Ракетный двигатель твердого топлива

Ракетный двигатель твердого топлива

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к ракетной технике и может быть использовано при создании твердотопливных ракетных двигателей (РДТТ), в особенности, имеющих большой коэффициент объемного заполнения, в частности, с глухим каналом.

Известны конструкции РДТТ, содержащие заряд с глухим каналом или заряд с узким сквозным каналом и раскрепленными полностью или частично горящими торцами. Эти РДТТ характеризуются тем, что значительную часть первоначальной поверхности горения заряда (>50%) составляют торцы, которые в начальный момент работы двигателя поджаты к теплозащитному покрытию корпуса РДТТ или имеют с ним незначительный зазор. Из-за этого при использовании воспламенителей традиционной конструкции эти двигатели имеют очень затянутый и нестабильный по времени выход на режим (воспламенение заряда и набор рабочего давления в камере), что влечет за собой значительные потери энергетических характеристик (баллистической эффективности) двигателя и потребность в повышенных управляющих усилиях на начальном участке работы (который характеризуется максимальным уровнем возмущающих воздействий), что приводит к увеличению пассивной массы двигателя и, опять же, снижению баллистической эффективности.

Известен РДТТ, содержащий корпус с центральным утопленным соплом, заряд с центральным каналом, установленный на утопленной части сопла воспламенитель, состоящий из заполненного пиросоставом корпуса в виде трубчатого кольца с перфорацией в виде отверстий, расположенных по окружности, и направленных внутрь (вдоль стенки) канала заряда (В.В.Калинин и др. "Нестационарные процессы и методы проектирования узлов РДТТ", М., Машиностроение, 1986, стр.17, 18, рис.1.7). Если основная часть первоначальной поверхности горения заряда создается за счет горящих торцев (заряды с малым диаметром или малым удлинением канала), то двигателю будут присущи указанные выше недостатки: затянутый, нестабильный выход на режим с соответствующим снижением баллистической эффективности и увеличением пассивной массы.

Технической задачей настоящего изобретения является улучшение энергетических характеристик двигателя за счет обеспечения более быстрого и стабильного воспламенения заряда по всей поверхности горения.

Технический результат достигается тем, что в известном РДТТ, содержащем корпус с центральным утопленным соплом, заряд с центральным каналом, установленный на утопленной части сопла воспламенитель, состоящий из заполненного пиросоставом корпуса в виде трубчатого кольца с перфорацией в виде отверстий, расположенных по окружности и направленных внутрь (вдоль стенки) канала заряда, в воспламенителе дополнительно выполнена перфорация в виде отверстий, направленных в зону сопряжения горящего торца и канала заряда.

Кроме того, отверстия, образующие перфорацию, могут быть расположены по периметру воспламенителя группами, между которыми перфорация отсутствует, а корпус воспламенителя может быть выполнен в виде одной или нескольких частей трубчатого кольца, между концами которых по периметру имеются промежутки.

Фиг.1 показывает ракетный двигатель твердого топлива, выполненный в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.2 - местный вид I на фиг.1 (увеличено).

Фиг.3 - движение газовых потоков в зазоре вдоль торца заряда.

Фиг.4 - движение газовых потоков в зазоре при расположении отверстий на воспламенителе группами.

Фиг.5 - движение газовых потоков в зазоре при выполнении воспламенителя из нескольких частей.

На фиг.1 показан РДТТ, состоящий из корпуса 1, центрального сопла 2, заряда твердого топлива 3 с глухим каналом 4 и раскрепленным, частично бронированным горящим торцем 5. В районе зоны сопряжения 7 стенки канала и горящего торца заряда расположен воспламенитель 6.

Воспламенитель 6 состоит из корпуса 8 (фиг.2), представляющего из себя трубчатое кольцо (кольцевую трубу) и снаряженного пиросоставом 9. На корпусе воспламенителя выполнена перфорация в виде двух групп отверстий, расположенных по окружностям. Отверстия первой группы 10 направлены внутрь канала заряда вдоль его стенки, а отверстия другой группы 11 направлены в зону сопряжения 7 стенки канала и горящего торца 5 заряда твердого топлива.

При задействовании воспламенителя поток горячих газов из отверстий первой группы поджигает поверхность канала заряда. Поскольку на всех зарядах в зоне сопряжения стенки канала и торца заряда выполняется коническая фаска для захода газов в застойную область, то при истечении газов из отверстий второй группы в этой зоне создается область повышенного давления за счет торможения и разворота потока газов. Появляется так называемый "расклинивающий" эффект, вследствие чего образуется (увеличивается) зазор между торцем заряда и ТЗП 12 корпуса двигателя. Поток горячих газов из отверстий второй группы, вдуваемый в этот зазор, приводит к еще большему его увеличению и воспламеняет торец заряда ТТ. Создание давления в полости канала заряда при его воспламенении также способствует увеличению зазора между торцем заряда и ТЗП корпуса и улучшает условия воспламенения заряда по всей поверхности.

Таким образом, обеспечивается практически одновременное воспламенение заряда по всей горящей поверхности, что позволяет значительно сократить время выхода на режим и повысить энергетические характеристики двигателя.

Однако при увеличении радиальной длины (длины вдоль образующей) горящего торца заряда может оказаться, что предложенная конструкция будет недостаточно эффективной. Дело в том, что при вдуве газов в зазор вдоль торца заряда по всему периметру, вследствие торможения потока газов, в вершине этого зазора образуется застойная зона, в которую практически не поступает горячий газ из воспламенителя и в ней отсутствует приток тепла к поверхности заряда. Эта зона может перекрывать часть горящего торца заряда, что ухудшает условия воспламенения. Схематически движение газовых потоков 13 показано на фиг.3, где показана также граница застойной зоны 14 и законцовки бронирующей манжеты 15.

Чтобы преодолеть это, необходимо организовать так называемую "проточную" систему омывания торца заряда горячими газами из воспламенителя.

Достигается это двумя способами.

Первый способ - производить вдув горячего газа в зазор между торцем заряда и ТЗП корпуса на по всему периметру, а на отдельных участках, для чего отверстия перфорации корпуса воспламенителя, предназначенные для вдува газа в зазор, располагать не равномерно по периметру, а на отдельных участках, между которыми перфорацию не делать, как показано на фиг.4, где 16 - участки корпуса воспламенителя, свободные от перфорации.

Второй способ организации "проточного" смывания торца заряда - это разделение корпуса воспламенителя по периметру на несколько частей, между которыми будет иметься свободное пространство для прохода газа из зазора между торцем заряда и ТЗП, как показано на фиг.5, где 17 - части корпуса воспламенителя.

Корпус воспламенителя может быть выполнен также не из нескольких частей трубчатого кольца, а из одной его части - так называемого "разорванного кольца" - между концами которого будет иметься свободное пространство для прохода газов.

На фиг.4, 5 показана также картина омывания торца заряда газовыми потоками 13, откуда видно, что за счет вытеснения охлажденных застойных газов застойная зона в зазоре между торцем заряда и ТЗП практически отсутствует.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет обеспечить быстрый и стабильный выход на режим РДТТ, имеющего высокий коэффициент объемного заполнения, при его запуске, и тем самым улучшить его энергетические характеристики.

1. Ракетный двигатель твердого топлива (РДТТ), содержащий скрепленный с корпусом заряд с центральным каналом и раскрепленным горящим торцем, сопловой блок, расположенный в районе сопряжения горящего торца и канала заряда, воспламенитель, состоящий из заполненного пиросоставом корпуса в виде трубчатого кольца с перфорацией из отверстий, расположенных на окружности, имеющей общую ось с осью двигателя, и направленных внутрь канала заряда, отличающийся тем, что в корпусе воспламенителя дополнительно выполнена перфорация в виде отверстий, направленных в зону сопряжения горящего торца и канала заряда.

2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что отверстия, образующие перфорацию, расположены по периметру воспламенителя группами, между которыми перфорация отсутствует.

3. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что корпус воспламенителя выполнен в виде одной или нескольких частей трубчатого кольца, между концами которых по периметру имеются промежутки.