ЗАРЯД ТВЕРДОГО РАКЕТНОГО ТОПЛИВА Российский патент 2009 года по МПК F02K9/10 

Изобретение относится к области ракетной техники и может быть использовано при проектировании, отработке и изготовлении зарядов твердого ракетного топлива (ТРТ) к газогенераторам (ГГ) и ракетным двигателям твердого топлива (РДТТ).

Известны конструкции зарядов ТРТ для ГГ, РДТТ и других ракетных устройств в виде канальных шашек ТРТ, частично или полностью бронированных по боковой и торцевым поверхностям (патенты RU 2164616, RU 2211350, RU 2259495). Среди известных конструкций одной из наиболее эффективных является конструкция заряда по пат. RU 2259495, МПК F02K 9/10 16.10.2003. Конструкция указанного заряда позволяет обеспечить как чистоту продуктов сгорания (ПС) заряда, так и высокий уровень внутрибаллистических характеристик. Однако указанная конструкция непригодна в «чистом виде» для использования в конически-цилиндрической камере сгорания (КС). В то же время существует объективная необходимость в конически-цилиндрических зарядах для пусковых ГГ прямоточных воздушно-реактивных двигателей (ПВРД), например, по пат. RU 2241845, где корпус ГГ используется в качестве центрального тела в воздухозаборнике ПВРД (Фиг.1). При этом заряд ГГ (по предварительным оценкам) должен обеспечить время работы в пределах ~(2…4) с, максимальное давление в КС ГГ не более 200 кг/см² и близкую к нейтральной зависимость «давление-время» («расход^* (^* Под термином "расход" в заявке понимается секундный весовой расход продуктов сгорания ТРТ, истекающих через сопло (расходные отверстия) газогенератора.) - время»). Наиболее близкое техническое решение к патентуемому приведено в пат. RU 2079689, недостатком которого является отсутствие рекомендации по соотношению размеров заряда (D/d, длина бронирования цилиндрического участка и др.), а также по типу используемого ТРТ и бронесостава. Изобретение по пат. RU 2079689 С1, МПК F02K 9/08, опубликован 20.05.1997, приоритет от 08.08.1994.

Технической задачей изобретения является разработка конструкции конически-цилиндрического заряда ТРТ для пускового газогенератора ПВРД с повышенной эксплуатационной эффективностью и надежностью.

Указанная техническая задача решается в рамках настоящего изобретения путем выбора оптимальной конструкции заряда, а именно оптимального соотношения геометрических размеров конически-цилиндрического заряда.

Технический результат изобретения заключается в выполнении заряда ТРТ в виде конически-цилиндрической шашки твердого ракетного топлива со сквозным осесимметричным каналом и частично бронированными наружными поверхностями, в том числе по торцу, со стороны цилиндрического участка шашки, и боковой поверхности. При этом заряд выполнен:

- с соотношением длин цилиндрической L_ц и конической L_к наружных поверхностей в пределах:

L_ц/L_к=1,0…2,0;

- с соотношением диаметра заряда (D) по наружному цилиндрическому участку заряда (по топливу) к диаметру канала (d) в пределах:

D/d=5,0…8,0.

При этом цилиндрическая поверхность заряда выполнена бронированной со стороны цилиндрического торца не менее чем на 0,5L, где L - длина заряда (по топливу).

Заряд выполнен из баллиститного ТРТ, а бронепокрытие - из бронематериала на основе ацетилцеллюлозы.

Сущность изобретения заключается в целенаправленном выборе (назначении) оптимальных соотношений геометрических размеров заряда, а именно:

- соотношения D/d по нижнему пределу не менее 5,0 - ограничивает минимально допустимое время работы ГГ, а по верхнему пределу не более 8,0 - обеспечивает максимально допустимое время работы ГГ;

- соотношения L_ц/L_к с уровнем длины бронирования L_ц не менее чем 0,5L, что позволяет обеспечить зависимость «давление-время» ("расход-время"), близкую к нейтральной.

Последнее, в свою очередь, позволяет ограничить уровень максимального давления в КС ГГ (с использованием среднегорящих ТРТ баллиститного типа) не более 200 кг/см². Использование (применение) для заряда баллиститного ТРТ (для топливной шашки) бронепокрытия на основе ацетилцеллюлозы способствует надежности работы ГГ за счет обеспечения минимального механического воздействия ПС на лопатки турбинных колес компрессора ПВРД, за счет минимального содержания К - фазы в ПС последних.

Изобретение поясняется чертежами:

Фиг.1 - входная часть ПВРД

1 - корпус ("рубашка") ПВРД

2 - корпус ГГ (центральное тело)

3 - заряд ТРТ

4 - лопатки турбинных колес компрессора ПВРД

5 - сопловые отверстия ГТ

Фиг.2 - конструкция патентуемого заряда

6 - шашка ТРТ

7 - бронепокрытие заряда ТРТ

8 - сопловой торец заряда

9 - наружная цилиндрическая поверхность

10 - канал

Фиг.3 - зависимость S(e) для патентуемого заряда

Фиг.4 - экспериментальная зависимость p(τ) для примера патентуемой конструкции при начальной температуре заряда 60°С

Фиг.5 - экспериментальная зависимость p(τ) для примера патентуемой конструкции при начальной температуре заряда минус 30°С.

Заряд (Фиг.2) состоит из конически-цилиндрической шашки ТРТ (6) с бронепокрытием (7) на сопловом торце (8) и наружной цилиндрической поверхности (9). Шашка имеет сквозной осевой канал (10) и выполнена из баллиститного ТРТ. Шашка бронирована ацетилцеллюлозным бронематериалом.

Заряд работает следующим образом. После подачи импульса на инициатор осуществляется воспламенение заряда по небронированным поверхностям и происходит их горение параллельными слоями по эквидистантным поверхностям. Образующиеся ПС ГГ истекают через сопловые (расходные) отверстия и за счет газодинамического воздействия на лопатки турбинных колес компрессора обеспечивают его раскрутку и последующий запуск ПВРД. Эффективность конически-цидиндрического заряда оценивалась на примере заряда из среднегорящего баллиститного ТРТ со следующими параметрами:

D - 130 мм, d - 20 мм, L - 100 мм, L_ц - 65 мм, L_к - 35 мм, L_ц ^бр - 55 мм.

При принятых в рамках настоящего патента соотношениях размеров заряда и бронированных поверхностей обеспечивается близкая к нейтральной зависимость (Фиг.4, Фиг.5) «давление-время» («расход-время») и требуемые ВБХ газогенератора

(p_max, τ), что характеризует положительный эффект изобретения.

Изобретение относится к области ракетной техники и может быть использовано при проектировании, отработке и изготовлении зарядов ТРТ для газогенераторов и ракетных двигателей. Заряд твердого ракетного топлива выполнен в виде конически-цилиндрической шашки твердого ракетного топлива со сквозным осесиметричным каналом и частично бронированными наружными поверхностями, причем торец шашки со стороны цилиндрического участка забронирован. Шашка выполнена с учетом соотношений, защищаемых настоящим изобретением. Шашка, в предпочтительном варианте выполнения заряда, выполнена из баллиститного ракетного топлива, а бронепокрытие - из материала на основе ацетилцеллюлозы. Изобретение позволяет повысить эксплуатационную эффективность, а также надежность заряда. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Заряд твердого ракетного топлива, выполненный в виде конически-цилиндрической шашки твердого ракетного топлива со сквозным осесиметричным каналом и частично бронированными наружными поверхностями, причем торец шашки со стороны цилиндрического участка забронирован, отличающийся тем, что шашка выполнена с учетом соотношений
L_ц/L_к=1,0÷2,0,
D/d=5,0÷8,0,
L_ц ^бр≥0,5L,
где L_ц - длина цилиндрического участка шашки;
L_к - длина конического участка шашки;
D - диаметр цилиндрического участка шашки;
d - диаметр канала;
L_ц ^бр - длина забронированного участка наружной поверхности шашки;
L - длина шашки.

2. Заряд твердого ракетного топлива по п.1, отличающийся тем, что шашка выполнена из баллиститного ракетного топлива.

3. Заряд твердого ракетного топлива по п.1, отличающийся тем, что шашка выполнена из баллиститного ракетного топлива, а бронепокрытие - из материала на основе ацетилцеллюлозы.