Заряд твердого ракетного топлива для стартовых реактивных двигателей Российский патент 2019 года по МПК F02K9/10 

Настоящее изобретение относится к области ракетной техники, в частности - к зарядам щеточной конструкции из шашек твердого топлива (ТТ) для стартовых реактивных двигателей (СРД) с малым временем работы, применяемых в гранатометах, огнеметах и противотанковых управляемых ракетах (ПТУР).

В настоящее время наиболее эффективные СРД базируются на зарядах «щеточной» конструкции с центральным воспламенительным устройством. Большинство «щеточных» зарядов, конструкция которых обеспечивает наиболее эффективные баллистические характеристики, содержат пороховые шашки в виде одноканальных трубок, скрепляемых с дном СРД с помощью узлов крепления (фиг. 1). Конструкции подобных метательных зарядов (МЗ) отражены в патентах США №3278356 кл. 156-294 1996 г., Франции №2181178 кл. F42C, 1974 г., России №2211354 кл. F02K, 2002 г., №2348827 кл. F02K, 2007 г.

Наиболее значимые недостатки данных зарядов связаны с использованием шашек в форме одноканальных трубок, у которых в процессе горения возникает значительный перепад давлений в канале и по наружной поверхности. Учитывая, что для обеспечения малого времени работы (0,01…0,02 с) необходимы трубки с уменьшенной толщиной стенки (горящего свода - 2e₁), перепад давлений приводит к их разрушению и выносу остатков трубок через сопло в момент покидания реактивным снарядом (гранатой) пусковой трубы и не обеспечивает безопасность стрелка от воздействий этих остатков.

Кроме того, во всех отечественных зарядах «щеточной» конструкции применяются шашки из пироксилинового (одноосновного) пороха, серьезным недостатком которого является его затухание при горении на спаде давления, особенно при отрицательных температурах, и недостаточно высокие энергетические характеристики, определяемые лишь его нитратцеллюлозной (95-97% масс.) основой. Это не позволяет полностью реализовать энергию, заложенную в метательном заряде (МЗ) и приводит к высокому значению температурного перепада начальной скорости гранаты (в 3-4 раза большей, чем у зарубежных аналогов), а также исключает возможность использования высокоэнергетических двух- и трехосновных порохов баллиститного типа, лишенных подобного недостатка, т.к. последние заметно уступают по прочностным характеристикам порохам пироксилинового типа, особенно в области отрицательных температур, и потому в условиях высоких нагрузок, возникающих при выстреле, гарантировано разрушаются и выносятся в виде крупных горящих остатков через сопло, что заметно снижает баллистическую способность выстрела и не обеспечивает безопасность стреляющего.

Указанные недостатки устраняются в заряде по патенту Франции №2439174, кл. С06В, C06D, F42B, 1978 г. (прототип). В данном заряде вместо одноканальных тонкостенных трубок использованы шашки из двух- или трехосновного пороха сложного поперечного сечения в виде трех разомкнутых окружностей, соединенных между собой, что образует в пороховой шашке три продольных зазора, либо в виде двух соединенных спиралевидных сечений, образующих два продольных зазора. Это ликвидирует каналы шашек и исключает перепад давлений по их поверхностям, но для увеличения прочности элементов заряда требуется обеспечить их достаточно сложное поперечное сечение, в том числе с «усечением» на свободных концах трубок, что требует использование прессоснастки сложного профиля.

Кроме того, такая форма сечения шашек твердого топлива ограничивает массу заряда, размещаемого в камере СРД и, соответственно, начальную скорость реактивного снаряда (гранаты), для сохранения которой требуется увеличения габаритных размеров камеры СРД, что, в свою очередь, тянет за собой ряд нежелательных факторов (увеличение массы реактивной гранаты и т.д.).

Для ликвидации этого недостатка и обеспечения максимальной вместимости элементов твердого топлива в камеру СРД при «щеточной» конструкции заряда предлагается использовать двухосновное или трехосновное твердое топливо в виде пороховых шашек S-образного сечения, при котором ширина зазора составляет 1,4…2,0 толщины горящего свода в S-образном сечении шашки, а внутренний диаметр скругленности этого сечения составляет 2,5…3,0 толщины горящего свода (фиг. 2).

Положительный результат предлагаемого технического решения достигается за счет того, что при выполнении заряда традиционной конструкции из стандартных трубчатых элементов длинной 190 мм максимальная вместимость в камеру СРД диаметром 90 мм с центральным воспламенительным устройством масса заряда составляет 580 г, а при использовании элементов S-образного сечения размещение данной массы заряда обеспечивается при существенно меньшей длине элементов ТТ. Это достигается за счет того, что продольные поверхности элементов образуют «сцепление», входя в зазоры, имеющиеся в шашках за счет S-образного сечения, что повышает прочность заряда в целом и устойчивость его к радиальным нагрузкам от воздействий газов центрального воспламенительного устройства (фиг. 3). При этом уменьшение длины заряда способствует оптимизации процесса горения и безопасности стрелка вследствие практически одновременного выгорания элементов S-образного сечения по длине за счет уменьшения эрозионного горения, что повышает баллистическую эффективность заряда и позволяет при меньшей навеске пороха получать на выходе сопоставимые баллистические характеристики.

Положительный результат предлагаемого изобретения подтвержден натурными испытаниями заряда в составе СРД к 105 мм реактивной гранате (таблица).

Как видно из результатов проведенных натурных испытаний, сравниваемые заряды, описанные выше, обеспечивают близкие баллистические характеристики, однако на заряде из трубчатых элементов наблюдаются вылетающие из сопла СРД остатки разрушенных шашек, в то время как на заряде, собранном из шашек с S-образным сечением, вылетающие остатки отсутствуют.

Фиг. 1

Стартовый реактивный двигатель с МЗ «щеточной» конструкции:

1 - дно СРД; 2 - узел крепления шашек ТТ с дном СРД;

3 - пучок шашек ТТ; 4 - центральное воспламенительное устройство

Фиг. 2

Вид шашки твердого топлива (пороха) в поперечном сечении:

2е₁ - толщина горящего свода; d_вн - диаметр скругленности S-образного сечения; b - размер зазора

Фиг. 3

Схема размещения S-образных элементов в камере СРД

Изобретение относится к заряду твердого топлива «щеточной» конструкции, предназначенному для использования в качестве источника энергии в стартовых реактивных двигателях с малым временем работы, применяемых в гранатометах, огнеметах и противотанковых управляемых ракетах. Заряд твердого топлива выполнен из пучка шашек двух- или трехосновного пороха, скрепленных с дном стартового реактивного двигателя. При этом каждая шашка имеет S-образное поперечное сечение, при этом в заряде ширина продольных зазоров составляет 1,4-2,0 толщины горящего свода в S-образном сечении, а внутренний диаметр скругленности сечения равен 2,5-3,0 толщины горящего свода. При использовании элементов S-образного сечения повышается прочность заряда в целом и устойчивость его к радиальным нагрузкам от воздействия газов центрального воспламенительного устройства, а также обеспечивает оптимальные характеристики горения без перепада давлений по поверхности пороховых элементов (шашек). Заряд имеет более высокие энергетические и баллистические характеристики и обеспечивает безопасность стрелка в процессе выстрела. 3 ил., 1 табл.

Заряд твердого топлива к стартовому реактивному двигателю, состоящий из пучка шашек двухосновного или трехосновного пороха, скрепленных с дном стартового реактивного двигателя, отличающийся тем, что каждая шашка имеет S-образное поперечное сечение, при этом в заряде ширина продольных зазоров составляет 1,4-2,0 толщины горящего свода в S-образном сечении шашки, а внутренний диаметр скругленности сечения равен 2,5-3,0 толщины горящего свода.