отличающийся тем, что количество шашек меньшей длины определяется из соотношения:

где n - количество шашек меньшей длины;

N - общее количество шашек в заряде;

S_L - начальная поверхность длинной шашки;

- начальная поверхность короткой шашки;

k_Σ - заданная степень дегрессивности заряда;

- степень дегрессивности длинной шашки;

- степень дегрессивности короткой шашки;

L, l - длина длинной и короткой шашки соответственно;

- толщина свода заряда.