Устройство для снижения давления и охлаждения продуктов сгорания в газоходе при ликвидации заряда ракетного двигателя на твердом топливе
Владельцы патента RU 2341730:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт полимерных материалов" (RU)
Изобретение относится к области ракетной техники. Устройство для снижения давления и охлаждения продуктов сгорания в газоходе при ликвидации заряда ракетного двигателя на твердом топливе содержит камеру локализации и охлаждения продуктов сгорания. При этом концевая секция камеры локализации и охлаждения соединена с газоходом через переходную стыковочную секцию при следующем соотношении - d3/d2=d2/d1=1,1-2 с образованием в местах соединения открытой поверхности для снижения избыточного внутреннего давления в переходной стыковочной секции и в газоходе посредством выхода продуктов сгорания и для охлаждения продуктов сгорания путем эжекции воздуха из атмосферы, где d1 - диаметр камеры локализации и охлаждения; d2 - диаметр переходной стыковочной секции; d3 - диаметр газохода. Глубина ввода переходной стыковочной секции вглубь газохода определяется из соотношения - L=0,05-0,01d, где L - глубина ввода, d - диаметр входящей секции. Технический результат заключается в повышении технологической и экологической безопасности. 2 ил.
Изобретение относится к ракетной технике, а именно к устройству для ликвидации заряда ракетного двигателя на твердом топливе методом сжигания на стенде, оборудованном камерой локализации и охлаждения продуктов сгорания.
Современный стендовый комплекс для отработки и ликвидации ракетных двигателей на твердом топливе является сложным инженерно-техническим сооружением с уникальным, дорогостоящим оборудованием, системами обеспечения, управления, а также комплексом систем для локализации, охлаждения и нейтрализации продуктов сгорания.
Стендовый комплекс используется для проведения работ с различными ракетными двигателями на твердом топливе, отличающимися габаритами, массой (от 4...50 т), твердым топливом и временем горения. Соответственно, при ликвидации таких ракетных двигателей на твердом топливе требуется регулировка параметров, обеспечивающих оптимальные условия локализации, охлаждения и нейтрализации продуктов сгорания.
При несоответствии режимов истечения продуктов сгорания и параметров охлаждения ликвидируемого ракетного двигателя на твердом топливе может возникнуть внештатная (аварийная) ситуация, когда «газоприход» в полузамкнутое пространство системы локализации и охлаждения продуктов сгорания превышает «газоотвод», что соответственно приводит к повышению избыточного внутреннего давления, при которых возможно разрушение ряда элементов конструкции системы.
С другой стороны, в газоходе системы не осуществляется охлаждение водой продуктов сгорания ликвидируемого заряда ракетного двигателя на твердом топливе, что требует создания технических решений, обеспечивающих условия дополнительного охлаждения.
Известен стендовый комплекс и способ по отработке ракетных двигателей, который проводится на специальных баростендах с моделированием высотных условий, где проводятся испытания ракетных двигателей на твердом топливе, а также локализация, охлаждение и нейтрализация образовавшихся продуктов сгорания (ЭИ НМ сер. НТ, 1984, №22 (203)).
Известен «Аппарат для ликвидации ракетных двигателей», предназначенный для сжигания ракетных двигателей на твердом топливе в специальной камере, обеспечивающей локализацию продуктов сгорания, предотвращая образование вредных и взрывоопасных компонентов и снижения расходных характеристик (Патент US 6101957, 19.08.2000, МПК F23G 307/00).
Известен «Способ утилизации зарядов твердого ракетного топлива», где осуществляется обработка продуктов сгорания путем их охлаждения теплоемким материалом (RU 2285202, оп. 11.04.2005, МПК F23G 7/00).
Известен «Способ ликвидации заряда твердого ракетного топлива», где осуществляется охлаждение канала ликвидируемого заряда путем заполнения его хладагентом: водой, щелочным или содовым раствором при вертикальном расположении ликвидируемого ракетного двигателя на твердом топливе (Патент РФ 2021560 С1, Кл. F23 G 7/00 опубл. 15.10.1994).
В качестве прототипа авторами принят патент РФ №2021560 С1, Кл. F23 G 7/00, опубл. 15.10.1994.
К общим недостаткам в указанных устройствах и способах необходимо отнести следующее:
1. Не решен вопрос защиты камеры локализации и охлаждения продуктов сгорания, переходной стыковочной секции и газохода от избыточного внутреннего давления, возникающего при ликвидации заряда ракетного двигателя на твердом топливе.
2. Отсутствует устройство для охлаждения продуктов сгорания в переходной стыковочной секции и в газоходе для обеспечения условий охлаждения продуктов сгорания ликвидируемого заряда ракетного двигателя на твердом топливе.
Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение технологической и экологической безопасности при ликвидации заряда ракетного двигателя на твердом топливе на стенде, оборудованном камерой локализации и охлаждения продуктов сгорания, переходной стыковочной секцией, газоходом и газоприемником, а также повышение их срока службы.
Поставленные задачи в предлагаемом изобретении решаются путем:
- создания условий снижения давления путем выхода продуктов сгорания в случае возникновения избыточного внутреннего давления в переходной стыковочной секции и газоходе, превышающего давление разрежения в местах их соединения;
- обеспечения условий охлаждения продуктов сгорания эжектируемым воздухом из атмосферы.
Технический результат устройства достигается за счет того, что концевая секция камеры локализации и охлаждения соединена с газоходом через переходную стыковочную секцию при следующем соотношении - d3/d2=d2/d1=1,1-2 с образованием в местах соединения открытой поверхности для снижения избыточного внутреннего давления в переходной стыковочной секции и в газоходе посредством выхода продуктов сгорания и для охлаждения продуктов сгорания путем эжекции воздуха из атмосферы, где d1 - диаметр камеры локализации и охлаждения; d2 - диметр переходной стыковочной секции; d3 - диаметр газохода; а глубина ввода переходной стыковочной секции вглубь газохода определяется из соотношения - L=0,05-0,01d, где L - глубина ввода, d - диаметр входящей секции.
Предложенные соотношения получены в результате расчетных и экспериментальных данных (обработка видеоматериалов образования эжекции) при ликвидации зарядов ракетных двигателей на твердом топливе: РС-12М, PC-22, имеющих различную массу, скорость истечения продуктов сгорания и время горения.
Известно, что в случае увеличения площади проходного сечения струя, выходящая из узкой части канала, не заполняет все поперечное сечение канала, имеющего больший диаметр, в результате чего образуется поверхность раздела на границе стыка узкого и расширяющегося каналов. Данное обстоятельство создает дополнительное условие образования перепада давления на границе стыка узкой и расширенной части канала, что соответственно приводит к эжекции (в нашем случае - воздуха из атмосферы).
В случае, когда нарушается условие истечения продуктов сгорания за счет их торможения, возникает внутреннее избыточное давление в системе, которое разгружается в местах соединения узкой и расширяющейся части канала. Продукты сгорания выходят из открытой поверхности наружу, снижая тем самым избыточное внутреннее давление в переходной стыковочной секции и в газоходе.
Соотношения открытых поверхностей в местах стыка узкой и расширяющейся части канала существенно зависит от скорости истечения продуктов сгорания в системе, поэтому увеличение или уменьшение соотношения диаметров между узкой и расширяющейся частью канала выбирается в зависимости от скорости истечения продуктов сгорания.
Дополнительное охлаждение продуктов сгорания в переходной секции и в газоходе необходимо для обеспечения условия нейтрализации хлористого водорода в продуктах сгорания (HCl) (решение вопросов экологической безопасности). Известно, что наиболее полное поглощение хлористого водорода (HCl) водой происходит в диапазоне температур от 0 до 60°С.
В представленном изобретении на устройство используется техническое решение путем соединения переходной стыковочной секции и газохода телескопическим способом, где в стыках образуются открытые поверхности для снижения давления в переходной стыковочной секции и в газоходе, или поступления воздуха для охлаждения продуктов сгорания при установившемся режиме истечения продуктов сгорания по всему тракту системы.
Предлагаемое изобретение поясняется схемами:
На фиг.1 показана условная схема основных элементов камеры локализации и охлаждения продуктов сгорания, переходной стыковочной секции, газохода и газоприемника, где:
1 - опорная плита, 2 - упорный конус, 3 - ликвидируемый ракетный двигатель на твердом топливе; 4 - система подачи воды или нейтрализующего раствора в камеру локализации и охлаждения продуктов сгорания, 5 - камера локализации и охлаждения продуктов сгорания; 6 - дополнительная открытая поверхность для эжекции воздуха из атмосферы или выхода продуктов сгорания в случае превышения избыточного внутреннего давления в переходной стыковочной секции или в газоходе, 7 - переходная стыковочная секция; 8 - продукты сгорания ликвидируемого заряда ракетного двигателя на твердом топливе, 9 - газоход, 10 - газоприемник для сбора продуктов сгорания, 11 - труба для выхода газовой части продуктов сгорания, 12 - стапель, 13 - ложементы камеры локализации и охлаждения, 14 - конденсированная часть продуктов сгорания.
На Фиг.2 показаны обозначения для пояснения соотношений диаметров и глубины ввода концевой секции камеры локализации и охлаждения в переходную стыковочную секцию и в газоход, где:
d1 - диаметр камеры локализации и охлаждения, d2 - диаметр переходной стыковочной секции, d3 - диаметр газохода, L - глубина ввода концевых секций камеры локализации и охлаждения и переходной стыковочной секции.
Техническая задача в предлагаемом устройстве осуществляется следующим образом:
1. Проводят подготовительные работы для подачи воды или нейтрализующего раствора (4) в камеру локализации и охлаждения продуктов сгорания (5).
2. Производят установку ликвидируемого ракетного двигателя на твердом топливе (3) с упорным конусом (2) на стапель (12), соединяют ракетный двигатель (3) с камерой локализации и охлаждения (5), проводят работы по подготовке к инициированию.
3. Производят запуск воды или нейтрализующего раствора (4) в камеру локализации и охлаждения (5), которая состоит из секции с системой подачи воды или нейтрализующего раствора.
4. Осуществляют инициирование заряда ракетного двигателя на твердом топливе (3).
5. Продукты сгорания (8) истекают в камеру локализации и охлаждения продуктов сгорания (5), где охлаждаются распыленными потоками воды или нейтрализующим раствором через распыливающие форсунки системы подачи воды (4), далее в переходную стыковочную секцию (7), в газоход (9) и в газоприемник (10), при этом, за счет расширения переходной стыковочной секции (7) и газохода (9) и образования дополнительной открытой поверхности (6) происходит эжекция воздуха из атмосферы и дополнительное охлаждения продуктов сгорания (8) ликвидируемого заряда ракетного двигателя на твердом топливе (3) в переходной стыковочной секции (7) и в газоходе (9).
6. В случае возникновения избыточного внутреннего давления, превышающего давление разрежения в местах соединения камеры локализации и охлаждения (5), переходной стыковочной секции (7), газоходе (9), продукты сгорания выходят из открытой поверхности (6) наружу, обеспечивая условия снижения давления во всей системе.
Устройство для снижения давления и охлаждения продуктов сгорания в газоходе при ликвидации заряда ракетного двигателя на твердом топливе, содержащее камеру локализации и охлаждения продуктов сгорания, отличающееся тем, что концевая секция камеры локализации и охлаждения соединена с газоходом через переходную стыковочную секцию при следующем соотношении: d3/d2=d2/d1=1,1-2 с образованием в местах соединения открытой поверхности для снижения избыточного внутреннего давления в переходной стыковочной секции и в газоходе посредством выхода продуктов сгорания и для охлаждения продуктов сгорания путем эжекции воздуха из атмосферы, где d1 - диаметр камеры локализации и охлаждения, d2 - диаметр переходной стыковочной секции, d3 - диаметр газохода, а глубина ввода переходной стыковочной секции вглубь газохода определяется из соотношения: L=0,05-0,01d, где L -глубина ввода, d - диаметр входящей секции.
