СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАДИАЛЬНОГО ПЕРЕПАДА ДАВЛЕНИЯ В КАНАЛЬНОМ ЗАРЯДЕ РДТТ Российский патент 2007 года по МПК F02K9/96 

Изобретение относится к области ракетной техники и может быть использовано при испытаниях и стендовой отработке ракетных двигателей твердого топлива (РДТТ) для определения действующих на заряд радиальных перепадов давления газового потока.

Для качественной отработки РДТТ весьма существенна объективная оценка механического воздействия газодинамических нагрузок на горящий канальный заряд, например, в виде радиального перепада давления (радиальный перепад давления - разница статистических давлений газового потока в сечении заряда между каналом и наружной поверхностью). Для оценки этого воздействия необходимо знать величины статических давлений в потоке газов как у поверхности канала, так и на наружной поверхности заряда, в зазоре между корпусом двигателя и зарядом. Замер статических давлений со стороны наружной поверхности заряда, как правило, не вызывает трудностей и производится известным способом - через установленный в камеру сгорания РДТТ переходник, оснащенный датчиками давления. Замер статических давлений у поверхности канала заряда затруднен обусловленными высокими скоростями газового потока, ограниченными размерами канала заряда и изменением профиля канала заряда при горении топлива.

Известна конструкция устройства для замера статического давления в канале заряда: сборник "Ракетно-космическая техника", серия IV, 4 (83), 1984, стр.70-74. В указанной конструкции, выбранной авторами за прототип, забор статического давления на датчик производится через боковое отверстие введенной в канал капиллярной трубки с запаянным корпусом. Однако прототип имеет ряд недостатков. При установке в канал заряда трубки изменяется площадь проходного сечения. Это вносит существенное искажение в характер течения газового потока, особенно для каналов малого диаметра, и, следовательно, в величину измеряемого статического давления. При этом замер статического давления осуществляется в полости канала при наличии неравномерности статических давлений в мерном сечении канала, что не обеспечивает определение фактического статического давления вблизи поверхности канала.

Технической задачей изобретения является разработка способа замера статического давления вблизи поверхности канала заряда РДТТ с целью оценки радиального перепада давления в процессе всего времени горения заряда, исключающего искажения параметров газового потока в процессе отбора статического давления в мерном сечении и обеспечивающего повышение точности замера последнего для объективной оценки прочности заряда РДТТ под действием газодинамических нагрузок.

Способ определения радиального перепада давления в канальном заряде РДТТ путем замера статических давлений у поверхности канала заряда и в зазоре между зарядом и камерой сгорания ракетного двигателя осуществляют следующим образом. Устанавливают датчики давления в переходниках, размещенных в мерных сечениях камеры сгорания, и осуществляют огневое стендовое испытание ракетного двигателя. Оценку радиального перепада давления производят по разнице давлений, замеренных в зазоре и канале.

Технический результат изобретения достигается за счет того, что в мерное сечение канального заряда вклеивают в радиальном направлении стальную заборную трубку, имеющую насадку из полимерного материала, например из ацетилцеллюлозы в виде усеченного конуса высотой, равной толщине свода заряда в измеряемом сечении. При этом в насадку от 0,1 до половины ее длины одним концом устанавливают стальную заборную трубку, а другой конец трубки герметично соединяют с преобразователем (датчиком) давления через переходник, установленный в корпусе РДТТ.

Наличие насадки из полимерного материала с вмонтированной в нее стальной заборной трубкой позволяет вклеить ее заряд в любом сечении (подвести заборное отверстие трубки к любой точке поверхности канала) и исключить искажение течения газового потока вблизи отверстия для забора давления.

Насадку выполняют из полимерного материала типа ацетилцеллюлозы с температурой терморазложения 200...240°С, что обеспечивает ее активный унос при температурах горения твердого ракетного топлива. В этих условиях отбор статического давления в канале заряда обеспечивается практически без искажения газодинамических характеристик потока (т.к. в любой момент работы РДТТ насадка не выходит за пределы горящей поверхности канала).

Сочленение стальной трубки с переходником преобразователя давления осуществляется с возможностью возвратно-поступательного перемещения в нем, что обеспечивает естественное самоцентрирование заряда (для вкладного варианта) относительно камеры сгорания двигателя в процессе его работы. Это, в свою очередь, исключает искажение распределения потока газа в мерком сечении.

Отличительные признаки патентуемого способа:

- наличие на заборной трубке насадки из полимерного материала в виде усеченного конуса высотой равной толщине свода заряда и вклеенной в радиальном направлении в заряд;

- размещение заборной трубки одним концом в насадке от 0,1 до половины ее длины, а другим концом герметично связанным (с возможностью возвратно-поступательного перемещения) с переходником преобразователя (датчика) давления

позволяют получить информацию о величине статического давления у поверхности канала заряда в течение всего времени работы РДТТ, что не обеспечивается известными способами и устройствами.

При реализации патентуемого изобретения используемый для насадки полимерный материал типа ацетилцеллюлозы удовлетворительно защищает топливо от воздействия высокотемпературных газов со стороны внешней полости заборной трубки, легко уносится потоком газов, движущимся по каналу заряда, и не создает дополнительного гидравлического сопротивления. При этом в потоке газов, движущихся по каналу, в отличие от прототипа, не находятся детали измерительных устройств, которые могли бы исказить характер движения газов, их скорость и площадь проходного сечения канала заряда.

Выбранная форма насадки в виде усеченного конуса обеспечивает плотное прилегание и надежную приклейку ее в радиальном отверстии заряда и обеспечивает забор газов, в т.ч. из узких щелей или выступов топлива в канале заряда. Вмонтированная в насадку стальная заборная трубка обеспечивает надежный отвод газов к переходнику и в преобразователь (датчик). Глубина вклейки трубки в насадку на 0,1 и до половины длины насадки позволяет исключить ее влияние на искажение величины давления газов в мерном сечении канала в течение всего времени работы заряда. При этом вклейку трубки в насадку на ˜0,1 длины насадки осуществляют применительно к зарядам, бронированным по наружной поверхности. Для канальных зарядов всестороннего горения глубину вклейки заборной трубки в насадку осуществляют на половину ее длины.

Патентуемый способ иллюстрируется чертежом, где одна схема-вариант замера статического давления в камере заряда РДТТ где

1 - камера сгорания (корпус) РДТТ;

2 - заряд твердого ракетного топлива;

3 - преобразователь (датчик) давления;

4 - переходник;

5 - насадка;

6 - заборная трубка;

7 - газовый поток.

Патентуемый способ определения радиального перепада давления включает замер статического давления в канале заряда, а именно использование преобразователя (датчика) давления 3, установленного в переходнике 4, и насадки 5, в виде ацетилцеллюлозной конической втулки, вклеенной в заряд на глубину свода в радиальном направлении с вмонтированной в нее стальной заборной трубкой 6, герметично соединенной с переходником 4 и имеющей возможность возвратно-поступательного перемещения в нем, установленных в камере сгорания (корпусе) ракетного двигателя твердого топлива 1 с зарядом 2. Оценку радиального перепада давления осуществляют по разнице статических давлений, замеренных в мерном сечении в зазоре между корпусом РДТТ (известным способом) и в канале заряда по патентуемому способу. При этом замер давлений в зазоре и канале в конкретном мерном сечении осуществляют через датчики, установленные в корпусе РДТТ диаметрально противоположно друг другу.

Положительный результат изобретения заключается в повышении точности замера статического давления у поверхности канала заряда, в осуществлении замера его в любой точке поверхности канала без искажения параметров потока газов, в том числе для зарядов с фигурным профилем канала и объективной оценке радиального перепада давления действующего на заряд твердого топлива.

Способ практически проверен при отработке канальных зарядов баллиститного твердого ракетного топлива всестороннего горения с размерами:

 Пример 1Пример 2наружный диаметр (мм)65,0130,0диаметр канала (мм)3-лучевая звезда
гидравлический диаметр - 3460,0длина (мм)7301200

Изобретение относится к области ракетной техники и позволяет осуществить объективный замер статических давлений газового потока в канале зарядов ракетного двигателя твердого топлива. Способ определения радиального перепада давления в канальном заряде ракетного двигателя твердого топлива путем замера статических давлений у поверхности канала заряда и в зазоре между зарядом и камерой сгорания ракетного двигателя осуществляют следующим образом. Производят установку датчиков давления в переходниках, размещенных в мерных сечениях камеры сгорания, и огневое стендовое испытание ракетного двигателя. Замер давления вблизи поверхности канала заряда осуществляют через стальную заборную трубку, имеющую насадку из полимерного материала. Насадку выполняют в форме усеченного конуса с температурой терморазложения 200...240°С и высотой, равной толщине свода заряда в мерном сечении. Вклеивают насадку в радиальном направлении в свод заряда. Монтируют в насадку один конец заборной трубки на глубину 0,1...0,5 высоты насадки. Противоположный конец заборной трубки сочленяют с переходником датчика давления с возможностью возвратно-поступательного движения в нем. Оценку радиального перепада давления осуществляют по разнице давлений замеренных в зазоре и канале. Изобретение позволяет повысить точность замера давления в мерном сечении и исключить искажение параметров газового потока при измерении. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ определения радиального перепада давления в канальном заряде РДТТ путем замера статических давлений у поверхности канала заряда и в зазоре между зарядом и камерой сгорания ракетного двигателя, включающий установку датчиков давления в переходниках, размещенных в мерных сечениях камеры сгорания, и огневое стендовое испытание ракетного двигателя, отличающийся тем, что замер давления вблизи поверхности канала заряда осуществляют через стальную заборную трубку, имеющую насадку из полимерного материала с температурой терморазложения 200...240°С, выполненную в форме усеченного конуса высотой, равной толщине свода заряда в мерном сечении, и вклеенную в радиальном направлении в свод заряда, при этом один конец заборной трубки вмонтирован в насадку на глубину 0,1...0,5 высоты насадки, а противоположный конец заборной трубки сочленен с переходником датчика давления с возможностью возвратно-поступательного движения в нем, при этом оценку радиального перепада давления производят по разнице давлений, замеренных в зазоре и канале.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что насадка выполняется из ацетилцеллюлозного материала.3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что датчики для замера давления в зазоре и канале в конкретном мерном сечении устанавливают в переходниках, расположенных на камере сгорания противоположно друг другу.