СПОСОБ УТИЛИЗАЦИИ РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА Российский патент 2009 года по МПК F23G5/34 F23G7/00 F42D5/04 

Изобретение относится к области ракетной техники и может быть использовано при утилизации ракетных двигателей твердого топлива (РДТТ) предпочтительно малого и среднего калибров.

Известен способ утилизации РДТТ с зарядом смесевого твердого ракетного топлива (ТРТ) по патенту RU 2064659, заключающийся в том, что осуществляют механическое размельчение заряда с последующим растворением перхлората аммония (ПХА) - основного компонента ТРТ с помощью гидроксида натрия. Указанный способ характеризуется высокой трудоемкостью и длительностью.

Известен также способ утилизации РДТТ путем выжигания скрепленного с корпусом заряда ТРТ по патенту RU 2021560, по которому канал заряда заполняют хладагентом, устанавливают утилизируемый РДТТ соплом вверх и в условиях стенда (полигона) осуществляют запуск РДТТ и выжигают СТРТ из корпуса. Способ по патенту RU 2021560, МПК F23G 7/00, заявлен 15.04.93, опубликован 15.10.94 принят авторами за прототип.

Недостатками способа-прототипа являются высокие финансово-экономические издержки при его реализации, связанные с подготовкой к транспортированию, порой весьма протяженному и длительному к местам утилизации (полигонам, стендам). Сам процесс доставки к оборудованным местам утилизации не всегда безопасен, особенно в случае транспортирования РДТТ, с истекшими (продленными) сроками эксплуатации.

Технической задачей патентуемого изобретения является разработка простого, с повышенными надежностью и безопасностью способа утилизации РДТТ (путем выжигания ТРТ из корпуса) малого и среднего калибров (диаметр до 0,5 м, масса до 500 кг) в полевых условиях (как правило, вблизи технических позиций эксплуатируемых ракетных систем либо арсеналов), обеспечивающего уменьшение отрицательного воздействия на экологию окружающей среды при сокращенных финансовых затратах.

Технический результат изобретения заключается в разработке способа утилизации РДТТ путем выжигания заряда твердого ракетного топлива из корпуса РДТТ в полевых условиях, при этом в переднем днище РДТТ до выжигания заряда выполняют кольцевое ослабление - проточку из условия вскрытия днища по кольцевому ослаблению при давлении в корпусе 5÷25 кгс/см², внешний диаметр которой (Д) соответствует соотношению

где F_кр - площадь критического сечения сопла РДТТ;

Р_рд - рабочее давление в корпусе РДТТ при F_кр;

Р_урд - давление в корпусе утилизируемого РДТТ при наличии F_кр и дополнительного отверстия F_до в переднем днище двигателя;

ν - показатель степени в степенном законе скорости горения твердого ракетного топлива при температуре окружающей среды при проведении утилизации РДТТ.

Размещают утилизируемый РДТТ в заглубленном в грунт пространстве - яме, глубина которой составляет не менее двух калибров утилизируемого РДТТ, оснащают утилизируемый РДТТ линией подачи импульса на пусковой пиропатрон и осуществляют дистанционный запуск РДТТ с безопасного расстояния.

Сущность изобретения заключается в обеспечении при выжигании ТРТ дополнительным отверстием переднюю крышку утилизируемого РДТТ, что позволяет, с одной стороны, обеспечить пониженный, безопасный (исключающий разрушение утилизируемого РДТТ) уровень давления в камере сгорания (КС), с другой стороны, за счет критического истечения продуктов сгорания (ПС) из КС, в основном, осуществить дожигание окисей азота, углерода и других компонентов ПС ТРТ в КС, что способствует снижению отрицательного воздействия последних при проведении выжигания ТРТ (огневых испытаний) на экологию окружающей среды. При этом непосредственно функционирование утилизируемого РДТТ осуществляют при давлении в КС в 3...5 (и менее) раз меньше (фиг.1) предусмотренного для его эксплуатации. Обеспечение критических условий истечения ПС твердого ракетного топлива (ТРТ) заряда осуществляют за счет реализации в переднем днище РДТТ дополнительного отверстия площадью F_до, получаемого за счет кольцевой проточки (ослабления) с внешним диаметром Д. Соотношение для Д получено из следующих соображений.

Для квазистационарного режима работы РДТТ справедливо [Шапиро Я.М., Мазинт Г.Ю., Прудников Н.Е., Теория ракетного двигателя на твердом топливе, М., 1966, стр.69]:

где S - площадь горящей поверхности заряда;

u=u₁p^v - скорость горения ТРТ;

αA - коэффициент истечения;

F_кр - площадь критического сечения сопла РДТТ;

Р - давление в КС РДТТ;

γ - плотность ТРТ.

С учетом вышеизложенного, для РДТТ без дополнительного отверстия (F_до) имеем

Для РДТТ с дополнительным отверстием имеем

В соотношениях [2], [3]:

Р_рд - рабочее давление в РДТТ без дополнительного отверстия;

Р_урд - рабочее давление в утилизируемом РДТТ с дополнительным отверстием;

Из соотношений [2], [3], [4] следует

В случае выполнения кольцевой проточки (ослабления), учитывая что

имеем

где π=3, 14, Д - диаметр кольцевой проточки - ослабления по внешнему диаметру.

В соответствии с технической задачей в патентуемом техническом решении должна обеспечиваться надежность и безопасность при утилизации и минимально вредное воздействие на экологию окружающей среды.

Надежность и безопасность при утилизации РДТТ по предлагаемому способу достигается (фиг.2) за счет предельно возможного снижения рабочего давления в КС утилизируемого РДТТ (25 кгс/см² и менее) до уровня устойчивого нижнего предела по горению ТРТ с учетом обеспечения герметичности двигателя (за счет выполнения кольцевой проточки - ослабления (8) в переднем днище (7) без разгерметизации двигателя) до момента сжигания твердотопливного заряда (3), а также существенного снижения уровня давления в РДТТ, а вредное минимальное воздействие на экологию окружающей среды - за счет обеспечения эффективного дожигания ПС в КС утилизируемого РДТТ при критическом истечении ПС.

Обеспечение в процессе утилизации (выжигания ТРТ) в переднем днище РДТТ отверстия площадью F_до позволяет также полностью или в значительной степени "обнулить" тягу по оси утилизируемого РДТТ и тем самым исключить либо существенно уменьшить как вероятность срыва (фиг.3) утилизируемого РДТТ (11) с места крепления ложементов (12), хомутов (13), так и разрушение РДТТ при проведении огневого испытания при утилизации. Заглубление утилизируемого РДТТ в грунт на глубину не менее 2 калибров практически исключает вылет РДТТ из заглубления при срыве последнего с крепления. Обеспечение дистанционной подачи (14) импульса на пиропатрон способствует безопасности проведения утилизации.

Сущность изобретения поясняется на чертежах.

Фиг.1 Диаграмма «давление-время»

Р - давление;

τ - время;

1 - для «боевого» РДТТ;

2 - для утилизируемого РДТТ.

Фиг.2 Конструкция утилизируемого РДТТ, подготовленного к выжиганию топлива

3 - твердотопливный заряд;

4 - корпус РДТТ;

5 - заднее днище;

6 - сопло;

7 - переднее днище;

8 - кольцевая проточка;

9 - узел воспламенения;

10 - пиропатрон.

Фиг.3 Схема установки утилизируемого РДТТ для проведения выжигания ТРТ (огневого сжигания)

11 - РДТТ;

12 - ложемент;

13 - хомут;

14 - линия подачи электроимпульса на пиропатрон.

Пример реализации способа.

Утилизации подвергался стартовый РДТТ ракеты с прочноскрепленным зарядом ТРТ. Масса заряда 480 кг, калибр РДТТ 0,5 м, ν=0,35, F_кр=266 см², Р_рд=75 кгс/см². В передней крышке РДТТ выполняли кольцевую проточку - ослабление, обеспечивающую при вскрытии крышки по проточке дополнительное отверстие F_до, рассчитанное по соотношению [5]:

РДТТ размещали (фиг.3) в заглубленном в фунт объеме-яме, обеспечивая глубину заглубления относительно оси РДТТ не менее двух калибров РДТТ, с обеспечением от переднего и заднего днищ РДТТ (11) расстояний до стенок заглубления не менее 7 калибров РДТТ. Подачу импульса (14) на пусковой пиропатрон РДТТ осуществляли дистанционно из заглубленного укрытия. Выжигание заряда прошло удовлетворительно (полностью, до стенок КС) без разрушения РДТТ.

Изобретение касается переработки отработавшего ракетного топлива. Способ утилизации ракетного двигателя твердого топлива (РДТТ) в полевых условиях включает выжигание топлива из корпуса двигателя. В переднем днище утилизируемого двигателя выполняют кольцевую проточку - ослабление из условия вскрытия днища по кольцевому ослаблению при давлении в корпусе 5...25 кгс/см². При этом внешний диаметр кольцевой проточки (Д) обеспечивают с учетом условия:

где F_кр - площадь критического сечения сопла РДТТ, Р_рд - рабочее давление в корпусе РДТТ при F_кр, Р_урд - давление в корпусе утилизируемого РДТТ при наличии F_кр и дополнительного отверстия в переднем днище двигателя диаметром Д, ν - показатель степени в степенном законе скорости горения твердого ракетного топлива. Ракетный двигатель размещают в заглубленной в грунт яме, оснащают линией подачи импульса на пусковой пиропатрон и осуществляют дистанционный запуск двигателя из укрытия. При этом глубина ямы составляет не менее двух калибров утилизируемого РДТТ. Технический результат заключается в простоте способа и его безопасности. 3 ил.

Способ утилизации ракетного двигателя твердого топлива в полевых условиях, включающий выжигание топлива из корпуса двигателя, отличающийся тем, что в переднем днище утилизируемого двигателя выполняют кольцевую проточку - ослабление из условия вскрытия днища по кольцевому ослаблению при давлении в корпусе 5...25 кгс/см², при этом внешний диаметр кольцевой проточки (Д) обеспечивают с учетом условия:

где F_кр - площадь критического сечения сопла РДТТ,

Р_рд - рабочее давление в корпусе РДТТ при F_кр,

Р_урд - давление в корпусе утилизируемого РДТТ при наличии F_кр и дополнительного отверстия в переднем днище двигателя диаметром Д,

ν - показатель степени в степенном законе скорости горения твердого ракетного топлива,

ракетный двигатель размещают в заглубленной в грунт яме, оснащают линией подачи импульса на пусковой пиропатрон и осуществляют дистанционный запуск двигателя из укрытия, при этом глубина ямы составляет не менее 2-х калибров утилизируемого РДТТ.