Ракетный двигатель твёрдого топлива с двумя режимами расхода продуктов сгорания Российский патент 2021 года по МПК F02K9/90 

Изобретение относится к области создания ракетных двигателей твердого топлива, а именно двигателей специального назначения с двумя режимами расхода продуктов сгорания.

Изменение расхода продуктов сгорания обеспечивается в первую очередь геометрическими характеристиками заряда и скоростью его горения.

Известны конструкции двигателей с двухсоставными зарядами твердого топлива (Конструкция и отработка РДТТ. Под редакцией д-ра техн. наук проф. А.М. Виницкого, М.: Машиностроение, 1980 г., стр. 17, рис. 2.2,а). Такие конструкции позволяют для известных топливных составов регулировать газоприход изменением формулярной скорости горения (скорость горения при одном и том же давлении, например, при р=70 кгс/см²) даже в рамках одного состава за счет катализаторов и дисперсности компонентов в ~1,5раза.

Уменьшение двигательной скорости горения с учетом уменьшения давления в камере сгорания позволяет уменьшить расход в ~2÷2,5 раза. Применение же составов с существенно отличающейся формулярной скоростью горения (в ~2÷3 раза) приводит к существенному снижению энергетики и трудностям при изготовлении и длительном хранении двигателей.

Для исключения указанных недостатков может использоваться конструкция заряда с изменяемой поверхностью горения (там же, рис. 2.2,б), которая принята авторами за прототип. Недостатком такой конструкции является увеличение габаритов и пассивной массы двигателя.

Задача изобретения - создание двухрежимного РДТТ с высоким регулированием тяги и расхода на последовательных режимах с уменьшенными габаритами и пассивной массой конструкции.

Поставленная задача решается тем, что в РДТТ, содержащем корпус с передним дном и зарядом торцевого горения переменной площади поперечного сечения, крышку с регулируемыми сопловыми блоками и воспламенительное устройство, дополнительно заряд выполнен двухсоставным. В корпусе со стороны переднего дна установлен кольцевой вкладыш из инертного материала, соосный с корпусом и заполненный медленногорящим составом, периферийная поверхность вкладыша сопряжена с боковой поверхностью и поверхностью переднего дна корпуса, а торцевая поверхность вкладыша, граничащая с быстрогорящим топливом, выполнена конгруэнтной с торцевой поверхностью горения заряда.

Конструкция РДТТ пояснена графически фиг. 1.

РДТТ содержит корпус с передним дном 1, пристыкованную к нему крышку 2 с сопловыми блоками 3 и воспламенительное устройство 4. В корпусе 1 со стороны его переднего дна установлен кольцевой вкладыш из инертного материала 5 с полостью 6, сопряженный своей периферийной поверхностью с боковой и донной поверхностями корпуса 1. Корпус 1 содержит заряд твердого топлива торцевого горения из состава с повышенной скоростью горения 7 и состава с пониженной скоростью горения 8 в полости 6 кольцевого вкладыша 5. Различие скоростей горения в рамках одного и того же паспорта на топливо обеспечивается различным содержанием катализаторов и дисперсностью компонентов. Торцевая поверхность вкладыша 5, обращенная к крышке 2, конгруэнтна с торцевой поверхностью горения заряда 9. Введение вкладыша из инертного материала 5 позволяет упростить технологию изготовления и уменьшить пассивную массу корпуса за счет исключения тяжелых сварных элементов. Введение второго медленногорящего состава 8 позволяет уменьшить длину заряда и массу вкладыша 5. Конгруэнтность торцевых поверхностей вкладыша 5 и заряда 9 обеспечивает исключение нерабочих остатков быстрогорящего топлива на переходном режиме.

РДТТ работает следующим образом. При задействовании и срабатывании воспламенительного устройства 4 загорается заряд твердого топлива (состав с повышенной скоростью горения 7) по торцевой поверхности 9. Расход продуктов сгорания твердого топлива происходит через сопловые блоки 3, позволяющие регулировать тягу по каналам управления. При подходе фронта горения заряда к поверхности раздела быстрогорящего состава 7 и медленно горящего состава 8 одновременно происходит уменьшение поверхности горения (из-за конгруэнтности торцевых поверхностей вкладыша 5 и заряда 9) и скорости горения (из-за подключения медленно горящего состава).

При этом уменьшение формулярной скорости горения в ~1,5 раза в сочетании с уменьшением поверхности горения на 30% позволяет уменьшить расход и располагаемую тягу в ~5÷7 раз (для топлив с показателем степени в законе скорости горения v=0,35).

Такая конструкция двигателя позволяет уменьшить его длину на 8÷10% и пассивную массу на ~4%.

Ракетный двигатель твердого топлива содержит корпус с передним дном и с зарядом торцевого горения переменной площади поперечного сечения, крышку с сопловыми блоками и воспламенительное устройство. Дополнительно заряд выполнен двухсоставным. В корпусе со стороны переднего дна установлен кольцевой вкладыш из инертного материала, соосный с корпусом и заполненный медленногорящим составом, периферийная поверхность вкладыша сопряжена с боковой поверхностью и поверхностью переднего дна корпуса, а торцевая поверхность вкладыша, граничащая с быстрогорящим топливом, выполнена конгруэнтной с торцевой поверхностью горения заряда. Введение вкладыша из инертного материала позволяет упростить технологию изготовления и уменьшить пассивную массу корпуса. Введение второго медленногорящего состава позволяет уменьшить длину заряда и массу вкладыша. Конгруэнтность торцевых поверхностей вкладыша и заряда обеспечивает исключение нерабочих остатков быстрогорящего топлива на переходном режиме. Такая конструкция двигателя позволяет улучшить его габаритно-массовые характеристики. 1 ил.

Ракетный двигатель твердого топлива, состоящий из корпуса с передним дном и прочноскрепленным с ним зарядом твердого топлива торцевого горения переменной площади поперечного сечения, крышки с регулируемыми по площади критических сечений сопловыми блоками и воспламенительного устройства, отличающийся тем, что в корпусе со стороны переднего дна установлен кольцевой вкладыш из инертного материала, сопряженный с боковой и донной поверхностями корпуса, полость которого заполнена составом с уменьшенной по сравнению с основным составом скоростью горения, а граница раздела основного состава и вкладыша конгруэнтна торцевой поверхности горения заряда.