Заряд твердого топлива Российский патент 2020 года по МПК F02K9/18 

Изобретение относится к области ракетной техники, а именно к прочноскрепленным зарядам ракетных двигателей твердого топлива.

Известен прочноскрепленный заряд (см. «Нестационарные процессы и методы проектирования узлов РДТТ», авторы В.В. Калинин, Ю.Н. Ковалев, A.M. Липанов, М.: Машиностроение, 1986 г., рис. 3.21, стр. 178).

Данный заряд состоит из корпуса прочноскрепленного с заполняющим его топливом, содержащим выполненную в нем выемку - компенсатор прогрессивного горения (кольцевая проточка, «зонтик»).

Такая конструкция позволяет уменьшить пассивную массу корпуса за счет снижения толщины теплозащитного покрытия и оптимизировать относительные отклонения поверхности горения.

Вместе с тем, в такой конструкции заряда недостаточно высокий коэффициент заполнения топливом, а также могут наблюдаться нерасчетные колебания тяги и давления.

Повысить коэффициент заполнения позволяет выполнение компенсатора прогрессивного горения в виде продольных щелей (см. «Конструкция и отработка РДТТ», авторы A.M. Виницкий, В.Т. Волков, И.Г. Волковицкий, С.В. Холодилов, М.: Машиностроение, 1980 г., рис. 2.1.к, стр. 14). Эта конструкция принята авторами за прототип.

Такое выполнение заряда позволяет повысить коэффициент заполнения топливом, а также частично уменьшить амплитуду колебаний тяги и давления за счет перемешивания внутри протекающего потока (см. «Ракетные двигатели», авторы М. Баррер, А. Жомотт, Б.Ф. Вебек, Ж. Ванденкеркхове, Оборонгиз, 1962 г., стр. 354). Вместе с тем, регулярность расположения одинаковых щелей не исключает полностью колебаний, которые могут привести к нарушению работоспособности заряда из-за недостаточности прочности топлива.

Задачей предлагаемого изобретения является снижение уровня максимальных значений давления и тяги и уменьшение пассивной массы изделия за счет уменьшения амплитуды колебаний тяги и давления.

Поставленная задача решается за счет того, что в известном заряде твердого топлива, состоящем из корпуса с защитно-крепящим слоем, нанесенным на его внутреннюю поверхность, заполненного топливом с выполненным в нем со стороны канала щелевым компенсатором прогрессивного горения, дополнительно компенсатор выполнен из двух чередующихся групп щелей одинаковых по длине и разновеликих по высоте, причем максимальная высота щели второй группы равна 0,4…0,6 максимальной высоты щели первой группы, а длины щелей составляют 0,15…0,3 длины канала.

Предложенный заряд твердого топлива поясняется чертежами:

фиг. 1 - продольный разрез изделия;

фиг. 2 - поперечный разрез изделия;

фиг. 3 - сравнительный анализ частот и амплитуд колебаний тяги для конструкций с компенсатором прогрессивного горения в виде кольцевой проточки и предлагаемого устройства.

Заряд твердого топлива (фиг. 1) содержит корпус 1, выполненный в виде кокона методом спиральной намотки из органоволокна на разрушаемую после вулканизации оснастку с предварительно нанесенным на нее теплозащитным покрытием 2 и элементом защитно-крепящего слоя-капроткани 3. Перед заполнением топлива на корпус наносится крепящий состав 4. После этого в корпус подается смесевое твердое топливо 5. Для уменьшения текущих отклонений в топливе со стороны канала выполнен щелевой компенсатор прогрессивного горения. Компенсатор представляет собой две группы разновеликих по высоте и одинаковых по длине щелей 6 и 7, при этом максимальная высота щели второй группы 7 составляет 0,4…0,6 максимальной высоты щели первой группы 6, а длины щелей составляют 0,15…0,3 длины канала.

После срабатывания воспламенителя подключается поверхность горения заряда, образованная каналом заряда и двумя группами щелей компенсатора прогрессивного горения. Наличие компенсатора прогрессивного горения обеспечивает уменьшение текущих отклонений поверхности горения от ее среднего значения, что в свою очередь уменьшает отклонения текущего давления и расхода. Выполнение компенсатора двумя группами обеспечивает уменьшение газоприхода от щели второй группы по сравнению с щелью первой группы и приводит к дополнительному перемешиванию поперечных потоков из щелей.

Щели первой группы создают основное перемешивание внутрипротекающего потока. Величина щелей второй группы не является значимой во влиянии на время работы двигателя, но является существенной в нарушении регулярности течения из щелей в канал и в усиленном дополнительном перемешивании внутрипротекающего потока.

На фиг. 3 представлены результаты сравнительного анализа результатов испытаний с замером тяги как для конструкции заряда с кольцевой проточкой (а), так и для конструкции заряда с компенсатором прогрессивного горения выполненного в виде двух групп разновеликих щелей (б). На выносках "А" фиг. 3 (а) и (б) в моменты времени (τ' - 0,05 … τ' + 0,05) приведены колебания тяги в увеличенных масштабах.

Как видно, предлагаемая конструкция заряда позволила уменьшить амплитуду колебаний тяги до 0,1 ее величины в случае компенсатора выполненного в виде кольцевой проточки.

Заряд твердого топлива содержит органопластиковый корпус, изготовленный методом спиральной намотки с защитно-крепящим слоем, нанесенным на внутреннюю поверхность корпуса, и скрепленное с ним твердое топливо посредством защитно-крепящего слоя. В топливе выполнены центральный канал и со стороны переднего торца щелевой компенсатор прогрессивного горения в виде двух групп щелей одинаковых по длине и разновеликих по высоте, причем высота щели второй группы составляет 0,4-0,6 высоты щелей первой группы, а длины щелей составляют 0,15-0,3 длины канала. Такое исполнение заряда твердого топлива уменьшает амплитуду колебаний тяги, величину максимальных нагрузок и величину пассивной массы изделия. 3 ил.

Заряд твердого топлива, состоящий из корпуса с защитно-крепящим слоем, нанесенным на его внутреннюю поверхность, заполненного топливом с выполненным в нем со стороны канала щелевым компенсатором прогрессивного горения, отличающийся тем, что компенсатор выполнен в виде двух чередующихся групп щелей одинаковых по длине и разновеликих по высоте, причем максимальная высота щели второй группы равна 0,4-0,6 максимальной высоты щели первой группы, а длины щелей составляют 0,15-0,3 длины канала.