Ракетный двигатель твердого топлива с изменяемым электромагнитным регулированием интенсивности горения топлива
Владельцы патента RU 2319852:
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Пермская Государственная сельскохозяйственная академия имени академика Д.Н.Прянишникова (RU)
Изобретение относится к ракетным двигательным установкам с управляемым процессом горения топлива. Ракетный двигатель твердого топлива с изменяемым электромагнитным регулированием интенсивности горения топлива содержит корпус, заряд твердого топлива, систему управления, сверхвысокочастотный генератор и волновод. Волновод выполнен прямоугольным в виде одной детали с корпусом ракетного двигателя и имеет щелевые излучатели, закрытые фольгой из легкоплавкого металла. Изобретение позволяет реализовать регулирование интенсивности горения заряда твердого топлива как в сторону ее увеличения, так и уменьшения. 1 ил.
Изобретение относится к ракетным двигательным установкам с управляемым процессом горения топлива и может быть использовано для летательных аппаратов с ракетными двигателями твердого топлива (РДТТ).
Известен РДТТ, содержащий корпус и заряд топлива, в котором предусмотрено приспособление для преобразования оптического сигнала регулирования в соответствующее количество тепловой энергии для предварительного разогрева топлива с целью регулирования интенсивности его горения (Патент США №4587805, Т.1066, №2, МПК Р02К 9/26, 1986 г.).
Наиболее близким по технической сущности (прототипом) к заявляемому изобретению следует считать РДТТ с электромагнитным регулированием интенсивности горения топлива, содержащий корпус, заряд твердого топлива, систему управления, круглый волноводный согласователь, которым снабжен двигатель, выполненный в виде одной детали с круглым волноводом, подключенным к генератору электромагнитного излучения сверхвысокой частоты (СВЧ), предназначенному для дополнительного нагрева заряда твердого топлива после его воспламенения с целью изменения интенсивности горения заряда твердого топлива (Патент РФ №2174186, F02K 9/26, 2001 г.).
Недостатком прототипа является невозможность уменьшения (т.е. регулирования) интенсивности горения заряда твердого топлива после включения генератора, поскольку нагревается весь объем заряда твердого топлива (ТТ) и в этом случае возможно только увеличение интенсивности горения заряда или, в лучшем случае, изменение скорости увеличения интенсивности горения.
Техническим результатом изобретения является обеспечение возможности регулирования интенсивностью горения заряда РДТТ не только в сторону увеличения, но и в сторону уменьшения, что позволит реализовать импульсное управление скоростью горения.
Сущность изобретения заключается в том, что ракетный двигатель твердого топлива с регулируемой интенсивностью горения топлива, содержащий корпус, заряд твердого топлива, систему управления и СВЧ-генератор, снабжен прямоуголным волноводом, выполненным в виде одной детали с корпусом РДТТ и имеющим щелевые излучатели в полость корпуса, закрытые фольгой из легкоплавкого металла.
Щелевые излучатели прямоуголного волновода, закрытые фольгой из легкоплавкого металла, которая расплавляется при приближении зоны горения топлива, предназначены для облучения СВЧ-энергией, а следовательно, и нагрева только непосредственно прилегающих к ним участков заряда топлива, что обеспечивает возможность и изменения (уменьшения или увеличения) интенсивности горения данных участков заряда твердого топлива.
Общий вид предлагаемого РДТТ представлен на чертеже.
Ракетный двигатель твердого топлива с изменяемым электромагнитным регулированием интенсивности горения топлива содержит корпус 1, заряд твердого топлива 2, прямоугольный волновод 3, выполненный в виде одной детали с корпусом 1 и имеющий щелевые излучатели 4, закрытые фольгой 5 из легкоплавкого металла. Волновод 3 заполнен прочным тугоплавким диэлектриком 6 и подключен к генератору электромагнитного излучения сверхвысокой частоты 7, управление которым осуществляется системой управления 8. Волноводов может быть несколько.
Предлагаемый РДТТ с изменяемым электромагнитным регулированием интенсивности горения топлива работает следующим образом.
После воспламенения заряда твердого топлива 2 заряд в области фронта горения начинает разогреваться и при приближении зоны горения к щелевому излучателю 4 фольга 5 из легкоплавкого металла расплавляется, тем самым открывая щелевой излучатель. По команде системы управления 8 генератор 7 начинает генерировать электромагнитную СВЧ-энергию, которая по волноводу 3 через щелевой излучатель 4 излучается в полость корпуса 1 РДТТ. СВЧ-энергия наиболее интенсивно поглощается зарядом твердого топлива 2 только в области щелевого излучателя (на чертеже обозначена пунктиром), что приводит к дополнительному объемному нагреву этого участка топлива, в том числе и зоны горения, при этом увеличивается интенсивность горения топлива. Для уменьшения интенсивности горения система управления 8 выключает генератор 7. По мере выгорания топлива зона горения подходит к ненагретому (поскольку генератор 7 не работает) участку заряда возле следующего щелевого излучателя и интенсивность горения топлива уменьшается, так как на этом участке не было дополнительного объемного нагрева СВЧ-энергией.
Величина поглощенной СВЧ-энергии может быть рассчитана по известным выражениям (Пюшнер Г. Нагрев энергией сверхвысоких частот. Пер. с англ. - М.: Энергия, 1985. - 210 с.) и зависит от параметров СВЧ-излучения и диэлектрической проницаемости заряда твердого топлива. Минимальная интенсивность горения топлива обеспечивается при невключенном СВЧ-генераторе, а максимальная интенсивность горения определяется теплофизическими характеристиками топлива и мощностью СВЧ-генератора. Область нагрева участка топлива возле щелевого излучателя зависит от формы его диаграммы направленности. Управление может осуществляться как по заранее заданной программе, так и по дополнительным сигналам управления. Техническая реализация предложенного РДТТ обеспечивается широким применением СВЧ-энергетики в технике и быту.
Ракетный двигатель твердого топлива (РДТТ) с изменяемым электромагнитным регулированием интенсивности горения топлива, содержащий корпус, заряд твердого топлива, систему управления и сверхвысокочастотный (СВЧ) генератор, отличающийся тем, что он снабжен прямоугольным волноводом, выполненным в виде одной детали с корпусом РДТТ, и имеющим щелевые излучатели, закрытые фольгой из легкоплавкого металла.
