ЗАРЯД СМЕСЕВОГО РАКЕТНОГО ТОПЛИВА И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ Российский патент 2009 года по МПК F02K9/32 

Группа изобретений относится к ракетной технике и может быть использована при создании оперативно-тактических ракет, ракет "воздух"-"воздух", систем залпового огня, ракет типа ПТУ PC, гранатометов и т.п.

Из уровня техники известен заряд смесевого ракетного топлива (СРТ) по патенту США №3300549 (опубл. 24.01.1967), принятый за прототип, содержащий корпус, заряд топлива, оснащенный, по меньшей мере, одним неизвлекаемым формообразующим элементом.

Известный заряд, обладая достоинством изменять характер горения с торцевого до канального, имеет существенные недостатки:

- пониженная эффективность заряда, обусловленная применением твердотопливной шашки, обладающей пониженными энергетическими характеристиками;

- невозможность использования в качестве основного высокоэнергетического низкомодульного топлива (отсутствуют конструктивные элементы, удерживающие топливо в объеме корпуса);

- сложность и повышенная опасность изготовления заряда, обусловленные использованием в конструкции взрывчатого вещества.

В том же все патенте описывается способ изготовления заряда, наиболее близкий к предлагаемому, предусматривающий размещение в заряде, по меньшей мере, одного формообразующего элемента, заполнение корпуса топливом.

В известном способе до заполнения корпуса основным топливом выполняют несколько технологических процессов: изготавливают маленькие твердотопливные шашки, выполняют в них осевые отверстия, снаряжают их стержнями из взрывчатого вещества, маленькие шашки склеивают в одну большую, которую центрируют в объеме корпуса, что предопределяет сложность и длительность процесса. Способ по прототипу обладает повышенной опасностью, обусловленной использованием в процессе изготовления заряда трех топлив: твердое топливо для шашек, взрывчатое вещество стержней и основное топливо заряда. Кроме того, известный способ не позволяет использовать в качестве основного низкомодульное топливо, т.к. не предусматривает действия по обеспечению удержания в объеме корпуса топлива такого типа. Реализация способа по прототипу не позволяет изготовить высокоэффективный заряд.

В качестве группы изобретений предлагаются заряд СРТ и способ его изготовления, которые решают одну и ту же задачу - повышение эффективности заряда при его использовании, повышение технологичности и безопасности изготовления путем реализации условий по обеспечению возможности применения низкомодульного топлива с широким диапазоном по модулю упругости вплоть до пластичного при одновременном обеспечении двухрежимного процесса работы заряда (стартовый и маршевый режимы) в моноблоке топлива.

Поставленная задача решается предложенным зарядом СРТ, содержащим корпус, заряд топлива, оснащенный, по меньшей мере, одним формообразующим элементом, уменьшающим время работы. Особенность заключается в том, что формообразующий элемент выполнен из полимерного материала с большей скоростью горения, чем у СРТ, жестко закреплен в объеме корпуса в ориентированном положении посредством нитевидного элемента, при этом заряд снабжен торцевым вкладышем со сквозной перфорацией, скрепленным по части своей боковой поверхности с образованием сквозных зазоров заданных размеров.

Количество, конфигурацию и размещение в объеме топлива формообразующих элементов выбирают из условия обеспечения маршевого режима работы заряда.

В частности, нитевидный элемент выполнен из металла или волокнистого материала.

В частности, обращенная к топливу поверхность торцевого вкладыша снабжена выступами и/или проточками, и/или другими геометрическими формами, количество, конфигурацию и размещение которых выбирают из условия обеспечения стартового режима работы заряда.

Проведенный сопоставительный анализ показывает, что заявляемый заряд СРТ отличается от ближайшего аналога закреплением каждого формообразующего элемента в объеме корпуса посредством нитевидного элемента (в прототипе - каждый формообразующий элемент закреплен в шашке), возможностью варьирования материалом, используемым для изготовления формообразующего элемента, наличием торцевого вкладыша с развитой поверхностью.

Заряд СРТ ракетного топлива изготавливают способом, предусматривающим размещение в заряде, по меньшей мере, одного формообразующего элемента, заполнение корпуса топливом. Особенность заключается в том, что каждый формообразующий элемент жестко закрепляют в объеме корпуса в ориентированном положении посредством нитевидного элемента, при этом перед заполнением корпуса топливом в нем устанавливают перфорированный торцевой вкладыш и скрепляют его по части боковой поверхности с корпусом с образованием сквозных зазоров заданных размеров.

Проведенный сопоставительный анализ показывает, что заявляемый способ изготовления заряда СРТ отличается от ближайшего аналога иной организацией закрепления в объеме корпуса каждого формообразующего элемента - посредством нитевидного элемента (в прототипе - в объеме твердотопливной шашки) и наличием операции по установке торцевого вкладыша.

Предлагаемый заряд смесевого ракетного топлива иллюстрируется графическими изображениями:

Фиг.1 - продольный разрез заряда.

Фиг.2 - вид заряда со стороны торцевого вкладыша.

Заряд содержит корпус 1, СРТ 2, формообразующие элементы 3, закрепленные в объеме корпуса 1 посредством нитевидных элементов 4. Заряд снабжен торцевым вкладышем 5 с отверстиями 6, выступами 7 и зазорами 8. Вкладыш 5 скреплен с корпусом 1 по части своей боковой поверхности 9.

В процессе хранения и эксплуатации на топливо 2 действуют сила тяжести и различные перегрузки. Скрепленный с корпусом 1 торцевой вкладыш 5 с отверстиями 6 и зазорами 8, размеры которых исключают вытекание СРТ 2, капсулирует его в объеме корпуса 1 и предотвращает возможность его смещения в сторону сопла (условно не показано).

Заряд предлагаемой конструкции работает следующим образом. После срабатывания воспламенителя (условно не показан), в первую очередь загорается топливо 2 в отверстиях 6 и зазорах 8 вкладыша 5. Затем происходит проскок пламени по внутренней поверхности вкладыша 5. В процесс горения вовлекается большая поверхность СРТ 2, образованная выступами 7. Обеспечивается стартовый режим работы заряда. Затем происходит проскок пламени по формообразующим элементам 3, осевой канал удлиняется, а высокая начальная поверхность, образованная выступами 7, выравнивается. Дальнейшее выгорание заряда происходит в маршевом режиме при меньшей, чем начальная, поверхности горения. При этом характер выгорания заряда будет канальным, поверхность горения будет выше, чем у торцевого заряда, а время горения значительно меньше. Как показали эксперименты, нитевидный элемент 4 из волокнистого материала (например, из хлопчатобумажного волокна) не оказывает влияния на характер горения, а выполненный из металла (например, меди или алюминия) может существенно увеличить скорость горения СРТ 2.

Предлагаемая конструкция опробована на заряде экспериментального низкомодульного топлива с использованием торцевого вкладыша и формообразующего элемента. Заряд имел размеры: длина 150 мм, диаметр 60 мм.

Пример 1. Торцевой вкладыш и формообразующий элемент изготавливали из пенополистирола. Вкладыш толщиной 4 мм имел кольцевой выступ высотой 20 мм и отверстия перфорации диаметром 4 мм. Вдоль оси корпуса на хлопчатобумажной нити диаметром 0,8 мм на расстоянии 100 мм от вкладыша закрепляли формообразующий элемент диаметром 15 мм и длиной 30 мм. Время горения такого заряда было уменьшено по сравнению с контрольным (без формообразующего элемента) с 6 до 3,2 с.

При использовании в аналогичном заряде нитевидного элемента из меди время горения заряда уменьшилось по сравнению с контрольным с 6 до 2,5 с.

Кривая «давление-время» во всех случаях имела двухрежимный характер.

Пример 2. Вкладыш и формообразующий элемент, конструктивно выполненные, как в примере 1, изготавливали из быстрогорящего (50 мм/с при Р=9,8 МПа) топлива "Каркас". Формообразующий элемент закрепляли посредством хлопчатобумажной нити. Время горения такого заряда уменьшилось с 6 до 2,8 по сравнению с контрольным зарядом (без формообразующего элемента). При подключении к горению формообразующего элемента на кривой давления имелся характерный пик.

Предлагаемый способ, опробованный при изготовлении заявляемого заряда СРТ, осуществляют следующим образом.

Формообразующий элемент (или элементы, в зависимости от существующей потребности) скрепляют с нитевидным элементом. При этом формообразующие элементы могут быть нанизаны и закреплены на нитевидном элементе, а могут быть соединены нитевидным элементом между собой. Один конец каждого нитевидного элемента закрепляют в торцевом вкладыше. Всю сборку вставляют в корпус, а вкладыш скрепляют с корпусом со стороны соплового торца. На передний торец корпуса устанавливают технологическую крышку. Через нее выводят наружу свободный конец каждого нитевидного элемента, который жестко закрепляют с обеспечением удержания каждого формообразующего элемента в ориентированном положении. Со стороны торцевого вкладыша на корпус устанавливают плотно прилегающую к вкладышу технологическую крышку. Затем корпус заполняют топливом, которое при необходимости отверждают. После этого заряд готов к дефектоскопии и сборке в двигатель.

Таким образом, заявляемый заряд СРТ и способ его изготовления практически реализуемы, позволяют удовлетворить давно существующую потребность в решении поставленной задачи.

Группа изобретений относится к ракетной технике. Заряд ракетного топлива содержит корпус с сопловым торцом, заряд смесевого ракетного топлива (СРТ), оснащенный по меньшей мере одним элементом для уменьшения времени горения заряда ракетного топлива, и вкладыш, размещенный в корпусе со стороны соплового торца, скрепленный с корпусом по части своей боковой поверхности с образованием сквозных зазоров заданных размеров и выполненный со сквозной перфорацией. Каждый элемент для уменьшения времени горения заряда ракетного топлива ориентирован в объеме заряда СРТ посредством нитевидного элемента, один конец которого закреплен во вкладыше, а другой конец закреплен со стороны переднего торца корпуса. Вкладыш и каждый элемент для уменьшения времени горения заряда ракетного топлива выполнены из топлива или полимерного материала, горящих быстрее, чем заряд СРТ. Предложен также способ изготовления упомянутого выше заряда ракетного топлива. Изобретение направлено на повышение эффективности заряда с обеспечением двухрежимного процесса его работы, а также технологичности и безопасности его изготовления. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Заряд ракетного топлива, содержащий корпус с сопловым торцом, заряд смесевого ракетного топлива (СРТ), оснащенный по меньшей мере одним элементом для уменьшения времени горения заряда ракетного топлива, отличающийся тем, что он содержит вкладыш, размещенный в корпусе со стороны соплового торца, скрепленный с корпусом по части своей боковой поверхности с образованием сквозных зазоров заданных размеров и выполненный со сквозной перфорацией, каждый элемент для уменьшения времени горения заряда ракетного топлива ориентирован в объеме заряда СРТ посредством нитевидного элемента, один конец которого закреплен во вкладыше, а другой конец закреплен со стороны переднего торца корпуса, причем вкладыш и каждый элемент для уменьшения времени горения заряда ракетного топлива выполнены из топлива или полимерного материала, горящих быстрее, чем заряд СРТ.

2. Заряд по п.1, отличающийся тем, что элементы для уменьшения времени горения заряда ракетного топлива ориентируют в объеме заряда СРТ с обеспечением маршевого режима работы заряда ракетного топлива.

3. Заряд по п.1, отличающийся тем, что нитевидный элемент выполнен из металла или волокнистого материала.

4. Заряд по п.1, отличающийся тем, что поверхность вкладыша со стороны, обращенной к заряду смесевого ракетного топлива, выполнена с выступами и/или проточками.

5. Способ изготовления заряда ракетного топлива, включающий размещение в корпусе с сопловым торцом по меньшей мере одного элемента для уменьшения времени горения заряда ракетного топлива, заполнение корпуса СРТ с формированием заряда СРТ, отличающийся тем, что размещение в корпусе, по меньшей мере, одного элемента для уменьшения времени горения заряда ракетного топлива осуществляют с ориентированием его посредством нитевидного элемента, при этом в корпусе со стороны соплового торца размещают вкладыш, выполненный со сквозной перфорацией, и скрепляют его с корпусом по части боковой поверхности с образованием сквозных зазоров заданных размеров, причем вкладыш и каждый элемент для уменьшения времени горения заряда ракетного топлива выполняют из топлива или полимерного материала, горящих быстрее, чем заряд СРТ, на переднем торце корпуса устанавливают технологическую крышку, один конец нитевидного элемента закрепляют во вкладыше, а другой конец закрепляют в технологической крышке, затем на корпус со стороны вкладыша устанавливают прилегающую к вкладышу технологическую крышку.