Способ воспламенения заряда рдтт и ракетный двигатель для его реализации

Способ воспламенения заряда рдтт и ракетный двигатель для его реализации

Реферат

Изобретение относится к области ракетной техники, а именно к ракетным двигателям твердого топлива (РДТТ) и способам воспламенения их зарядов.

Известен способ воспламенения заряда ракетного двигателя твердого топлива, выбранный за прототип, включающий зажжение и горение воспламенителя, распространение его продуктов горения вдоль заряда, нагрев его поверхности и воспламенение за счет тепла газов воспламенителя, который располагается обычно у переднего дна камеры сгорания [Внутренняя баллистика ствольных систем и пороховых ракет. М.Е.Серебряков - М.: Оборонгиз, 1962, стр.255]. Способ реализуется ракетным двигателем твердого топлива, содержащим камеру сгорания с сопловым блоком, воспламенитель и многошашечный заряд с опорными решетками. Воспламенитель, имеющий тонкостенный корпус из алюминиевого сплава, внутри которого помещен дымный ружейный порох или пиротехнический состав, расположен у переднего дна камеры сгорания на ее оси [Основы устройства и конструирования летательных аппаратов. В.Н.Новиков, Б.М.Авхимович, В.Е.Вейтин - М.: Машиностроение, 1991, стр.119, 127]. Данное расположение воспламенителя обеспечивает надежное зажжение заряда малого относительного удлинения (отношение длины шашки к ее наружному диаметру L/D≤3÷5), так как продукты горения воспламенителя омывают всю поверхность заряда, и надежную работу двигателя при отсутствии жестких требований по разбросам выходных характеристик.

Однако при воспламенении известным способом заряда из тонкостенных шашек большого относительного удлинения (когда отношение длины шашки к ее наружному диаметру L/D>7) по длине заряда возникает значительный перепад давления, под действием которого частично разрушаются торцевые опорные поверхности шашек заряда в местах их контакта с задней опорной решеткой. Это приводит к произвольному увеличению поверхности горения заряда, созданию запредельного давления в камере сгорания двигателя и, как следствие, к разрушению двигателя. Возможное уменьшение массы воспламенителя снижает перепад давления по длине заряда, но одновременно снижается и надежность воспламенения заряда при отрицательных температурах.

Кроме того, вследствие высокой скорости газового потока у поверхности указанного заряда, скорость горения на торце заряда возрастает, что приводит к превращению цилиндрической шашки в коническую, а значит к уменьшению опорной поверхности заряда, в результате чего происходит разрушение шашек и двигатель теряет свою работоспособность. Подобное явление наиболее характерно при крайних значениях плюсовых температур эксплуатации двигателя, когда механические характеристики топлива значительно ниже, чем при нормальных климатических условиях.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение надежности ракетного двигателя твердого топлива с зарядом большого относительного удлинения в широком температурном диапазоне применения.

Решение поставленной задачи достигается способом воспламенения заряда РДТТ, включающим зажжение воспламенителя, распространение его продуктов горения на заряд, нагрев поверхности заряда и последующее его воспламенение, в котором продукты горения воспламенителя, размещенного в полузамкнутой полости камеры сгорания двигателя, первоначально направляют на передний торец заряда и после воспламенения части его поверхности организуют подачу продуктов горения воспламенителя к заднему торцу заряда, а после сгорания воспламенителя продукты горения заряда, образующиеся у переднего торца, перепускают через полость в предсопловой объем двигателя.

Способ реализуется ракетным двигателем твердого топлива, содержащим камеру сгорания с сопловым блоком, воспламенитель и многошашечный заряд с опорной решеткой, в котором на опорной решетке, со стороны соплового блока соосно камере, закреплена трубка, разделенная на две полости перегородкой со сквозными отверстиями, закрытыми мембраной, установленной между торцом перегородки и торцом воспламенителя, размещенного в полости, обращенной к переднему торцу заряда, при этом между свободным концом трубки и передним дном камеры сгорания образован кольцевой канал, площадь которого выбрана из условия

S_отв.<S_кан.<S_тр.,

где

S_кан. - площадь канала;

S_отв. - суммарная площадь отверстий перегородки;

S_тр. - площадь поперечного сечения трубки.

Наличие трубки, закрепленной на опорной решетке со стороны соплового блока соосно с камерой, разделенной на полости перегородкой со сквозными отверстиями, и размещение воспламенителя требуемой массы в полузамкнутой полости исключают непосредственный контакт воспламенителя в процессе его горения с тонкостенными шашками заряда при его зажжении, что снижает радиальные изгибные нагрузки на шашки заряда. Учитывая, что полость постоянно сообщается с передней частью камеры сгорания двигателя, продукты сгорания воспламенителя по мере подключения его поверхности к процессу горения постоянно отводятся из полости, что снижает уровень давления в полости и уменьшает массу конструкции. Вскрытие отверстий в перегородке после воспламенения торцевой части поверхности заряда, обеспечивающее подачу через них продуктов горения воспламенителя к заднему торцу заряда, позволяет уменьшить осевой перепад давления по длине шашек и исключить разрушение их опорной поверхности в процессе воспламенения. Обеспечение перетекания продуктов горения заряда после сгорания воспламенителя от переднего торца заряда в предсопловой объем двигателя через полость, в которой ранее располагался воспламенитель, снижает расход продуктов горения через сечение, расположенное у опорной поверхности заряда, и скорость газового потока у поверхности заряда. В результате снижается скорость горения топлива у опорной поверхности шашек, исключается уменьшение опорной поверхности заряда, а также разрушение заряда в начале и конце работы двигателя, что повышает надежность его работы и уменьшает разброс выходных характеристик.

Наличие мембраны исключает перетекание продуктов горения воспламенителя к заднему торцу заряда до момента зажжения заряда от переднего торца. Кольцевой канал между свободным концом трубки и передним дном камеры сгорания обеспечивает равномерное распределение продуктов сгорания воспламенителя по поперечному сечению камеры сгорания, благодаря чему уменьшаются боковые нагрузки на шашки заряда. При соотношении площадей

S_отв.<S_кан.<S_тр.,

где

S_кан. - площадь канала;

S_отв. - суммарная площадь отверстий перегородки;

S_тр. - площадь поперечного сечения трубки.

обеспечивается оптимальный режим одностороннего течения продуктов сгорания заряда от переднего торца в предсопловой объем двигателя после сгорания воспламенителя. Воспламенитель может быть выполнен в виде навески дымного ружейного пороха, помещенной в стакан из полимерного материала, наружный диаметр которого равен внутреннему диаметру трубки. В этом случае мембраной может служить корпус стакана из полимерного материала, который дополнительно позволит обеспечить фиксацию воспламенителя в двигателе.

Предлагаемое изобретение поясняется графическими материалами.

На чертеже представлена схема, поясняющая способ воспламенения и конструкцию двигателя, реализующего указанный способ.

Ракетный двигатель твердого топлива содержит камеру сгорания 1 с сопловым блоком 2, воспламенитель 3 и многошашечный заряд 4. На опорной решетке 5 со стороны соплового блока 2 соосно с камерой закреплена трубка 6, внутри которой установлена перегородка 7, разделяющая трубку на две полости. В перегородке 7 выполнены отверстия 8, закрытые разрушаемой мембраной 9. Воспламенитель 3 помещен в полость 12 трубки со стороны переднего торца заряда и зафиксирован на ее оси. Между свободным концом трубки 6 и передним дном камеры сгорания образован кольцевой канал 10. Зажжение воспламенителя 3 осуществляется от инициирующего устройства 11, расположенного напротив воспламенителя.

Предлагаемый способ реализуются следующим образом.

От инициирующего устройства, например электровоспламенителя 11, происходит зажжение воспламенителя 3, размещенного в полости 12. Продукты сгорания воспламенителя по кольцевому каналу 10 подаются на передний торец заряда 4 и воспламеняют его. После воспламенения заряда разрушается мембрана 9, и продукты сгорания воспламенителя 3 через отверстия 8 в перегородке 7, установленной в трубке 6, поступают к заднему торцу заряда 4 и воспламеняют его. После сгорания воспламенителя 3 продукты сгорания заряда 4 перетекают от переднего торца через полость 12 и отверстия 8 в перегородке 7 в предсопловой объем, смешиваются с продуктами сгорания, поступающими через опорную решетку 5 и выбрасываются через сопловой блок 2, создавая тягу двигателя. Соотношение продуктов сгорания заряда, поступающих в предсопловой объем через отверстия 8 в перегородке 7 и через опорную решетку 5, определяется как S_отв./S_реш, где S_реш - суммарная площадь отверстий для прохода газа в решетке.

Масса воспламенителя, геометрические размеры трубки, количество отверстий в перегородке и конструктивные параметры заряда определяются в каждом конкретном случае расчетным путем и уточняются в процессе экспериментальной отработки двигателя.

Таким образом, предложенный способ воспламенения заряда РДТТ и ракетный двигатель для его реализации позволяют повысить надежность ракетного двигателя твердого топлива с зарядом большого относительного удлинения в широком температурном диапазоне применения.

1. Способ воспламенения заряда РДТТ, включающий зажжение воспламенителя, распространение его продуктов горения на заряд, нагрев поверхности заряда и последующее его воспламенение, отличающийся тем, что продукты горения воспламенителя, размещенного в полузамкнутой полости камеры сгорания двигателя, первоначально направляют на передний торец заряда и после воспламенения части его поверхности организуют подачу продуктов горения воспламенителя к заднему торцу заряда, а после сгорания воспламенителя продукты горения заряда, образующиеся у переднего торца, перепускают через полость в предсопловой объем двигателя.

2. Ракетный двигатель твердого топлива, содержащий камеру сгорания с сопловым блоком, воспламенитель и многошашечный заряд с опорной решеткой, отличающийся тем, что на опорной решетке со стороны соплового блока соосно камере закреплена трубка, разделенная на две полости перегородкой со сквозными отверстиями, закрытыми мембраной, установленной между торцом перегородки и торцом воспламенителя, размещенного в полости, обращенной к переднему торцу заряда, при этом между свободным концом трубки и передним дном камеры сгорания образован кольцевой канал, площадь которого выбрана из условия

S_отв.<S_кан.<S_тр.,

где S_кан. - площадь канала;

S_отв. - суммарная площадь отверстий перегородки;

S_тр. - площадь поперечного сечения трубки.