Патент на изобретение №2247254
|
||||||||||||||||||||||||||
(54) ТВЕРДОТОПЛИВНЫЙ РАКЕТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ
(57) Реферат:
Твердотопливный ракетный двигатель содержит корпус с размещенным в нем вкладным канальным зарядом и воспламенителем. Воспламенитель расположен в объеме, ограниченном передним днищем двигателя и торцом заряда. Между воспламенителем и торцом заряда установлена мембрана. Мембрана выполнена из сгораемого материала в виде диска с местными вырезами по периферии. Изобретение позволит уменьшить начальный пик давления в твердотопливном ракетном двигателе. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.
Изобретение относится к области ракетной техники и может быть использовано при проектировании, отработке и изготовлении твердотопливных ракетных двигателей и воспламенительных устройств к ним. В твердотопливных ракетных двигателях (ТТРД) широко применяются различные конструкции воспламенителей и воспламенительных устройств (пат. RU 2170842, RU 2053401, US 3564845 г.). Одним из недостатков существующих конструкций ТТРД и устройств, обеспечивающих их запуск, является наличие начального воспламенительного пика давления в камере двигателя, что отрицательно влияет на габаритно-весовые характеристики двигателя и ракеты в целом. Особенно остро этот недостаток проявляется в ТТРД с малым начальным свободным объемом. В этом случае уменьшение навески воспламенителя, с целью снижения начального пика, приводит, как правило, к задержкам воспламенения. Указанный недостаток в определенной степени устраняется в конструкции по пат. RU 2053401, принятому авторами за прототип. При этом пик давления в конструкции прототипа уменьшается за счет уменьшения пика максимального давления собственно воспламенителя (фиг.1). Недостатками известных ТТРД и воспламенителей к ним, в т.ч. прототипа, являются сложность конструкции и существенная доля бесполезного, с точки зрения использования в ТТРД, рассеивания энергии воспламенительного устройства в начальный период. Технической задачей патентуемого изобретения является создание простой и надежной конструкции ТТРД с уменьшенным начальным пиком давления, особенно ТТРД с малым начальным свободным объемом. Указанная задача в заявляемой конструкции решается за счет последовательного подключения к процессу горения отдельных поверхностей самого заряда. Сущность изобретения и его отличия от прототипа поясняются следующими графическими материалами. Фиг.1. Эффективность снижения пика давления в конструкции прототипа. 1 – составляющая зависимости давление – время p(t), определяемая собственно поверхностью заряда; 2 – составляющая p(t), определяемая собственно воспламенителем обычной конструкции; 3 – составляющая p(t) собственно воспламенителя-прототипа; 4 – результирующая зависимость p(t) для воспламенителя обычной конструкции; 5 – результирующая зависимость p(t) для воспламенителя-прототипа; 6 – результирующая зависимость p(t) на установившемся режиме; 7 – уменьшение пика давления при применении воспламенителя-прототипа. Фиг.2. Эффективность снижения пика давления в заявляемой конструкции. 1 – составляющая p(t), определяемая собственно поверхностью заряда при отсутствии мембраны; 2 – составляющая p(t), определяемая собственно поверхностью заряда при наличии мембраны; 3 – составляющая p(t), определяемая собственно поверхностью заряда при горении всей поверхности (наружной, канала,···); 4 – составляющая p(t) собственно воспламенителя; 5 – результирующая зависимость p(t) для заявляемой конструкции (с мембраной); 6 – результирующая зависимость p(t) без мембраны; 7 – результирующая зависимость p(t) на установившемся режиме; 8 – уменьшение пика давления для заявляемой конструкции воспламенителя. Фиг.3. Общий вид заявляемой конструкции. 1 – корпус двигателя; 2 – заряд твердого ракетного топлива (ТРТ); 3 – таблетки ТРТ; 4 – навеска воспламенительного состава в оболочке; 5 – мембрана; Фиг.4. Характер распространения продуктов сгорания в заявляемой конструкции. 1 – корпус; 2 – заряд; 3 – мембрана. Фиг.5. Характер распространения продуктов сгорания в ТТРД – прототипе. Фиг.6. Мембрана. ДМ – наружной диаметр мембраны; ДДВ – внутренний диаметр камеры сгорания двигателя. Сущность изобретения заключается в перекрытии, в момент запуска двигателя, канала заряда (со стороны воспламенителя) мембраной, что позволяет направить основную массу воспламеняющих газов вдоль наружной поверхности заряда. Воспламенение канала при этом обеспечивается со стороны соплового торца с запаздыванием по времени по отношению к наружной поверхности. Это позволяет: – во-первых, уменьшить начальный пик давления, так как максимальное давление, развиваемое собственно воспламенителем, реализуется при существенно меньшей горящей поверхности заряда (фиг.1), чем в случае одновременного воспламенения по каналу и наружной поверхности; – во вторых, повысить эффективность и надежность воспламенения в двигателях с малым начальным свободным объемом, за счет интенсификации теплоподвода (путем вынужденной конвекции) к локальной, в данном случае только к наружной поверхности заряда. При этом вся масса продуктов сгорания целенаправленно пропускается над наружной поверхностью заряда (фиг.4), а не рассеивается, как в конструкциях аналогов и прототипа, по всему объему камеры сгорания (фиг.5); – с учетом последнего, представляется возможным уменьшить общую массу воспламенителя в целом. Для уменьшения влияния мембраны на стационарный режим работы двигателя она может быть выполнена из сгораемого материала, например полиэтилена. Конструкция патентуемого ТТРД приведена на фиг.3. Конструкция включает в себя навеску воспламенительного состава в пленочной оболочке (4) и таблетки твердого топлива, размещенные в передней крышке двигателя перед торцом заряда и отделенные от него мембраной (5). Воспламенительное устройство разработано применительно к ТТРД с зарядом, имеющим сквозной канал и горящим по каналу и наружной поверхности. При этом заряд фиксируется в камере двигателя по опорным поверхностям, а проход газов от воспламенительного устройства на наружную поверхность заряда обеспечивается за счет кольцевого зазора между торцом заряда и корпусом двигателя, а также за счет выполнения по периферии мембраны дополнительных вырезов (фиг.6). Это позволяет регулировать начальное давление в локальном объеме между крышкой и торцом заряда и тем самым обеспечить необходимый уровень давления для эффективного зажжения самого воспламенителя. Отличительными признаками патентуемого изобретения (от прототипа) являются: – наличие мембраны, перекрывающей (запирающей) канал заряда в момент воспламенения; – выполнение мембраны из сгораемого материала, например полиэтилена; – выполнение мембраны в виде кругового диска с вырезами по периферии и диаметром, соответствующим внутреннему диаметру двигателя по месту установки мембраны. Патентуемая конструкция отработана применительно к разгонному двигателю ПТУРС. Пример практической реализации конструкции: – воспламенительное устройство: навеска пороха ДРП-2 по 1 г в 2 пленочных пакетах; – полиэтиленовая мембрана; – заряд из баллиститного ТРТ с размерами: длина 100 мм, наружный диаметр 116 мм, диаметр канала 50 мм; – масса заряда 1,3 кг. Положительный эффект изобретения – уменьшение начального пика давления в камере сгорания ТТРД, особенно с малым начальным свободным объемом; уменьшение весогабаритных характеристик ТТРД.
Формула изобретения
1. Твердотопливный ракетный двигатель, содержащий корпус с размещенным в нем вкладным канальным зарядом и воспламенителем, расположенным в объеме, ограниченном передним днищем двигателя и торцом заряда, при этом двигатель снабжен мембраной, установленной между воспламенителем и торцом заряда, отличающийся тем, что мембрана выполнена из сгораемого материала в виде диска с местными вырезами по периферии. 2. Твердотопливный ракетный двигатель по п.1, отличающийся тем, что мембрана выполнена из полиэтилена.
РИСУНКИ
MM4A – Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Дата прекращения действия патента: 23.07.2006
Извещение опубликовано: 27.06.2007 БИ: 18/2007
NF4A Восстановление действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение
Дата, с которой действие патента восстановлено: 27.06.2007
Извещение опубликовано: 27.06.2007 БИ: 18/2007
MM4A – Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Дата прекращения действия патента: 23.07.2008
Извещение опубликовано: 20.07.2010 БИ: 20/2010
|
||||||||||||||||||||||||||
