ИМПУЛЬСНЫЙ РАКЕТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ НА ТВЕРДОМ ТОПЛИВЕ Российский патент 2006 года по МПК F02K9/28 

Изобретение относится к области импульсных ракетных двигателей на твердом топливе (ИРДТТ), в которых происходит преобразование химической энергии порохового заряда в тепловую энергию газов, а затем в кинетическую энергию истекающей газовой струи, в частности, к ИРДТТ, в которых время преобразования энергии определяется сотыми и тысячными долями секунды.

Недостатками существующих ИРДТТ являются значительный выброс несгоревших частиц пороха и низкая полнота сгорания заряда по причине разрушения пороховых элементов из-за перепада давления по его длине. Выброс пороха обусловливает соответствующую потерю полного теплосодержания и приводит к существенному снижению (более 20%) комплексной внутрибаллистической характеристики ИРДТТ- полного импульса силы тяги I_п, значительному разбросу времени работы τ_p (до 10%) и высоким значениям импульсного шума L_Δp при работе двигателя.

Известны ИРДТТ, включающие заряд, состоящий из пучка трубчатых пороховых элементов, уложенных вокруг центральной трубки, воспламенитель и обечайку (транспортно-пусковой контейнер), у которых камера сгорания образована внутренней поверхностью обечайки и наружными поверхностями элементов гранаты, получившие название "бескамерных ИРДТТ" [1].

Цель изобретения - повышение внутрибаллистических характеристик (I_п - полного импульса силы тяги), уменьшение величины разброса времени работы двигателя (τ_p) и снижение импульсного шума (L_Δp) при работе ИРДТТ за счет совершенствования внутрикамерного рабочего процесса, путем организации дожигания несгоревших пороховых частиц и уменьшения перепада давления пороховых газов по длине заряда.

Достижение цели осуществляется за счет изменения конструкции ИРДТТ, содержащей обечайку (1) (транспортно-пусковой контейнер) и газодинамический тракт, включающий заряд, состоящий из пучка трубчатых пороховых элементов (3), воспламенитель (5), центральную перфорированную трубку (4), вокруг которой уложены трубчатые пороховые элементы, профилированное сопло (8), демпфирующую линзу (2), размещенную у переднего дна двигателя и изготовленную из пористого материала, камеру дожигания вихревого типа (6), размещенную в предсопловом объеме и имеющую отношение суммы площадей входов во внешнюю и внутреннюю полости, отвечающее правилу "золотого сечения" и соответствующее числу 1,618, и форсирующее устройство (7), представляющее собой контейнер с шумопоглощающим веществом. Схема заявляемого ИРДТТ показана на фиг.1.

Предлагаемый бескамерный ИРДТТ функционирует следующим образом: при срабатывании воспламенителя (5) его пороховые газы, проходя через тангенциальные щели камеры дожигания (6) (фиг.2) и радиальные отверстия центральной перфорированной трубки (4), воспламеняют пучок порохового заряда (3).

Пороховые газы при достижении давления форсирования прорывают форсирующее устройство (7), выбрасывают шумопоглощающее вещество, например K₂SO₄, и через тангенциальные щели камеры дожигания, закручиваясь коаксиально в двух взаимопротивоположных направлениях, истекают через камеру дожигания и сопло (фиг.3). Часть пороховых газов истекает через перфорированные отверстия центральной трубки (4) и обеспечивает заполнение приосевого объема камеры дожигания, что повышает расходную характеристику сопла (ϕ₂). Демпфирующая линза (2) обеспечивает уменьшение ударного воздействия отраженной от переднего дна волны сжатия на пороховой заряд и снижает уровень разрушающих напряжений в пороховых элементах.

Разрушенные элементы порохового заряда, попадая в камеру дожигания вместе с пороховыми газами, посредством вихревого эффекта проходят стадию дожигания в ней, за счет чего обеспечивается повышение полноты сгорания порохового заряда, при этом увеличивается полный импульс силы тяги (I_п) снижается импульсный шум при работе ракетного двигателя и уменьшается величина разброса времени работы ИРДТТ.

Экспериментальные исследования заявляемого ИРДТТ, проведенные авторами, показали, что по сравнению с прототипом удельный импульс давления β увеличился на 18%, полный импульс силы тяги I_п - на 11%, а уровень импульсного шума L_Δp уменьшился на 15%. При этом разброс величины β, I_п и τ_p снизился более чем в 2 раза, что свидетельствует о достигнутой цели изобретения.

Источник информации

1. Есаян И.Г. и др. Основание устройства и проектирования противотанковых гранатометов и выстрелов. Пенза, ПВАИУ, 1966 г.

Импульсный ракетный двигатель на твердом топливе содержит обечайку (транспортно-пусковой контейнер), газодинамический тракт и воспламенитель. Газодинамический тракт двигателя включает заряд, состоящий из пучка трубчатых пороховых элементов, центральную перфорированную трубку, профилированное сопло, демпфирующую линзу, камеру дожигания вихревого типа и форсирующее устройство. Трубчатые пороховые элементы уложены вокруг перфорированной трубки. Демпфирующая линза размещена у переднего дна двигателя и изготовлена из пористого материала. Камера дожигания вихревого типа размещена в предсопловом объеме и имеет отношение суммы площадей входов во внешнюю и внутреннюю полости, отвечающее правилу "золотого сечения" и соответствующее числу 1,618. Форсирующее устройство представляет собой контейнер с шумопоглощающим веществом. Изобретение позволит организовать дожигание несгоревших частиц твердого ракетного топлива и уменьшить перепад давления пороховых газов по длине заряда. 3 ил.

Импульсный ракетный двигатель на твердом топливе, содержащий обечайку (транспортно-пусковой контейнер) и газодинамический тракт, включающий заряд, состоящий из пучка трубчатых пороховых элементов, и воспламенитель, отличающийся тем, что газодинамический тракт двигателя также включает центральную перфорированную трубку, вокруг которой уложены трубчатые пороховые элементы, профилированное сопло, демпфирующую линзу, размещенную у переднего дна двигателя и изготовленную из пористого материала, камеру дожигания вихревого типа, размещенную в предсопловом объеме и имеющую отношение суммы площадей входов во внешнюю и внутреннюю полости, отвечающее правилу "золотого сечения" и соответствующее числу 1,618, и форсирующее устройство, представляющее собой контейнер с шумопоглощающим веществом.