Ракетный двигатель твердого топлива

Изобретение относится к ракетной технике, в частности к ракетным двигателям твердого топлива с вкладным пороховым зарядом. Ракетный двигатель твердого топлива содержит 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. Осевое расстояние от торца заряда до штифта выполнено большим или равным половине толщины горящего свода. На каждом штифте у поверхности заряда выполнен упор. Изобретение позволяет повысить стабильность работы двигателя с креплением заряда на радиальных штифтах за счет исключения перемещения заряда в радиальном направлении, исключения выступания штифтов в канал заряда и сохранения отверстия крепления штифта в заряде в течение всего времени горения заряда. 1 ил.

 

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.