СНАРЯЖЕННЫЙ КОРПУС РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА Российский патент 2011 года по МПК F02K9/34 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к снаряженным корпусам ракетных двигателей на твердом топливе (РДТТ), и может быть использовано при создании твердотопливных двигателей ракет.

Из технической литературы известен корпус РДТТ, содержащий манжеты для раскрепления торцов твердотопливного заряда от днищ корпуса (см. «Конструкции ракетных двигателей на твердом топливе». / Под общ. ред. чл.-корр. Российской академии наук, д-ра техн. наук, проф. Л.Н.Лаврова. - М.: Машиностроение, 1993, рис.2.19, стр.62).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является РДТТ по патенту RU №2245450, содержащий канальный заряд, прочно скрепленный с корпусом и раскрепленный по торцам с помощью манжет, имеющих горловину с утолщением.

Авторы указывают, что это конструктивное решение исключает проход топливной массы в заманжетное пространство за счет насадки манжеты на формующую оснастку с «небольшим натягом», а утолщение манжеты к горловине позволяет обеспечить устойчивость ее формы при формовании заряда.

Однако это решение имеет ограниченное применение и может эффективно использоваться в РДТТ малого диаметра с металлическими корпусами. При использовании его в крупногабаритных маршевых РДТТ из композиционного материала не исключается проникновение топливной массы в заманжетную полость из-за повышенной деформативности днищ и прилегающей к ним манжеты. Кроме того, используемый термин «насадка манжеты на формующую оснастку с небольшим натягом» не регламентирует силу обжатия, поэтому «небольшой натяг» может оказаться практически нулевым и при поддавливании топливной массы зазор между формующей оснасткой и манжетой может раскрыться.

Технической задачей изобретения является создание конструкции снаряженного корпуса, в том числе с крупногабаритным корпусом из композиционного материала, в котором полностью исключено попадание топливной массы в заманжетную полость.

Технический результат достигается тем, что в снаряженном корпусе ракетного двигателя твердого топлива, содержащем корпус с теплозащитным покрытием и размещенный в нем канальный заряд, частично скрепленный с корпусом и раскрепленный по торцам эластичными манжетами, выполненными из чередующихся слоев эластичных материалов и слоев эластичной ткани, законцовка манжеты направлена внутрь по поверхности канала заряда снаряженного корпуса, скреплена с поверхностью канала заряда и выполнена с равномерным утонением к ее краю, при этом утонение на краю законцовки составляет 0,1-0,5 толщины манжеты, а ее длина выбирается из условия

где l - длина законцовки манжеты;

ε_∂ - допустимая кольцевая деформация материала законцовки манжеты;

r_к - радиус канала заряда в зоне законцовки;

α - угол наклона законцовки к оси в неснаряженном корпусе.

На фиг.1 показано продольное сечение снаряженного корпуса РДТТ: корпус с ТЗП 1, канальный заряд твердого топлива 2, эластичные раскрепляющие манжеты 3 с законцовками 4.

На фиг.2 показано сечение снаряженного корпуса в зоне законцовки 4.

Сущность изобретения заключается в следующем. Законцовка 4 манжеты 3 в незаполненном корпусе перед сборкой со снаряжательной оснасткой находится в положении В (фиг.2). После установки снаряжательной оснастки законцовка 4 занимает положение С, при этом происходит перегиб законцовки внутрь корпуса и обеспечивается плотное прилегание законцовки к снаряжательной оснастке, то есть создаются необходимые условия для полной герметизации по границе законцовки со снаряжательной оснасткой. При давлении формования твердотопливного заряда направление законцовки внутрь корпуса обеспечивает эффект самоуплотнения по границе законцовки со снаряжательной оснасткой, что исключает попадание топливной массы в заманжетное пространство.

Заполнение топливной массой крупногабаритных корпусов, как правило, проходит в условиях вакуумирования корпуса, поэтому «захлопывание» воздуха в «пазухах» законцовок исключается.

Длина законцовки l (фиг.2) выбирается из условия обеспечения ее прочности. Максимальная кольцевая деформация законцовки составляет

, при этом r_з=r_к-Δr; Δr=l·sinα.

Здесь

Δr - увеличение радиуса законцовки при формовании заряда;

r_з - минимальный радиус законцовки в неснаряженном корпусе;

r_к - радиус канала заряда в зоне законцовки;

α - угол наклона законцовки к оси в неснаряженном корпусе.

Так как максимальная кольцевая деформация законцовки не должна превышать допустимой, то есть должно выполняться условие ε≤ε_∂, то из выше приведенных формул определяется длина законцовки

где ε_∂ - допустимая кольцевая деформация материала законцовки манжеты.

Равномерное утонение законцовки 4 к ее краю до величины 0,1-0,5 толщины манжеты уменьшает ее кольцевую жесткость, вследствие чего:

- облегчается сборка со снаряжательной оснасткой, так как уменьшается контактное давление по границе законцовки со снаряжательной оснасткой и снижается сила трения между законцовкой и оснасткой;

- снижаются отрывные напряжения в снаряженном корпусе по границе законцовка - заряд твердого топлива и обеспечивается равномерность их распределения.

При этом конкретная величина утонения законцовки выбирается из условия обеспечения допустимых отрывных напряжений по границе законцовка - заряд твердого топлива.

Данное техническое решение экспериментально проверено на более чем 50-ти крупногабаритных снаряженных корпусах ряда изделий, сам корпус которых был выполнен из композиционного материала методом намотки (типа «двойной кокон»). Диапазон утонений законцовок к краю составлял 0,1-0,5 от толщины манжеты. На всех снаряженных корпусах отсутствовало проникновение топливной массы в заманжетную полость. Стендовые и летные испытания подтвердили безотказность работы снаряженных корпусов с предлагаемой конструкцией законцовки.

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет полностью исключить попадание топливной массы в заманжетную полость и повысить надежность работы снаряженного корпуса.

Снаряженный корпус ракетного двигателя твердого топлива содержит корпус с теплозащитным покрытием и размещенный в нем канальный заряд, частично скрепленный с корпусом и раскрепленный по торцам эластичными манжетами, выполненными из чередующихся слоев эластичных материалов и слоев эластичной ткани. Законцовка манжеты направлена внутрь по поверхности канала заряда снаряженного корпуса, скреплена с поверхностью канала заряда и выполнена с равномерным утонением к ее краю. Утонение на краю законцовки составляет 0,1-0,5 толщины манжеты, а ее длина выбирается из условия, определяемого математическим выражением, защищаемым настоящим изобретением. Изобретение позволяет исключить попадание топливной массы в заманжетную полость и повысить надежность работы снаряженного корпуса. 2 ил.

Снаряженный корпус ракетного двигателя твердого топлива, содержащий корпус с теплозащитным покрытием и размещенный в нем канальный заряд, частично скрепленный с корпусом и раскрепленный по торцам эластичными манжетами, выполненными из чередующихся слоев эластичных материалов и слоев эластичной ткани, отличающийся тем, что законцовка манжеты направлена внутрь по поверхности канала заряда снаряженного корпуса, скреплена с поверхностью канала заряда и выполнена с равномерным утонением к ее краю, при этом утонение на краю законцовки составляет 0,1-0,5 толщины манжеты, а ее длина выбирается из условия

где l - длина законцовки манжеты;
ε - допустимая кольцевая деформация материала законцовки манжеты;
r_к - радиус канала заряда в зоне законцовки;
α - угол наклона законцовки к оси в неснаряженном корпусе.