Двухсопловой ракетный двигатель твердого топлива (РДТТ) с многошашечным зарядом Российский патент 2023 года по МПК F02K9/30 F02K9/32 

Изобретение относится к области ракетно-космической техники и может быть использовано при проектировании двигателя твердого топлива специального назначения.

Известно, что в конструкциях РДТТ специального назначения, выполняющих функции торможения, разделения, увода с траектории полета и закрутки летательных аппаратов, используются двухсопловые двигатели с многошашечным зарядом. В известном двигателе, представленном на рисунке 1 (B.C. Мухамедов «Твердотопливные двигатели специального назначения», Санкт-Петербург, 2018 г., стр. 74 рисунок 2.18) (принят за прототип) содержится корпус с двумя сопловыми блоками, многошашечный заряд, состоящий из двух частей, расположенных на одной оси, и воспламенитель, также состоящий из двух частей и расположенный между зарядом и пиросредством.

Недостатком данной конструкции является то, что по условию компоновки на летательном аппарате и с целью обеспечения заданных габаритно-массовых характеристик расположение частей заряда вдоль главной оси двигателя не всегда является оптимальным.

Известен РДТТ (см. патент RU №2678602, приоритет с 25.12.2017 г., аналог), в котором корпус с многошашечным зарядом, расположенным между опорными решетками, и двумя газосвязанными соплами, в предсопловых объемах которого соосно с главной осью двигателя закреплены два воспламенителя, соединенных с пиросредствами газовыми каналами.

Недостатком такой конструктивной схемы является то, что в отличии от конструктивной схемы прототипа, где продукты сгорания воспламенителя движутся через каналы шашек и далее через предсопловой объем к соплу, в аналоге продукты сгорания воспламенителя направляются навстречу друг другу, при этом потоки продуктов сгорания не «омывают» поверхности каналов шашек, а только заполняют свободный объем двигателя, что существенно снижает скорость нагрева поверхностей шашек, так как коэффициент теплоотдачи при свободной конвекции значительно меньше, чем при вынужденной, что увеличивает время процесса воспламенения и его разбросы и делает процесс воспламенения менее стабильным.

Задачей изобретения является разработка конструкции двигателя с малым временем воспламенения и его стабилизации путем интенсификации процесса нагрева поверхностей горения заряда.

Поставленная задача решается за счет того, что в двухсопловом РДТТ с многошашечным зарядом, установленным в корпусе между опорными решетками, двумя воспламенителями и двумя пиросредствами, расположенными по обе стороны от торцов заряда, причем воспламенители, расположенные по обе стороны от торцов заряда, зеркально-симметрично смещены относительно главной оси двигателя, а расходные отверстия воспламенителей обращены к торцам заряда, причем ось расходного отверстия каждого воспламенителя совпадает с осью внутреннего канала одной из шашек заряда, находящейся напротив воспламенителя, а расстояние от плоскости выходного отверстия воспламенителя до торца заряда не более двух диаметров выходного отверстия воспламенителя. Кроме того, половина плоскости опорных решеток перекрыта экранами в виде пластин, изготовленных из пороха того же состава, что и шашки, а их толщина обеспечивает время сгорания, равное времени сгорания воспламенителя, причем зона расположения экранов по сечению опорной решетки противоположна зоне размещения воспламенителей, при этом высота ребра жесткости опорных решеток обеспечивает зазор между экраном и плоскостью опорных колец, величина которого определяется по формуле

где:

h - величина зазора;

- максимальный радиус экрана;

π=3,14;

- суммарная площадь каналов шашек заряда.

Предложенный способ воспламенения и конструкция РДТТ поясняется чертежами:

Фиг. 1 - Конструкция двухсоплового РДТТ и схема движения продуктов сгорания при воспламенении заряда;

Фиг. 2 - Конструкция двухсоплового РДТТ с дополнительными экранами и схема движения продуктов сгорания при воспламенении заряда.

РДТТ состоит из корпуса (1), заряда (2), двух воспламенителей (3), двух сопел (4), двух пиросредств (5), опорных решеток (6) в виде коаксиальных колец, число которых обеспечивает фиксацию шашек, и ребер жесткости (7). Кроме того, дополнительно для повышения эффективности нагрева поверхностей заряда половина проходных отверстий опорных решеток закрыта экранами (8) в виде пластин, скрепленных с опорной решеткой.

Функционирует РДТТ следующим образом: после подачи команды на задействование пиросредств (5) происходит их срабатывание с образованием форса пламени, воздействующего на воспламенители (3). Продукты сгорания воспламенителей направляются в сторону торцов заряда (2), при этом расстояние от плоскости выходного сечения воспламенителя до торца заряда не более двух диаметров выходного отверстия воспламенителя, что обеспечивает минимальное падение скорости продуктов сгорания воспламенителя у торца заряда с противоположных сторон (см. Г.Н. Абрамович, "Прикладная газовая динамика", Москва, изд. Наука, главная редакция физико-математической литературы, 1969 г., стр. 348, рисунок 7.9), создавая потоки, проходящие по разным каналам шашек в противоположных направлениях, при этом скорости потоков равны, зоны расположения каналов шашек с противоположным направлением течения потоков равны и зеркально - симметричны относительно главной оси заряда, что способствует более интенсивному процессу нагрева поверхностей заряда и стабилизации времени его воспламенения. Продукты сгорания заряда твердого топлива, истекая из двух сопел (4), создают реактивную тягу, при этом, в силу симметричности конструкции РДТТ и симметричности потоков газа и равенства их скоростей, давления в предсопловых объемах РДТТ одинаковы, что обеспечивает стабильность величины и направления суммарного вектора тяги. Дополнительно для большей интенсификации процесса нагрева поверхностей заряда в начальный период воспламенения опорные решетки (6) в виде коаксиальных колец, число которых обеспечивает фиксацию шашек, и ребер жесткости (7) дополняются экранами (8) в виде пластин, изготовленных из пороха того же состава, что и шашки, а их толщина обеспечивает время сгорания, равное времени сгорания воспламенителя, причем зона расположения экранов по сечению опорной решетки противоположна зоне размещения воспламенителя, при этом высота ребра жесткости опорных решеток обеспечивает зазор между экраном и плоскостью опорных колец, что образует площадь прохода продуктов сгорания воспламенителя на выходе из каналов шашек заряда, обеспечивающую минимальное сопротивление, которое предотвращает повышение давления продуктов сгорания в каналах заряда и снижение скорости потока. После воспламенения заряда потоком продуктов сгорания экраны сгорают, обеспечивая штатное течение газа в РДТТ.

Данное изобретение позволяет сократить время процесса воспламенения и его разбросы, а также делает этот процесс более стабильным.

Изобретение относится к области ракетно-космической области и может быть использовано при создании двигателей, выполняющих функции торможения, разделения, увода с траектории полета и закрутки летательных аппаратов. Двухсопловой ракетный двигатель твердого топлива (РДТТ) с многошашечным зарядом, установленным в корпусе между опорными решетками, двумя воспламенителями и двумя пиросредствами, расположенными по обе стороны от торцов заряда, согласно изобретению воспламенители, расположенные по обе стороны от торцов заряда, зеркально-симметрично смещены относительно главной оси, а расходные отверстия воспламенителей обращены к торцам заряда, причем ось расходного отверстия каждого воспламенителя совпадает с осью внутреннего канала одной из шашек заряда, находящейся напротив воспламенителя. Расстояние от плоскости выходного отверстия воспламенителя до торца заряда не более двух диаметров выходного отверстия воспламенителя. Приведена конструкция РДТТ, поясняющая взаимное расположение заряда, воспламенителей и дополнительных экранов в двух иллюстрациях. Изобретение обеспечивает сокращение времени воспламенения и его стабилизации путем интенсификации процесса нагрева поверхностей горения заряда твердого топлива. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Двухсопловой ракетный двигатель твердого топлива (РДТТ) с многошашечным зарядом, установленным в корпусе между опорными решетками, двумя воспламенителями и двумя пиросредствами, расположенными по обе стороны от торцов заряда, отличающийся тем, что воспламенители, расположенные по обе стороны от торцов заряда, зеркально-симметрично смещены относительно главной оси, а расходные отверстия воспламенителей обращены к торцам заряда, причем ось расходного отверстия каждого воспламенителя совпадает с осью внутреннего канала одной из шашек заряда, находящейся напротив воспламенителя.

2. Двухсопловой РДТТ по п. 1, отличающийся тем, что расстояние от плоскости выходного отверстия воспламенителя до торца заряда не более двух диаметров выходного отверстия воспламенителя.

3. Двухсопловой РДТТ по п. 1, отличающийся тем, что половина плоскости опорных решеток перекрыта экранами в виде пластин, изготовленных из пороха того же состава, что и шашки, а их толщина обеспечивает время сгорания, равное времени сгорания воспламенителя, причем зона расположения экранов по сечению опорной решетки противоположна зоне размещения воспламенителей, при этом высота ребра жесткости опорных решеток обеспечивает зазор между экраном и плоскостью опорных колец, величина которого определяется по формуле

где:

h - величина зазора;

- максимальный радиус экрана;

π=3,14;

ΣF_кш - суммарная площадь каналов шашек заряда.