Твердотопливный заряд с прогрессивной зависимостью поверхности горения от свода

 

Заряд предназначен для использования в ракетных двигателях твердого топлива. Конструкция заряда состоит из шашек, в поперечном сечении которых боковые бронированные поверхности образуют острые углы, выполненные усеченными небронированными и образующие центральный канал многогранной формы. При этом шашки в поперечном сечении представляют собой фигуры, вписывающиеся в ромб с углом при вершине α = 2π/n, где n - целое число, собранные в пакет ярусами от центра заряда к периферии так, что усеченные небронированные части шашек образуют каналы. Предложенная конструкция заряда обеспечивает заданную зависимость поверхности горения от свода S(е) при максимально возможном коэффициенте заполнения камеры сгорания и удержания догорающих остатков топлива за счет многошашечной конструкции заряда с шашками определенной формы в поперечном сечении и частично бронированными боковыми поверхностями. 2 ил.

Изобретение относится к ракетной технике, а именно к многошашечным твердотопливным зарядам ракетных двигателей на твердом топливе (РДТТ).

Поиск, проведенный по отечественным и зарубежным источникам информации, показал, что в ракетной технике используют различные формы зарядов твердого топлива: горящие главным образом по внутренним поверхностям (поверхности, горение которых надо предотвратить, покрыты бронирующим составом или защитно-крепящим слоем для скрепления заряда с корпусом), к ним относятся следующие типы зарядов: многошашечный, телескопический, щелевой, со звездообразным каналом, горящие почти по всем боковым поверхностям, например небронированные трубчатые шашки, к ним относятся также одноканальные, многоканальные и бесканальные шашки (Шишков А.А., Панин С.Д., Румянцев Б.В. Рабочие процессы в ракетных двигателях твердого топлива. Справочник, М.: Машиностроение, 1989, с. 28-29).

Известен, например, твердотопливный заряд ракетного двигателя по патенту ФРГ N 1241199, который состоит из множества цилиндрических топливных элементов с поверхностным горением, расположенных в корпусе отдельно один от другого. Торцевые поверхности этих элементов могут иметь предохранительную изоляцию против обгорания. Кроме того, отдельные элементы имеют подобное шестиугольнику поперечное сечение со скругленными ребрами, а также прорези, проходящие вдоль ребер. По окружности глубокие прорези чередуются с менее глубокими.

Известен также двигатель по патенту США N 3316118, в котором заряд имеет сотовую структуру для скрепления с камерой и придания жесткости заряду. При этом соты расположены таким образом, что их оси перпендикулярны оси заряда.

Наиболее близким к заявляемому решению, ближайшим аналогом (прототипом) является заряд в виде секторных пороховых шашек по патенту США N 3468125, которые расположены в корпусе ракетного двигателя. Шашки имеют в поперечном сечении форму сектора с усечением по центральному углу (при вершине). Шашки при сборке в пакет образуют продольный звездообразный канал, симметричный относительно оси корпуса. Между каждой шашкой и ближайшим к ней участком стенки корпуса проложен материал, замедляющий реакцию горения (бронепокрытие). Имеющиеся полости заполнены упругой инертной массой, которая также предназначена для замедления реакции горения и для амортизации.

Такой заряд обеспечивает прогрессивную зависимость поверхности горения от свода, однако ограничивает регулирование расходных характеристик для больших поверхностей при малом времени работы заряда.

Для изделий, работающих в стартовом режиме, одним из основных критериев выбора заряда РДТТ является обеспечение прогрессивной зависимости давления от времени исходя из требуемой динамики движения изделия при старте, а также максимально возможное заполнение объема камеры РДТТ и исключение выброса несгоревших остатков топлива.

Пакеты цилиндрических канальных шашек не обеспечивают достаточно высоких коэффициентов заполнения камеры, поскольку даже при плотной укладке между отдельными шашками образуются промежутки, кроме того, не исключается выброс несгоревших остатков топлива из камеры сгорания, что для целого ряда изделий является недопустимым.

Следует отметить, что известные формы зарядов прогрессивного горения обеспечивают зависимость поверхности горения от свода, близкую к линейной.

Задачей заявляемого предложения является разработка заряда, обеспечивающего заданную зависимость поверхности горения от свода S(e) при максимально возможном коэффициенте заполнения камеры сгорания и удержания догорающих остатков топлива за счет многошашечной конструкции заряда с шашками определенной формы в поперечном сечении и частично бронированными боковыми поверхностями.

Поставленная задача решается предлагаемой конструкцией заряда, которая состоит из пакета шашек, в поперечном сечении которых боковые бронированные поверхности образуют острые углы, выполненные усеченными небронированными и образующие центральный канал многогранной формы. Кроме того, шашки в поперечном сечении представляют собой фигуры, вписывающиеся в ромб или его части с углом при вершине α = 2π/n, где n - целое число, собранные в пакет ярусами от центра заряда к периферии, обеспечивая максимальную плотность заполнения камеры сгорания.

Предлагаемый заряд отличается от ближайшего аналога выполнением конструкции шашек, представляющих собой в поперечном сечении фигуры, вписывающиеся в ромб или его части, при этом часть боковой поверхности имеет бронепокрытие, а часть боковой поверхности по противоположным острым углам ромба срезана и не имеет бронепокрытия, а при сборке шашек в пакет (заряд) ярусами от центра периферии срезанные и без бронепокрытия боковые поверхности шашек образуют каналы для истечения продуктов сгорания. При работе (горении) такого заряда исключается выброс несгоревших остатков твердого топлива и обеспечивается заданная поверхность горения от свода.

Таким образом, заявляемое изобретение соответствует критерию "новизна".

Соотношением сторон и диагоналей ромба, профилем забронированной поверхности, формой срезов по углам ромба, количеством ярусов устанавливаемых шашек в заряде обеспечивается регулирование горящей поверхности от свода S(e) исходя из заданных требований при проектировании, а также проходных сечений каналов для истечения продуктов сгорания. Уменьшение или исключение выброса несгоревших остатков твердого топлива обеспечивается за счет удержания догорающих остатков на бронировке.

При рассмотрении известного уровня техники сравнение предлагаемой конструкции заряда с существующими решениями показало, что неизвестен заряд с заданной прогрессивной поверхностью горения от свода, в котором бы имело место предложенное сочетание конструктивных элементов, который обеспечивает заданную зависимость поверхности горения от свода S(e) при максимально возможном коэффициенте заполнения камеры сгорания и удержание догорающих остатков топлива за счет многошашечной конструкции заряда с шашками определенной формы в поперечном сечении и частично бронированными боковыми поверхностями.

Такое выполнение не было очевидным для специалистов, то есть непосредственно не вытекает из уровня техники, что дает основание считать данное техническое решение обладающим "изобретательским уровнем".

Сущность изобретения поясняется графическим материалом (фиг. 1), где изображена 1/4 часть конструкции многошашечного заряда. Заряд состоит из шашек 1, в поперечном сечении представляющих собой фигуру, вписывающуюся в ромб или его части, с бронепокрытием 2 по части боковой поверхности до усечения острых противоположных углов ромба, где бронепокрытие отсутствует. Шашки собраны в пакет таким образом, что срезанные незабронированные части шашек образуют центральный канал 3 многогранной формы и другие периферийные каналы 4. Заряд установлен в корпус РДТТ 5. Предлагаемый заряд работает следующим образом: при зажжении шашек горение происходит по открытым (незабронированным) поверхностям. Через каналы, образованные срезанными поверхностями ромбов, происходит отток продуктов сгорания. Заданные характеристики обеспечиваются зависимостью горящей поверхности от свода.

Пример конкретного исполнения заявляемой конструкции.

Заряд состоит из совокупности (80 шт. ) шашек, в поперечном сечении представляющих ромб (с криволинейными сторонами по топливу), у которого срезаны острые противоположные углы и поверхности среза не имеют бронепокрытия. Остальные боковые поверхности шашек забронированы бронепокрытием. Эти шашки собраны в пакет таким образом, что срезанные части ромбов формируют начальную поверхность горения и образуют свободные каналы для оттока продуктов сгорания. Размер стороны ромба и профиль бронепокрытия выбраны исходя из заданной расходной характеристики при проектировании заряда и определяющей ее зависимости характеристики горения от свода S(e). На фиг. 2 прямая линия 1 соответствует зависимости поверхности горения от свода для шашки при толщине бронепокрытия близкой к 0. S_нач1, S_кон1 - соответствуют начальной и конечной поверхностям горения такой шашки, а e_кон1 - величине сгоревшего свода.

Семейство кривых линий 1-5 представляет собой некоторую реализацию S(e) и определяет диапазон зависимостей, достигаемых предлагаемой конструкцией заряда. При этом S_нач. и S_кон. определяются формой среза углов ромба или его части и величиной диагонали, перпендикулярной направлению горения шашки. Шашки в комплект заряда набираются ярусами, вдвигаясь узкими частями в пространство между соседними шашками предыдущего яруса. Число ярусов определяется по результатам проектирования.

Предлагаемая конструкция заряда практически реализуема, все материалы для ее изготовления отраслью освоены. Потребность использования заявляемой конструкции заряда в газогенераторах старта для выброса изделия из контейнеров или шахт несомненна, то есть данное техническое решение соответствует критерию "промышленная применимость".

Формула изобретения

Твердотопливный заряд с прогрессивной зависимостью поверхности горения от свода, состоящий из шашек, в поперечном сечении которых боковые бронированные поверхности образуют острые углы, выполненные усеченными небронированными и образующие центральный канал многогранной формы, отличающийся тем, что шашки в поперечном сечении представляют собой фигуры, вписывающиеся в ромб (или его части) с углом при вершине α = 2π/n, где n - целое число, собранные в пакет ярусами от центра заряда к периферии так, что усеченные небронированные части шашек образуют каналы.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2