Ракетный двигатель на твердом топливе

 

Ракетный двигатель на твердом топливе включает в себя обечайку корпуса и скрепленный с ней заряд с круглым осевым каналом. Поверхность горения имеет щелевой компенсатор на одном из торцов. Свод заряда в сторону, противоположную щелевому компенсатору, выполнен увеличивающимся с радиусом канала, уменьшающимся в каждом сечении и равным но не менее 0,1 наружного радиуса заряда, где r₀ - радиус канала в среднем сечении по длине нещелевой части заряда; L - длина нещелевой части заряда; r_i, L_i - радиус канала и расстояние от нещелевого торца для данного сечения. Изобретение позволяет повысить коэффициент заполнения камеры топливом, обеспечить равнопрочность и улучшить технологичность изготовления заряда. 2 ил.

Изобретение относится к конструкциям ракетных двигателей на твердом топливе и может найти применение при проектировании и изготовлении зарядов РДТТ, в особенности когда требуется максимально использовать объем камеры двигателя для размещения в нем топлива.

Преимущественные конструкции зарядов, где может найти применение предлагаемое изобретение, - прочно скрепленные с корпусом двигателя заряды, имеющие отношение длины заряда к диаметру более 5 (т.е. относительно "длинные" заряды).

Широко известны конструкции зарядов твердого топлива, скрепленные с цилиндрической обечайкой, имеющие осесимметричный канал. В качестве компенсатора горящей поверхности используются щели, кольцевые проточки на торцах. В случае реализации двухрежимного характера выгорания заряда (в начале высокая поверхность горения, затем низкая) эти щели могут занимать более половины длины заряда, что, естественно, снижает вес топлива. Размещение требуемого топлива за счет уменьшения диаметра канала лимитируется прочностными характеристиками топлива. Тем не менее выбранное щелями топливо требуется каким-то путем разместить в двигателе, не ухудшая запасы прочности.

В конструкции заряда согласно патенту США 1082 4 августа 1992 г., принятого в качестве ближайшего аналога-прототипа, дополнительное размещение топлива осуществляется в районе переднего днища в зонах "А", "В". Однако изготовить конструкцию, представленную на фиг.2, не всегда представляется возможным. Как правило, в зонах "А", "В" требуется свободный объем для размещения узла воспламенения. С другой стороны, расширение канала в зоне "С" делает практически невозможной разборку формующей оснастки. В свою очередь, сложная формующая оснастка, необходимая для формования предлагаемого канала, создает проблемы обеспечения качества заряда.

Технической задачей изобретения является повышение коэффициента заполнения камеры топливом и обеспечение равнопрочности канала, а также улучшение технологичности заряда при сохранении требований к механическим характеристикам топлива.

Техническая задача решается конструктивным путем.

Технический результат достигается за счет того, что свод заряда в сторону, противоположную щелевому компенсатору, выполнен увеличивающимся, и радиус канала заряда по всей длине его нещелевой части выполнен уменьшающимся в каждом сечении в сторону, противоположную щелевому компенсатору, и близким к но не менее 0,1 наружного радиуса заряда, где r₀ - радиус канала в среднем сечении по длине нещелевой части заряда; L - длина нещелевой части заряда; r_i, L_i - радиус канала и расстояние от нещелевого торца для данного сечения.

Как известно, диаметр осевого круглого канала, прочно скрепленного с обечайкой корпуса заряда, лимитируется относительными деформациями нещелевой части канала, возникающими при нагружении (действие внутреннего давления при горении топлива, тепловая нагрузка - охлаждение заряда). Характерная эпюра распределения относительных деформаций цилиндрического канала заряда показана на графике фиг.1 (кривая 1). Наибольшие деформации (ε^max₀) имеют место в середине нещелевой части заряда: у торцев эти деформации близки к нулю. Таким образом, налицо неравнопрочность конструкции: относительная деформация канала по длине его нещелевой части переменная. Это обстоятельство предопределило его использование по предлагаемому изобретению. Если нещелевую часть канала заряда выполнить сужающейся таким образом, чтобы деформация канала сохранялась равной максимальному значению по всей ее длине, то конструкция становится равнопрочной, а вес топлива и соответственно коэффициент заполнения камеры топливом увеличивается.

Профиль относительных деформаций канала, показанный на фиг.1 линией I (например, Месснер, Шлиссман, "Механические расчеты зарядов на прочность") можно представить в виде полуволны синусоиды. Исходя из этого, используя условие равенства относительных деформаций, радиус канала заявляемого заряда на нещелевом участке может быть представлен формулой где обозначения величин представлены выше по тексту описания. При выполнении канала заряда радиусом, определяемым указанной формулой, достигается технический результат (кривая 2 фиг.1).

Предлагаемая конструкция заряда представлена на фиг.2.

Заряд 3, имеющий длину нещелевого участка L, прочно скреплен с обечайкой 4, может иметь компенсатор поверхности горения, например щели 6; осевой канал - 5. В сторону переднего торца канал выполнен сужающимся, при этом радиус канала в каждом сечении не менее чем

Сужающаяся часть канала может быть выполнена по прямой линии, если в каждом сечении радиус канала соответствует значениям, определенным по вышеуказанной формуле. Достигаемый технический результат - возможность увеличения веса заряда до 15%.

Формула изобретения

Ракетный двигатель на твердом топливе, включающий в себя обечайку корпуса и скрепленный с ней заряд с круглым осевым каналом и щелевым компенсатором поверхности горения на одном из торцов, отличающийся тем, что свод заряда в сторону, противоположную щелевому компенсатору, выполнен увеличивающимся с радиусом канала, уменьшающимся в каждом сечении и равным

но не менее 0,1 наружного радиуса заряда,
где r₀ - радиус канала в среднем сечении по длине нещелевой части заряда;
L - длина нещелевой части заряда;
r_i, L_i - радиус канала и расстояние от нещелевого торца для данного сечения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2