РАКЕТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА Российский патент 2007 года по МПК F02K9/95 

Изобретение относится к ракетной технике и может быть использовано при создании твердотопливных ракетных двигателей (РДТТ), в особенности, имеющих большой коэффициент объемного заполнения, в частности, с глухим каналом.

Известны конструкции РДТТ, содержащие заряд с глухим каналом или заряд с узким сквозным каналом и раскрепленными полностью или частично горящими торцами. Эти РДТТ характеризуются тем, что значительную часть первоначальной поверхности горения заряда (>50%) составляют торцы, которые в начальный момент работы двигателя поджаты к теплозащитному покрытию корпуса РДТТ или имеют с ним незначительный зазор. Из-за этого при использовании воспламенителей традиционной конструкции эти двигатели имеют очень затянутый и нестабильный по времени выход на режим (воспламенение заряда и набор рабочего давления в камере), что влечет за собой значительные потери энергетических характеристик (баллистической эффективности) двигателя и потребность в повышенных управляющих усилиях на начальном участке работы (который характеризуется максимальным уровнем возмущающих воздействий), что приводит к увеличению пассивной массы двигателя и, опять же, снижению баллистической эффективности.

Известен РДТТ, содержащий корпус с центральным утопленным соплом, заряд с центральным каналом, установленный на утопленной части сопла воспламенитель, состоящий из заполненного пиросоставом корпуса в виде трубчатого кольца с перфорацией в виде отверстий, расположенных по окружности, и направленных внутрь (вдоль стенки) канала заряда (В.В.Калинин и др. "Нестационарные процессы и методы проектирования узлов РДТТ", М., Машиностроение, 1986, стр.17, 18, рис.1.7). Если основная часть первоначальной поверхности горения заряда создается за счет горящих торцев (заряды с малым диаметром или малым удлинением канала), то двигателю будут присущи указанные выше недостатки: затянутый, нестабильный выход на режим с соответствующим снижением баллистической эффективности и увеличением пассивной массы.

Технической задачей настоящего изобретения является улучшение энергетических характеристик двигателя за счет обеспечения более быстрого и стабильного воспламенения заряда по всей поверхности горения.

Технический результат достигается тем, что в известном РДТТ, содержащем корпус с центральным утопленным соплом, заряд с центральным каналом, установленный на утопленной части сопла воспламенитель, состоящий из заполненного пиросоставом корпуса в виде трубчатого кольца с перфорацией в виде отверстий, расположенных по окружности и направленных внутрь (вдоль стенки) канала заряда, в воспламенителе дополнительно выполнена перфорация в виде отверстий, направленных в зону сопряжения горящего торца и канала заряда.

Кроме того, отверстия, образующие перфорацию, могут быть расположены по периметру воспламенителя группами, между которыми перфорация отсутствует, а корпус воспламенителя может быть выполнен в виде одной или нескольких частей трубчатого кольца, между концами которых по периметру имеются промежутки.

Фиг.1 показывает ракетный двигатель твердого топлива, выполненный в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.2 - местный вид I на фиг.1 (увеличено).

Фиг.3 - движение газовых потоков в зазоре вдоль торца заряда.

Фиг.4 - движение газовых потоков в зазоре при расположении отверстий на воспламенителе группами.

Фиг.5 - движение газовых потоков в зазоре при выполнении воспламенителя из нескольких частей.

На фиг.1 показан РДТТ, состоящий из корпуса 1, центрального сопла 2, заряда твердого топлива 3 с глухим каналом 4 и раскрепленным, частично бронированным горящим торцем 5. В районе зоны сопряжения 7 стенки канала и горящего торца заряда расположен воспламенитель 6.

Воспламенитель 6 состоит из корпуса 8 (фиг.2), представляющего из себя трубчатое кольцо (кольцевую трубу) и снаряженного пиросоставом 9. На корпусе воспламенителя выполнена перфорация в виде двух групп отверстий, расположенных по окружностям. Отверстия первой группы 10 направлены внутрь канала заряда вдоль его стенки, а отверстия другой группы 11 направлены в зону сопряжения 7 стенки канала и горящего торца 5 заряда твердого топлива.

При задействовании воспламенителя поток горячих газов из отверстий первой группы поджигает поверхность канала заряда. Поскольку на всех зарядах в зоне сопряжения стенки канала и торца заряда выполняется коническая фаска для захода газов в застойную область, то при истечении газов из отверстий второй группы в этой зоне создается область повышенного давления за счет торможения и разворота потока газов. Появляется так называемый "расклинивающий" эффект, вследствие чего образуется (увеличивается) зазор между торцем заряда и ТЗП 12 корпуса двигателя. Поток горячих газов из отверстий второй группы, вдуваемый в этот зазор, приводит к еще большему его увеличению и воспламеняет торец заряда ТТ. Создание давления в полости канала заряда при его воспламенении также способствует увеличению зазора между торцем заряда и ТЗП корпуса и улучшает условия воспламенения заряда по всей поверхности.

Таким образом, обеспечивается практически одновременное воспламенение заряда по всей горящей поверхности, что позволяет значительно сократить время выхода на режим и повысить энергетические характеристики двигателя.

Однако при увеличении радиальной длины (длины вдоль образующей) горящего торца заряда может оказаться, что предложенная конструкция будет недостаточно эффективной. Дело в том, что при вдуве газов в зазор вдоль торца заряда по всему периметру, вследствие торможения потока газов, в вершине этого зазора образуется застойная зона, в которую практически не поступает горячий газ из воспламенителя и в ней отсутствует приток тепла к поверхности заряда. Эта зона может перекрывать часть горящего торца заряда, что ухудшает условия воспламенения. Схематически движение газовых потоков 13 показано на фиг.3, где показана также граница застойной зоны 14 и законцовки бронирующей манжеты 15.

Чтобы преодолеть это, необходимо организовать так называемую "проточную" систему омывания торца заряда горячими газами из воспламенителя.

Достигается это двумя способами.

Первый способ - производить вдув горячего газа в зазор между торцем заряда и ТЗП корпуса на по всему периметру, а на отдельных участках, для чего отверстия перфорации корпуса воспламенителя, предназначенные для вдува газа в зазор, располагать не равномерно по периметру, а на отдельных участках, между которыми перфорацию не делать, как показано на фиг.4, где 16 - участки корпуса воспламенителя, свободные от перфорации.

Второй способ организации "проточного" смывания торца заряда - это разделение корпуса воспламенителя по периметру на несколько частей, между которыми будет иметься свободное пространство для прохода газа из зазора между торцем заряда и ТЗП, как показано на фиг.5, где 17 - части корпуса воспламенителя.

Корпус воспламенителя может быть выполнен также не из нескольких частей трубчатого кольца, а из одной его части - так называемого "разорванного кольца" - между концами которого будет иметься свободное пространство для прохода газов.

На фиг.4, 5 показана также картина омывания торца заряда газовыми потоками 13, откуда видно, что за счет вытеснения охлажденных застойных газов застойная зона в зазоре между торцем заряда и ТЗП практически отсутствует.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет обеспечить быстрый и стабильный выход на режим РДТТ, имеющего высокий коэффициент объемного заполнения, при его запуске, и тем самым улучшить его энергетические характеристики.

Изобретение относится к ракетной технике и может быть использовано при создании ракетных двигателей твердого топлива, в особенности, имеющих большой коэффициент объемного заполнения, в частности, с глухим каналом. Ракетный двигатель твердого топлива содержит скрепленный с корпусом заряд с центральным каналом и раскрепленным горящим торцем, сопловой блок и воспламенитель. Воспламенитель расположен в районе сопряжения горящего торца и канала заряда. Воспламенитель состоит из заполненного пиросоставом корпуса в виде трубчатого кольца с перфорацией. Перфорация выполнена в виде отверстий, расположенных на окружности, имеющей общую ось с осью двигателя, и направленных внутрь канала заряда, а также отверстий, направленных в зону сопряжения горящего торца и канала заряда. Изобретение позволяет улучшить энергетические характеристики и обеспечить быстрый и стабильный выход на режим ракетного двигателя, имеющего высокий коэффициент объемного заполнения, за счет одновременного воспламенения заряда по всей горящей поверхности. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Ракетный двигатель твердого топлива (РДТТ), содержащий скрепленный с корпусом заряд с центральным каналом и раскрепленным горящим торцем, сопловой блок, расположенный в районе сопряжения горящего торца и канала заряда, воспламенитель, состоящий из заполненного пиросоставом корпуса в виде трубчатого кольца с перфорацией из отверстий, расположенных на окружности, имеющей общую ось с осью двигателя, и направленных внутрь канала заряда, отличающийся тем, что в корпусе воспламенителя дополнительно выполнена перфорация в виде отверстий, направленных в зону сопряжения горящего торца и канала заряда.2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что отверстия, образующие перфорацию, расположены по периметру воспламенителя группами, между которыми перфорация отсутствует.3. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что корпус воспламенителя выполнен в виде одной или нескольких частей трубчатого кольца, между концами которых по периметру имеются промежутки.