Устройство для защиты секции камеры локализации и охлаждения продуктов сгорания от прожига при ликвидации заряда ракетного двигателя на твердом топливе
Владельцы патента RU 2397353:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт полимерных материалов" (RU)
Устройство для защиты секций камеры локализации и охлаждения продуктов сгорания при ликвидации заряда ракетного двигателя на твердом топливе содержит распределительный водовод и распыливающие насадки. Распыливающие насадки выполнены дисковыми с возможностью формирования крупнодисперсного, распыленного потока воды в виде кругового экрана с обеспечением кольцевого орошения внутренних стенок секций камеры и частичного охлаждения продуктов сгорания. Дисковые экранообразующие распыливающие насадки установлены на распределительный водовод внутри секций камеры локализации и охлаждения продуктов сгорания в количестве от 8 до 32 штук для одной секции камеры локализации и охлаждения продуктов сгорания. Каждая дисковая экранообразующая распыливающая насадка содержит входной патрубок диаметром от 20 до 40 мм, наружные распределительные водоводы в количестве от 3 до 4 штук, кольцевой отражатель диаметром от 40 до 70 мм, включающий щелевидное отверстие шириной от 5 до 20 мм с углом раскрытия 45°, и защитный отражатель. Изобретение позволяет повысить эффективность охлаждения внутренних стенок секции камеры локализации и охлаждения продуктов сгорания, исключая их эрозию и прожиг. 6 ил.
Изобретение относится к ракетной технике, а именно к устройству при 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 до 50 т), твердым топливом и временем горения. Соответственно, при ликвидации таких ракетных двигателей на твердом топливе требуются условия, исключающие прожиг стенок секций камеры локализации и охлаждения продуктов сгорания высокоскоростным, высокотемпературным газовым потоком.
При этом, необходимо обеспечение оптимальных условий прохождения продуктов сгорания в полузамкнутом пространстве секций камеры локализации и охлаждения продуктов сгорания, исключающих создание давлений, превышающих прочностные характеристики конструкций в целом.
Известен «Способ контроля и управления тепловыми режимами истечения продуктов сгорания в камере локализации и охлаждения продуктов сгорания при ликвидации заряда ракетного двигателя на твердом топливе и устройство для его осуществления»: Патент РФ №2309280, oп. 27.10.07, МПК F02K 9/24.
Известен «Способ ликвидации заряда крупногабаритного ракетного двигателя на твердом топливе без соплового блока методом сжигания»: Патент РФ №2301959, oп. 27.06.07, MПК F42В 33/00.
В качестве прототипа авторами принят патент РФ №2309280, oп. 27.10.07, МПК F02K 9/24, заявл. 05.09.2005.
К общим недостаткам в указанных патентах необходимо отнести следующее:
1. Bo всех секциях камеры локализации и охлаждения продуктов сгорания используют в качестве распыливающих устройств насадки, образующие компактную струю, которая не обеспечивает в полной мере защиту внутренней поверхности от эрозии и прожига при истечении высокотемпературного, высокоскоростного газового потока продуктов сгорания.
2. Усложняется процесс истечения продуктов сгорания через воздушно-водяную завесу внутри полузамкнутого пространства секций камеры локализации и охлаждения продуктов сгорания.
3. Затруднена возможность ликвидации зарядов ракетных двигателей на твердом топливе с низким газоприходом, ввиду торможения и запирания продуктов сгорания внутри секций.
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, путем защиты внутренней поверхности секции от эрозии и прожига продуктами сгорания.
Поставленные задачи в предлагаемом изобретении решаются путем:
- использования дисковых экранообразующих распыливающих насадок по всей окружности и длине секций камеры локализации и охлаждения продуктов сгорания;
- образования крупнодисперсных водяных экранов, покрывающих внутреннюю поверхность секций.
Технический результат устройства, включающего распределительный водовод и распыливающие насадки, достигается за счет того, что распыливающие насадки выполнены дисковыми с возможностью формирования крупнодисперсного, распыленного потока воды в виде кругового экрана с обеспечением кольцевого орошения внутренних стенок секций камеры и частичного охлаждения продуктов сгорания, причем дисковые экранообразующие распыливающие насадки установлены на распределительный водовод внутри секций камеры локализации и охлаждения продуктов сгорания в количестве от 8 до 32 штук для одной секции камеры локализации и охлаждения продуктов сгорания, а каждая дисковая экранообразующая распыливающая насадка содержит входной патрубок диаметром от 20 до 40 мм, наружные распределительные водоводы в количестве от 3 до 4 штук, кольцевой отражатель диаметром от 40 до 70 мм, включающий щелсвидное отверстие шириной от 5 до 20 мм с углом раскрытия 45°, и защитный отражатель.
Предложенные размеры дисковой экранообразующей распыливающей насадки получены в результате экспериментальных исследований.
Экспериментальные исследования проводились путем сравнения насадков, образующих мелкодисперсный распыленный поток воды и образующих компактные струи. В результате этого установлено, что мелкодисперсным распыленным потоком воды невозможно пробить высокоскоростной поток продуктов сгорания, что усложняет процесс локализации и охлаждения продуктов сгорания. Компактные струи обладают хорошей пробивной способностью, но у таких струй малая площадь контакта с продуктами сгорания.
Предложенная конструкция дискового экранообразующего распыливающего насадка образует крупнодисперсный распыленный поток в виде экрана, что обеспечивает хорошую пробивную способность, а также увеличивает площадь контакта с продуктами сгорания.
Предлагаемое изобретение поясняется чертежами.
На фиг.1 показана условная схема дискового экранообразующего распыливающего насадка, где:
1 - защитный отражатель; 2 - кольцевой отражатель; 3 - наружный распределительный водовод; 4 - входной патрубок, 5 - щелевое отверстие.
На Фиг.2 показан внутренний распределительный цилиндр, где:
6 - внутренний распределительный цилиндр; 7 - отверстия для выхода воды из внутреннего распределительного цилиндра; 8 - вход воды из распределительного водовода; 9 - выход воды из внутреннего распределительного цилиндра; 10 - крепление защитного отражателя.
На Фиг.3 показан кольцевой отражатель, где:
11 - выход крупнодисперсного, распыленного потока воды в виде кругового экрана, 12 - отражение воды внутри кольцевого отражателя.
На Фиг.4 показан защитный отражатель.
На Фиг.5 показана схема размещения дисковых экранообразующих распыливающих насадков на распределительном водоводе секции, где:
13 - дисковые экранообразующие распыливающие насадки; 14 - вход воды из системы накопления; 15 - патрубки для входа воды в распределительный водовод секции; 16 - распределительный водовод секции; 17 - корпус секции камеры локализации и охлаждения продуктов сгорания; 18 - узел стыковки насадка с распределительным водоводом секции.
На Фиг.6 схематично показано кольцевое распыление воды из дискового экранообразующего распыливающего насадка.
Защита внутренней поверхности секции от эрозии и прожига осуществляется следующим образом:
1. Проводят подготовительные работы по накоплению и подаче воды (14) с заданными параметрами по давлению через патрубки (15) в распределительный водовод (16) секций камеры локализации и охлаждения продуктов сгорания (17);
2. Через распределительный водовод секции (16) вода (8) под давлением через узел стыковки (18) и входной патрубок (4) через наружный распределительный водовод (3) поступает в дисковый экранообразующий распыливающий насадок (13), далее во внутренний распределительный цилиндр (6) и через отверстия (7) вода (9), отражаясь (12) от внутренней поверхности кольцевого отражателя (2), выходит через щелевое отверстие (5) под заданным углом орошения и, отражаясь от защитного отражателя (1), который крепится с помощью крепления (10), образуя крупнодисперсный, кольцевой водяной экран (11), производит орошение внутренней стенки секции камеры локализации и охлаждения продуктов сгорания (17).
Использование крупнодисперсиых водяных экранов позволяет повысить эффективность охлаждения внутренних стенок секции камеры локализации и охлаждения продуктов сгорания, исключая их эрозию и прожиг, а также обеспечивает частичное охлаждение продуктов сгорания ракетного двигателя.
Количество устанавливаемых дисковых экранообразующих, распыливающих насадков (от 8 до 32 штук), а также их конструктивные и геометрические размеры (распределительные водоводы от 3 до 4 штук, диаметры входного патрубка от 20 до 40 мм, диаметры кольцевого отражателя от 40 до 70 мм) определяют исходя из следующих показателей:
- геометрических размеров: длины, внутреннего диаметра секций камеры локализации и охлаждения продуктов сгорания, например, при диаметре секции 3 м и длине 5 м - количество водоводов (11) составляет от 1 до 4 шт., установку дисковых экранообразующих распыливающих насадков в секциях осуществляют с интервалом от 1 до 2 м на каждом водоводе по 8 шт., соответственно для 4 водоводов - 32 шт.;
- расстояния расположения секции от ликвидируемого заряда ракетного двигателя на твердом топливе, то есть, чем дальше секция, тем ниже температура продуктов сгорания (в начальных секциях температура колеблется в пределах от 2500 до 3000°С, а в концевых секциях температура снижается до 100°С), следовательно, нет необходимости устанавливать максимальное количество насадков в концевых секциях камеры локализации и охлаждения продуктов сгорания;
- характеристик ликвидируемого заряда ракетного двигателя на твердом топливе (скорости истечения, расхода топлива и температуры продуктов сгорания).
Указанные геометрические размеры дисковых экранообразующих распыливающих насадков отработаны для зарядов ракетных двигателей на твердом топливе с расходом при горении без сопла от 100 до 300 кг/с и температурой от 100 до 3000°С, при которых осуществляется эффективное охлаждение продуктов сгорания за счет повышения пробивной способности крупнодисперсного распыленного потока воды. Например, при диаметре входного патрубка 40 мм и диаметре дугообразного отражателя 70 мм расход воды (в зависимости от начального давления в системе) составляет:
при начальном давлении 0,2 MПa - расход 28 л/с, а при начальном давлении 0,6 МПа - расход составляет 42 л/с от одного дискового экранообразующего распыливающего насадка.
При диаметрах входного патрубка менее 20 мм и диаметра дугообразного отражателя 40 мм условия охлаждения продуктов сгорания неэффективны из-за того, что не формируется крупнодисперсный распыливающийся поток воды, а при диаметрах входного патрубка более 40 мм и диаметра дугообразного отражателя 70 мм по техническим и экономическим показателям нецелесообразно, так как для формирования требуемого потока воды необходимы высокие начальные давления в системе (более 0,6 МПа).
Устройство для защиты секций камеры локализации и охлаждения продуктов сгорания при ликвидации заряда ракетного двигателя на твердом топливе, содержащее распределительный водовод и распыливающие насадки, отличающееся тем, что распыливающие насадки выполнены дисковыми с возможностью формирования крупнодисперсного, распыленного потока воды в виде кругового экрана с обеспечением кольцевого орошения внутренних стенок секций камеры и частичного охлаждения продуктов сгорания, причем дисковые экранообразующие распыливающие насадки установлены на распределительный водовод внутри секций камеры локализации и охлаждения продуктов сгорания в количестве от 8 до 32 штук для одной секции камеры локализации и охлаждения продуктов сгорания, а каждая дисковая экранообразующая распыливающая насадка содержит входной патрубок диаметром от 20 до 40 мм, наружные распределительные водоводы в количестве от 3 до 4 штук, кольцевой отражатель диаметром от 40 до 70 мм, включающий щелевидное отверстие шириной от 5 до 20 мм с углом раскрытия 45°, и защитный отражатель.
