Устройство для испытания на прочность канальных твердотопливных зарядов

 

Устройство для испытания на прочность канальных твердотопливных зарядов включает собственно заряд, канал которого заполнен жидкостью, и герметизирующую канал крышку с отверстиями. Устройство снабжено узлом нагружения, включающим механизм ударного действия, и поршнем. Поршень установлен в отверстие крышки и размещен в жидкости. Механизм ударного действия установлен на одной оси с поршнем. Изобретение позволит разработать простое по конструкции устройство для испытания на прочность канальных твердотопливных зарядов, обеспечивающее высокоградиентное нагружение заряда твердого топлива радиальным перепадом давления. 2 з.п.ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области ракетной техники и может быть использовано при проведении научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, а также в технологическом процессе изготовления зарядов твердого топлива для ракетных двигателей.

Канальные конструкции зарядов широко используются в ракетных двигателях различного назначения. При воспламенении таких зарядов возникают значительные кратковременные, как правило, растягивающие перепады давления. По данным экспериментальной отработки в двигателе неуправляемой ракеты калибром 80 мм со свободно вложенным канальным зарядом-моноблоком величина радиального перепада давления достигает ~30 кгс/см² за время 10-20 мс. Воздействие перепада давления обуславливает растягивающее напряжение в заряде, которые могут привести к его разрушению. В связи с этим при проектировании и отработке, а в отдельных случаях и при серийном изготовлении вкладных канальных зарядов, необходима объективная оценка их прочности. Возможности расчетной оценки, в данном случае, ограничены наличием весьма приближенных данных по физико-механическим характеристикам топлива, определение которых производится стандартными методами в условиях нагружения, отличных от реальных. Кроме того, расчетная оценка прочности существенно усложняется при наличии сложного, например звездообразного, профиля канала.

В практике отработки ракетных двигателей твердого топлива (РДТТ) известен способ, по которому заряд нагружают перепадом давления, характер изменения которого близок к реальным условиям работы РДТТ. Однако он весьма сложен в аппаратурном оформлении и включает в себя источник рабочего газа, расходную емкость, соединительную арматуру с пневмоклапанами, рабочую камеру и др. Недостатком такого способа является невозможность обеспечения высокоградиентного нагружения полости канала заряда давлением, сложность и громоздкость используемого оборудования и аппаратуры. Более совершенным является техническое решение по способу, изложенному в патенте России 2170837, принятому авторами за прототип. По указанному способу используют эффект гидронагружения полости камеры сгорания ракетного двигателя для объективной оценки напряженно-деформированного состояния в реальных условиях заполнения корпуса неотвержденной топливной массой.

Недостатком прототипа является его ограниченные возможности по обеспечению высоких нагрузочных градиентов давления.

Технической задачей изобретения является разработка простого в конструктивном исполнении устройства, обеспечивающего высокоградиентное нагружение заряда твердого ракетного топлива (ТРТ) радиальным перепадом давления. Предлагаемое устройство (фиг. 1) включает в себя испытуемый заряд, канал которого заполнен жидкостью, герметизирующую крышку с отверстиями, узел нагружения, включающий механизм ударного действия, стержневой поршень, установленный в отверстие крышки и размещенный в жидкости в канале заряда, при этом механизм ударного действия установлен на одной оси с поршнем (например, копром), воздействующим на поршень при испытании.

На фиг.2 приведена типовая кривая "давление-время" для реального двигателя (1) и кривая (2), полученная при проведении испытаний в заявленном устройстве. Получены практически идентичные зависимости.

Для обеспечения всестороннего нагружения давлением испытуемый заряд может быть помещен в корпус (фиг.3). Это позволяет, заполнив жидкостью полости канала и зазора между корпусом и наружной поверхностью заряда, загерметизировав и изолировав эти полости друг от друга, используя многостержневой поршень, стержни которого размещены в обеих полостях, осуществить нагружение заряда радиальным перепадом давлений, имитирующим натурные условия (т.е. воздействие давления, как со стороны канала, так и со стороны наружной поверхности).

Существенными отличительными признаками предложенного устройства от прототипа являются 1. Размещение в полости канала заряда, заполненного жидкостью, стержневого поршня.

2. Снабжение устройства ударным механизмом.

3. Использование многостержневого поршня для всестороннего нагружения заряда.

Это позволяет реализовать простую конструкцию устройства с более широкими техническими возможностями, чем у способа-прототипа.

Достигаемый технический результат изобретения - обеспечение высокоградиентного нагружения заряда радиальным перепадом давления, реализация максимально приближенного к натурным условиям режима нагружения заряда радиальным перепадом, что позволяет существенно повысить эффективность НИОКР и качество изготовления зарядов.

Регулирование градиента нагружения давлением обеспечивается выбором соответствующих геометрических размеров стержней поршня (диаметра, длины), их количеством и величиной кинетической энергии (mV²/2) падающего груза копра.

Устройство и его работа иллюстрируются следующими графическими материалами: Фиг.1. Конструкция устройства для испытания на прочность твердотопливных зарядов.

1 - испытуемый заряд; 2 - жидкость; 3 - фланец; 4 - поддон; 5,6 - уплотнения; 7 - стержневой поршень; 8 - винт (заглушка); 9 - шпильки;
10 - ударный груз копра;
11 - датчик давления.

Фиг.2. Типовая осциллограмма "давление-время" в полости канала заряда: 1 - в двигателе; 2 - в предложенном устройстве.

Фиг. 3. Конструкция устройства, обеспечивающая всестороннее воздействие давления на испытуемый заряд:
1 - испытуемый заряд;
2 - жидкость;
3 - фланец;
5,6 - уплотнения;
7 - многостержневой поршень;
10 - ударный груз копра;
11 - датчики давления;
12 - корпус.

Устройство (фиг. 1. ) состоит из испытуемого заряда (1), канал которого заполнен жидкостью (2), а торцы загерметизированы фланцем (3) и поддоном (4) с уплотнениями (5, 6). Внутри канала размещен стержневой поршень (7). При установке поршня излишек жидкости сливается через отверстие во фланце, заглушаемое затем винтом (8). Фланец и поддон стянуты шпильками (9). При испытании груз копра (10) ударно взаимодействует с поршнем (7), что обеспечивает нагружение полости канала заряда давлением, величину которого регистрируют датчиком (11), установленным в поддоне. Применение копра позволяет регулировать величину ударного импульса за счет изменения массы груза (m) и высоты (h). Типовая осциллограмма (1) "давление-время" для канала заряда приведена на фиг.2. При проведении испытаний на заявляемом устройстве получена практически идентичная кривая (2).

На фиг. 3 показана конструкция устройства для всестороннего нагружения испытуемого заряда (1) давлением, что позволяет обеспечить режим нагружения, идентичный натурным условиям, т.е. динамически нагрузить реальным давлением полости канала и зазора. Подбор режима нагружения, помимо варьирования величинами m и h, обеспечивается регулировкой длины, диаметра, первоначальной глубины погружения в жидкость (2) стержней многостержневого поршня (6), количеством их, размещенных в зазоре между зарядом и стаканом (7), с регистрацией осциллограмм "давление-время" в полостях канала и зазора контрольными датчиками давления (8) при воздействии на поршень ударного груза (9) копра.

Формула изобретения

1. Устройство для испытания на прочность канальных твердотопливных зарядов, включающее собственно заряд, канал которого заполнен жидкостью, и герметизирующую канал крышку с отверстиями, отличающееся тем, что оно снабжено узлом нагружения, включающим механизм ударного действия, и поршнем, при этом поршень установлен в отверстие крышки и размещен в жидкости, а механизм ударного действия установлен на одной оси с поршнем.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что испытуемый заряд размещен в корпусе, полость между зарядом и корпусом заполнена жидкостью, а поршень выполнен многостержневым.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что полости канала и зазора между зарядом и корпусом выполнены герметично изолированными.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3