ЗАРЯД ТВЕРДОГО РАКЕТНОГО ТОПЛИВА Российский патент 2017 года по МПК F02K9/10 F02K9/28 

Изобретение относится к области ракетной техники, в частности к имеющим «щеточную» конструкцию зарядам из трубок твердого топлива (ТТ) для стартовых реактивных двигателей (СРД) с малым временем работы, преимущественно импульсных, используемых в выстрелах к гранатометам, огнеметам и ПТУР.

«Щеточная» конструкция заряда, в которой пучок трубок ТТ или трубчатого пороха скреплен с дном СРД, является перспективной и широко используемой. Различные варианты ее исполнения в части узлов крепления описаны в патентах Франции №2181178, F42C, 1974; №2439174, U02B, F42B, 1980; патенте США №3278356, кл. 156-294, 1996, патенте России №2211354, F02K, 2002. Технические решения, относящиеся к улучшению воспламенения заряда щеточной конструкции, отражены в патентах России №2251628 (c1, 1996) и №2348827 (c1, 2007).

Заряд по патенту №2348827 выполнен из трубок высокоазотного пироксилинового пороха (ПП), воспламеняемого дымным порохом, размещенным в расположенной по оси заряда перфорированной металлической трубке.

Недостатком данного заряда является то, что перфорированная трубка занимает центральную полость заряда, в которой не могут быть размещены дополнительные пороховые трубки, что препятствует увеличению массы заряда и повышению начальной скорости реактивной гранаты.

Известен патент США №2502458, 1944, по которому для повышения вместимости использованы трубки разной длины, при этом их торцы соответствуют форме предсоплового объема реактивного двигателя. Такая конструкция является нетехнологичной и существенно усложняет сборку заряда и снаряжение СРД.

Использование воспламеняемого с торца «щеточного» заряда, не имеющего центрального канала (патент Россия №2211354 - прототип), в случае максимального заполнения камеры СРД высокоазотным пироксилиновым порохом повышает начальную скорость реактивной гранаты только при положительных температурах. При отрицательных температурах максимальное давление в СРД падает, а на стадии сброса давления пироксилиновый порох загасает, вследствие чего его энергия используется не полностью, и начальная скорость гранаты становится существенно меньше, чем при положительных температурах. Это приводит к возрастанию температурного перепада начальных скоростей (ТПНС) гранат в диапазоне температур эксплуатации (от минус 50°С до 50°С) до значения ~20%, что снижает боевые качества оружия.

Известным способом уменьшения ТПНС является использование так называемого регулятора давления (патент России №2062428, c1, 1996), представляющего собой перфорированный диск с перекрытыми мембраной отверстиями различного диаметра, установленный в сопловом блоке, которые при повышении давления в СРД выше определенного уровня (обычно при положительных температурах) вскрываются, вследствие чего обеспечивается сброс давления и получение ТПНС на уровне ~8%. Недостатком такой конструкции является возможность ее размещения и применения только в многосопельном сопловом блоке при относительно небольшой суммарной площади отверстий сопел.

Известны способы регулирования характеристик горения ТТ, в том числе с целью снижения ТПНС, за счет введения в их состав комплексного катализатора в виде свинецсодержащего соединения с добавками сажи и оксида железа как модификаторов горения (Денисюк А.Л. и др. «Роль сажи при горении баллиститных порохов со свинецсодержащими соединениями» // Физика горения и взрыва. - 1997. - т. 13, №4. - с. 576-584); Головина Л.А. и др. «О механизме действия Fe₂O₃ при горении модельного нитроглицеринового пороха» // Физика горения и взрыва. - 1981. - т. 18, №6 - с. 137-140).

Введение катализаторов и модификаторов горения в высокоазотный ПП позволяет исключить его загасание при отрицательной температуре и сблизить уровни максимального давления в СРД при крайних температурах эксплуатации.

В соответствии с заявленным предложением заряд к стартовому реактивному двигателю содержит пучок трубок из высокоазотного пироксилинового пороха, скрепленный с дном двигателя, и воспламенитель, расположенный на торце заряда. В составе пороха, в который входит комплексный катализатор горения, содержание остаточного растворителя составляет 0,2…0,7%, а диаметр канала d_k трубки при длине , соответствующей длине цилиндрической части камеры двигателя, удовлетворяет соотношению , где .

Проведенные исследования показали, что при максимальном заполнении камеры СРД высокоазотным ПП с катализаторами и модификаторами горения эффект повышения начальной скорости гранат и снижения ТПНС наблюдается только при определенном сочетании размеров пороховых трубок и содержания в них остаточного спирто-эфирного растворителя. При этом было установлено, что стабильное горение «щеточного» заряда, изготовленного из высокоазотного ПП с комплексным катализатором, обеспечивается при близком к максимальному заполнению СРД трубками ПП и выполнении трубок с диаметром канала d_k, удовлетворяющим соотношению , где - максимальная длина шашки, соответствующая длине цилиндрической части камеры СРД, - отношение поверхности горения по каналам трубок к диаметру канала, составляющее 240…300.

При менее 240 стабильность горения сохраняется, но начальная скорость гранаты из-за уменьшения вместимости шашек ТТ в камеру СРД падает.

При более 300 усиливается эффект эрозионного горения, в результате чего максимальное давление в СРД возрастает выше допустимого, а неодновременное выгорание пороховых трубок по длине приводит к появлению их остатков, вылетающих из сопла и способных травмировать стрелка в момент, когда реактивная граната покидает пусковую трубу.

Одновременно было установлено, что для обеспечения близких скоростей горения высокоазотного пироксилинового пороха с комплексным катализатором горения в диапазоне температур ±50°С и уменьшения ТПНС, содержание остаточного растворителя в этом порохе (спирт + эфир) должно быть в пределах 0,2-0,7%.

При содержании остаточного растворителя менее 0,2% повышаются уровень и разбросы максимального давления в СРД, а при содержании более 0,7% различия в скоростях горения высокоазотного ПП при крайних температурах резко возрастает, и ТПНС увеличивается до 20%.

При сочетании установленных пределов по размеру шашек ТТ и содержанию остаточного растворителя достигается максимально возможная скорость реактивной гранаты и обеспечивается значение ТПНС на уровне 4…8%.

Изобретение относится к области ракетной техники, в частности к имеющим «щеточную» конструкцию зарядам из трубок твердого топлива для стартовых реактивных двигателей с малым временем работы, преимущественно импульсных, используемых в выстрелах к гранатометам, огнеметам и ПТУР. Заряд к стартовому реактивному двигателю содержит пучок трубок из высокоазотного пироксилинового пороха, скрепленный с дном двигателя, и воспламенитель, расположенный на торце заряда. В составе пороха, в который входит комплексный катализатор горения, содержание остаточного растворителя составляет 0,2…0,7%, а диаметр канала d_k трубки при длине , соответствующей длине цилиндрической части камеры двигателя, удовлетворяет соотношению , где . Изобретение позволяет повысить максимально возможную скорость реактивной гранаты и обеспечить значение температурного перепада начальных скоростей на уровне 4…8%.

Заряд к стартовому реактивному двигателю, содержащий пучок трубок из высокоазотного пироксилинового пороха, скрепленный с дном двигателя, и воспламенитель, расположенный на торце заряда, отличающийся тем, что в составе пороха, в который входит комплексный катализатор горения, содержание остаточного растворителя составляет 0,2…0,7%, а диаметр канала d_k трубки при длине , соответствующей длине цилиндрической части камеры двигателя, удовлетворяет соотношению , где .