Ракетная двигательная установка с устройством диспергирования твёрдого топлива Российский патент 2020 года по МПК F02K9/70 F02K9/24 

Изобретение относится к ракетно-космической технике, в частности, к ракетным двигателям. Изобретение позволяет использовать твердое топливо для ракет, работающих на жидкостных реактивных двигателях за счет устройств принудительного гранулирования и диспергирования, с последующим смешиванием с окислителем и подачей в камеру сгорания.

Изобретение направлено на снижение требований к температурным и влажностным режимам хранения ракет, а также для придания твердотопливным ракетам возможности вращения соплового аппарата относительно топливного ствола для обеспечения возможности маневрирования.

Известны РДТТ на основе смесевого резиноподобного топлива типа «ОПАЛ» и на основе пороховых шашек.

РДТТ, в которых используется «ОПАЛ», резиноподобное топливо конструктивно прочно скрепляют с корпусом двигателя и с каналом сгорания звездообразной формы. Двигательная установка условно делится на две части: корпус и сопловой блок с камерой сгорания. Корпус выполнен из композитных материалов, а сопловой блок выполнен в виде частично утопленного в камеру сгорания сопла.

Несмотря на соблюдение требований ТВР к хранению РДТТ на основе топлива «ОПАЛ», его резиноподобная основа при длительном хранении разрушается (расслаивается, т.е. образуются трещины), что негативно сказывается на безопасности применения (равномерности сгорания) и энергетических характеристиках.

РДТТ на основе пороховых шашек представляет собой пороховую шашку, размещенную целиком в камере сгорания. РДТТ на основе пороховых шашек применялись в небольших изделиях, таких как ракеты РСЗО и PC в авиации в годы Великой Отечественной войны. В данный момент основное назначение РДТТ с пороховыми шашками в сигнальных ракетах.

Время работы и тяга двигателя на пороховых шашках зависит от величины пролетного пространства и его формы (в том числе от профиля порохового заряда). Хранятся значительно дольше, так как различные микротрещины в топливе не влияют на надежность, но имеют куда более низкие энергетические характеристики.

Наиболее близким по технической сущности является пылеугольная горелка, представляющая собой корпус с патрубком для подвода воздуха и центральной трубы, вместе представляющие собой конструкцию, обеспечивающую подачу смеси воздуха и угольной пыли, которая расположена внутри вспомогательной газовой горелки со своим автономным газовым патрубком. Данная центральная труба выполнена в виде двух концентрически расположенных металлических обечаек с огнеупорной прокладкой между ними. На выходном торце центрального патрубка установлена коническая насадка. Вокруг вспомогательной горелки дополнительно установлена обечайка для подвода воздуха с размещенным в ней завихрителем.

Недостатком пылеугольной горелки для использования ее в качестве ракетной двигательной установки является отсутствие конструктивно совмещенного с ней диспергирующего устройства для измельчения твердого топлива ракеты и для придания ему свойств сыпучести эквивалентного текучести жидкому ракетному топливу с целью использования его в жидкостных реактивных двигателях. А также отсутствие устройства (тракта), позволяющего подавать топливо в диспергирующее устройство с заданными динамическими параметрами.

Задачей изобретения является повышение стабильности горения твердого топлива и снижение требований к температурным и влажностным режимам хранения ракет, а также для придания твердотопливным ракетам возможности вращения двигательной установки относительно топливного ствола для обеспечения маневрирования.

Требуемый технический результат достигается тем, что в устройстве реализуется измельчение твердого топлива до состояния пылеобразной субстанции, которая может подаваться в камеру сгорания как жидкое топливо.

Сущность изобретения поясняется чертежом на фиг. 1, где представлены: 1 - поршень, толкающий топливо; 2 - корпус с твердым топливом; 3 - заряд твердого топлива; 4 - предварительный измельчитель; 5 - опоры; 6 - направляющие воронки; 7 - диспергирующий измельчитель; 8 - бак с окислителем; 9 - краны; 10 - бак с горючим; 11 - газовый трубопровод; 12 - газовые турбины; 13 - газовый редуктор; 14 - камера сгорания; 15 - газовый отвод.

Устройство работает следующим образом: предварительное зажигание создается за счет сгорания затравочных объемов горючего и окислителя из баков 8 и 10, которые создают необходимое давление газов в камере сгорания 14. Газы, образовавшиеся в камере сгорания, через редуктор 13 поступают на турбины 12, которые приводят в действие устройство диспергирования, состоящее из предварительного измельчителя 4 и диспергирующего измельчителя 7. С помощью поршня 1 заряд твердого топлива 3 подается на предварительный измельчитель 4 под действием газа, поступающего по газовому трубопроводу 11 из камеры сгорания 14. Твердое топливо, пройдя предварительный измельчитель, через направляющую воронку 6 поступает на диспергирующий измельчитель, который преобразует гранулы твердого топлива в пылеобразную субстанцию. Твердое топливо, преобразованное в пылеобразную субстанцию через направляющую воронку поступает в камеру сгорания, где происходит его сгорание с выделением газа для создания тяги и отбора газовым отводом 15 части газа для поддержания давления над поршнем 1 и, тем самым, поддержания требуемой скорости подачи заряда твердого топлива 3 из корпуса 2 в диспергирующий измельчитель 7 через трубопровод 11.

Источники информации

1. RU 2317664 С1.

2. Твердые ракетные топлива / А.И. Силантьев, Ракетная техника. - М: Воениздат, 1964. - 80 с.

3. Ракеты на твердом топливе в России / В.Н. Сокольский. - М: 1963.

4. Двигатели ракет на твердом топливе / В.В. Рожков - М: 1971.

5. Космические твердотопливные двигатели / Г.А. Назаров, В.И. Прищепа. - М: Знание, 1989, №7.

6. Ракетные двигатели твердого топлива / И.Х. Фахрутдинов. - М: Рипол Классик. 1981.

Изобретение относится к ракетно-космической технике, в частности к ракетным двигателям. Ракетная двигательная установка с устройством диспергирования твердого топлива включает корпус, заполненный твердым топливом, сопловой блок с камерой сгорания, а также поршень, турбины и газовый редуктор. Устройство диспергирования твердого топлива выполнено в виде предварительного и диспергирующего измельчителей. Поршень выполнен с возможностью подачи твердого топлива на предварительный измельчитель под действием газа, поступающего по газовому трубопроводу из камеры сгорания. После предварительного измельчителя топливо через направляющую воронку подается на диспергирующий измельчитель и затем через направляющую воронку в камеру сгорания. Турбины выполнены с возможностью приведения в действие каждого из измельчителей под действием газа, поступающего из камеры сгорания, причем газ из камеры сгорания подается на турбины и поршень через газовый редуктор. Изобретение позволяет повысить стабильность горения твердого топлива и снизить требования к температурным и влажностным режимам хранения ракет. 1 ил.

Ракетная двигательная установка с устройством диспергирования твердого топлива, состоящая из корпуса, заполненного твердым топливом, и соплового блока с камерой сгорания, отличающаяся тем, что содержит поршень, турбины и газовый редуктор, причем устройство диспергирования твердого топлива выполнено в виде предварительного и диспергирующего измельчителей, поршень выполнен с возможностью подачи твердого топлива на предварительный измельчитель под действием газа, поступающего по газовому трубопроводу из камеры сгорания, после предварительного измельчителя топливо через направляющую воронку подается на диспергирующий измельчитель и затем через направляющую воронку в камеру сгорания, турбины выполнены с возможностью приведения в действие каждого из измельчителей под действием газа, поступающего из камеры сгорания, причем газ из камеры сгорания подается на турбины и поршень через газовый редуктор.