Ракетный двигатель твердого топлива

Ракетный двигатель твердого топлива

Реферат

Изобретение относится к ракетной технике, в частности к ракетным двигателям твердого топлива (РДТТ) с вкладным пороховым зарядом.

Известен РДТТ с многошашечным вкладным зарядом, в котором для крепления заряда в камере используется сопловая диафрагма, перекрывающая проходное сечение сопла и препятствующая выбросу шашек из камеры (Б.В.Орлов, Ш.Ю.Мазинг "Термодинамические и баллистические основы проектирования ракетных двигателей на твердом топливе", "Машиностроение", 1968 г., стр.197).

Основным недостатком конструкции является разрушение заряда на диафрагме. При выстреле на заряд в камере действуют силы, прижимающие шашки к сопловой диафрагме, - перегрузка и перепад давления по длине камеры. При больших значениях перегрузки и перепада давления шашки разрушаются от чрезмерных контактных напряжений. При этом потери единичного импульса двигателя могут достигать 15-20% при значительной нестабильности внутрибаллистических характеристик.

Кроме того, при использовании пластичных порохов (например, на основе каучука) деформация шашки под действием прижимающей силы приводит к перекрытию проходных сечений диафрагмы - заряд как бы "затекает" между опорами диафрагмы. В результате происходит резкое повышение давления и разрушение камеры двигателя.

Указанные недостатки частично устранены в конструкции РДТТ с креплением шашек заряда на радиальных штифтах (пат. США №2549811, НКИ 60-35.6).

РДТТ содержит камеру сгорания, многошашечный пороховой заряд из канальных шашек твердого топлива и устройство крепления заряда. Устройство крепления заряда выполнено в виде центрального стержня с закрепленными на нем радиальными штифтами. Шашки подвешены вокруг стержня на радиальных штифтах, входящих в соответствующие сквозные отверстия в шашках на всю их длину.

Недостатком конструкции является частичное или полное перекрытие канала шашки радиальным штифтом, что приводит к ухудшению воспламенения шашки по каналу, нарушению процессов горения и течения газов в канале и, как следствие, к нестабильности работы двигателя и даже к разрушению шашки и двигателя.

Кроме того, центральный стержень, являясь силовым элементом конструкции, приводит к увеличению массы двигателя, особенно нерациональному при использовании одношашечного заряда.

Задачей настоящего изобретения является повышение стабильности работы двигателя с креплением заряда на радиальных штифтах.

Указанная задача решается тем, что в двигателе, содержащем камеру сгорания, канальный заряд твердого топлива и устройство крепления заряда на радиальных штифтах, штифты закреплены в стенке камеры сгорания, выполнены в количестве не менее двух в одном поперечном сечении заряда, длиной не более чем до середины горящего свода заряда. При этом осевое расстояние от торца заряда до штифта выполнено большим или равным половине толщины горящего свода, а на каждом штифте у поверхности заряда выполнен упор.

Выполнение штифтов в количестве не менее двух в одном поперечном сечении заряда, с упорами у поверхности заряда позволяет исключить перемещение заряда в радиальном направлении в течение всего времени его горения. Выполнение штифтов длиной не более чем до середины горящего свода позволяет исключить выступание штифтов в канал заряда в течение всего времени его горения. При больших значениях осевой силы, действующей на заряд в полете, можно увеличить количество штифтов в каждом сечении или разместить их в нескольких поперечных сечениях, разнесенных по длине заряда.

Выполнение осевого расстояния от торца заряда до штифта большим или равным половине толщины горящего свода заряда обеспечивает сохранение отверстия крепления штифта в течение всего времени горения заряда, что, в свою очередь, обеспечивает удержание заряда на штифте (особенно в случае расположение штифтов в передней части камеры).

Крепление штифтов в стенке камеры сгорания позволяет исключить дополнительный элемент узла крепления - стержень, что упрощает конструкцию и снижает ее массу.

На чертеже представлен вариант конструкции предлагаемого двигателя в разрезе. Двигатель содержит камеру сгорания 1, канальный одношашечный пороховой заряд 2, закрепленный на двух радиальных штифтах 3 за отверстия 4, выполненные в заряде со стороны сопла 5. Штифты 3 закреплены в резьбовых отверстиях стенки камеры сгорания 1 и выполнены длиной до середины горящего свода заряда 2. Толщина горящего свода - 2e₁. На штифтах 3 выполнены упоры 6, полученные выполнением пристеночной части штифта большего диаметра, чем отверстие в заряде. В передней части камеры 1 установлены центрирующие переднюю часть заряда четыре сухаря 7. Осевое расстояние от соплового торца заряда до штифтов выполнено равным 1,5e₁. На переднем дне камеры сгорания установлены воспламенитель 8 и электрозапал 9.

Работает двигатель следующим образом.

При срабатывании электрозапала 9 и воспламенителя 8 продукты сгорания последнего омывают наружную поверхность и поверхность канала заряда, зажигая его. При этом центрирующие сухари 7 и упоры 6 на штифтах 3 препятствуют смещению заряда 2 в радиальном направлении, обеспечивая равномерное воспламенение заряда по наружной поверхности и с канала. Продукты сгорания заряда 2 истекают из двигателя через сопло 5. Штифты 3 удерживают заряд 2 в камере сгорания 1, препятствуя выбросу его через сопло 5 в течение всего времени работы двигателя.

Таким образом, крепление заряда на штифтах, закрепленных в стенке камеры сгорания и выполненных длиной не более чем до середины горящего свода, обеспечивает надежное удержание заряда в течение всего времени работы двигателя, не нарушая при этом процесса воспламенения канала заряда и последующих процессов горения и течения продуктов сгорания по каналу.

Элементы представленного технического решения сформировались в процессе экспериментальной отработки двигателя, который в дальнейшем использовался при испытании опытных пороховых составов на основе каучука.

Ракетный двигатель твердого топлива, содержащий камеру сгорания, канальный заряд твердого топлива и устройство крепления заряда на радиальных штифтах, отличающийся тем, что штифты закреплены в стенке камеры сгорания, выполнены в количестве не менее двух в одном поперечном сечении заряда, длиной не более чем до середины горящего свода заряда, причем осевое расстояние от торца заряда до штифта выполнено большим или равным половине толщины горящего свода, а на каждом штифте у поверхности заряда выполнен упор.