Ракетный двигатель твердого топлива

Изобретение относится к области ракетной техники и может быть использовано при проектировании, отработке и изготовлении ракетных двигателей твердого топлива. Ракетный двигатель твердого топлива содержит корпус, воспламенитель и расположенный между воспламенителем и торцом заряда плоский рассекатель. В корпусе ракетного двигателя размещен вкладной канальный заряд всестороннего горения. Воспламенитель расположен в цилиндрическом корпусе из полимерного материала. Рассекатель выполнен в виде многолучевой звезды с центральным отверстием. Стенка корпуса воспламенителя снабжена периферийным круговым и вдоль лучей рассекателя ослабленным сечением и гофрированным центральным выступом, взаимодействующим с центральным отверстием рассекателя. В стенке воспламенителя, контактирующей с рассекателем, выполнено ответное посадочное углубление, контур которого соответствует контуру рассекателя. Изобретение позволяет создать высокотехнологичную в изготовлении конструкцию ракетного двигателя твердого топлива, обладающего повышенной надежностью. 1 з.п. ф-лы, 7 ил.

 

Изобретение относится к области ракетной техники и может быть использовано при проектировании, отработке и изготовлении ракетных двигателей твердого топлива (РДТТ), преимущественно к авиационным неуправляемым ракетам.

Одной из актуальных задач совершенствования РДТТ к указанным ракетам является повышение их надежности и эффективности. Эту задачу приходится решать при условии обеспечения высокой технологичности, так как двигатели данного класса являются изделиями крупносерийного производства. Необходимость обеспечения серийноспособности требует предельно простых и в то же время высокоэффективных конструктивных решений. Наиболее полно указанным требованиям отвечает конструкция РДТТ с небронированным канальным зарядом всестороннего горения. Как правило, РДТТ к неуправляемым авиационным ракетам (и заряды к ним) отличает большое удлинение (длина заряда/диаметр): у ракет калибром 80...130 мм оно составляет ˜10...12, что связано с необходимостью обеспечения высокой тяговооруженности двигателя в начальный (стартовый) период. Данная особенность РДТТ указанного класса предопределяет повышенные требования к узлу воспламенения двигателя.

При срабатывании воспламенителя, в случае отсутствия газораспределителя, нормирующего расход газов в канал заряда и зазор между корпусом двигателя и наружной поверхностью заряда, происходит опережающее заполнение и воспламенение канала заряда. Вследствие этого возникают кратковременные (несколько мс), но весьма значительные по величине (до 30 кгс/см²), растягивающие заряд радиальные перепады давления. Такие перепады особенно опасны, с точки зрения прочности, для вкладных зарядов с профилированными звездообразными каналами, имеющими сопрягающие галтели малых (˜1 мм) радиусов на профиле канала.

Для исключения указанных перепадов, если не рассматривать сложные (не удовлетворяющие требованиям крупносерийного производства) варианты конструкций, может быть использована конструкция двигателя по пат. RU 2247254 от 27.02.2005, принятая авторами за прототип. Данный двигатель (Фиг.1) содержит корпус (1), вкладной канальный заряд всестороннего горения (2), воспламенитель (3) и мембрану (4), установленную между воспламенителем и зарядом. При срабатывании воспламенителя (Фиг.2) свободно установленная мембрана надвигается на торец заряда, перекрывает канал заряда, обеспечивая проток продуктов сгорания воспламенителя в зазор между корпусом двигателя и наружной поверхностью заряда. Тем самым достигается эффект последовательного подключения (воспламенения) в процесс горения отдельных поверхностей заряда (наружная → задний торец → канал) и надежный, плавный выход двигателя на рабочий режим (без чрезмерных пиков и забросов давления) и исключается воздействие на заряд растягивающего радиального перепада давления.

Однако реализация такого подхода в двигателях рассматриваемого класса (двигатели и заряды больших удлинений) малоэффективна, так как:

1) свободная установка мембраны (рассекателя) требует, как минимум, введения в двигатель конструктивного элемента крепления воспламенителя;

2) установка раскрепленной мембраны из полимерного материала приведет к ее последующему выбросу через сопло неуправляемых авиационных ракет (НАР), что недопустимо для НАР с т.з. безопасности работающего двигателя самолета, установка же металлической мембраны опасна с т.з. механической прочности заряда (возможно образование сколов на торце заряда);

3) введение приклеиваемой к торцу заряда мембраны технологически усложняет конструкцию заряда, что недопустимо для крупносерийного и массового производства.

Технической задачей изобретения является создание конструкции твердотопливного ракетного двигателя с повышенной надежностью и высокотехнологичной в изготовлении.

Технический результат изобретения достигается за счет исключения воздействия на заряд растягивающих радиальных перепадов давления в начальный период и простоты конструктивного оформления двигателя и узла его воспламенения.

Технический результат изобретения заключается в выполнении ракетного двигателя твердого топлива содержащим корпус и размещенный в нем канальный заряд всестороннего горения, воспламенитель в цилиндрическом корпусе из полимерного материала и расположенный между воспламенителем и торцом заряда плоский рассекатель. При этом рассекатель выполнен в виде многолучевой звезды с центральным отверстием, а стенка корпуса воспламенителя снабжена периферийным круговым и вдоль лучей рассекателя ослабленным сечением и гофрированным центральным выступом, взаимодействующим с центральным отверстием рассекателя. В стенке воспламенителя, контактирующей с рассекателем, выполнено ответное посадочное углубление, контур которого соответствует контуру рассекателя. Для повышения эффективности и надежности патентуемого устройства стенка корпуса воспламенителя, контактирующая с рассекателем, выполняется с переменной, увеличивающейся к центру толщиной.

Сущность изобретения заключается в запрограммированном конструкцией воспламенителя и рассекателя вскрытии корпуса воспламенителя (Фиг.3, Фиг.4), а именно по секторам между лучами звездочки рассекателя (5) и круговому ослаблению сечения стенки воспламенителя.

Лепестки секторов корпуса воспламенителя, разворачиваясь к переднему торцу заряда относительно усиленной центральной части стенки корпуса воспламенителя, образуют "зонтик", в основном перекрывающий проход газов воспламенителя в канал заряда, и обеспечивают преимущественное заполнение зазора и опережающее воспламенение наружной поверхности заряда, что и позволяет достичь цели изобретения.

При этом существенными отличительными признаками предложенного технического решения от прототипа и аналогов являются:

1. Выполнение рассекателя в виде плоской металлической звездочки с центральным отверстием.

2. Выполнение в корпусе воспламенителя центрального гофрированного выступа и посадочного углубления с контуром, соответствующим контуру рассекателя.

3. Сочленение рассекателя с корпусом воспламенителя путем фиксации его на гофрированном выступе в посадочном углублении.

4. Круговое периферийное ослабление сечения стенки (местное уменьшение толщины - кольцевая проточка) корпуса воспламенителя, примыкающей к рассекателю.

5. Дополнительное ослабление сечения стенки корпуса воспламенителя вдоль лучей рассекателя.

6. Выполнение стенки воспламенителя, примыкающей к рассекателю, с переменной, увеличивающейся к центру толщиной.

7. Выполнение кругового ослабления сечения на расстоянии от основания лучей рассекателя не менее величины зазора между торцом заряда и рассекателем.

Изобретение поясняется чертежами.

Фиг.1. Конструкция прототипа (до срабатывания воспламенителя):

1 - корпус РДТТ;

2 - заряд;

3 - воспламенитель;

4 - мембрана.

Фиг.2. Конструкция прототипа (после срабатывания воспламенителя).

Фиг.3. Конструкция патентуемого двигателя:

1 - корпус РДТТ;

2 - заряд;

3 - воспламенитель;

5 - рассекатель;

6 - лепестки вскрытого корпуса воспламенителя.

Фиг.4. Конструкция патентуемого двигателя (после срабатывания воспламенителя).

Фиг.5. Схема перекрытия канала заряда лепестками корпуса воспламенителя.

Фиг.6. Рассекатель.

Фиг.7. Конструктивное оформление корпуса (крышки) воспламенителя, контактирующего с рассекателем.

Положительный эффект изобретения характеризуется:

1. Повышением надежности работы двигателя за счет исключения разрушения заряда нестационарным растягивающим перепадом давления в начальный период.

2. Простотой конструкции и улучшением компоновки двигателя.

Повышение надежности двигателя в данном случае сопровождается повышением и его технологичности в изготовлении.

Патентуемая конструкция двигателя (Фиг.3) включает корпус (1) с кольцевым опорным уступом под рассекатель, вкладной небронированный заряд (2) ТРТ всестороннего горения, воспламенитель (3) в литом, (например, на термопластавтомате) цилиндрическом или иной формы корпусе из полимерного материала (например, полиэтилена) и сочлененный с ним плоский металлический рассекатель (5), выполненный в виде многолучевой звездочки с центральным отверстием. Рассекатель (Фиг.6) сочленен с воспламенителем, для чего стенка корпуса последнего, обращенная к рассекателю, снабжена центральным гофрированным выступом. Для улучшения компоновки в контактирующей с рассекателем стенке воспламенителя выполнено посадочное углубление. По периферии стенки воспламенителя, обращенной к рассекателю, выполнено круговое ослабление толщины (кольцевая проточка), при этом сама стенка выполнена с переменной толщиной, увеличивающейся к центру (Фиг.7).

Опытный образец двигателя включает в себя:

1) корпус (1) с сопловым блоком, выполненные из алюминиевого сплава;

2) воспламенитель в полиэтиленовом корпусе (3), отливаемом на термопластавтомате. Реализация предусмотренных по настоящему патенту конструктивных особенностей (Фиг.7) воспламенителя (центральный гофрированный выступ, переменная толщина стенки корпуса, посадочное место под рассекатель) выполняется за один прием, не усложняет и не увеличивает продолжительности технологического цикла изготовления;

3) плоский металлический рассекатель (Фиг.6), изготавливаемый вырубкой из листовой стали.

Ракетный двигатель работает следующим образом.

После подачи импульса на инициатор (Фиг.3, Фиг.4, Фиг.5) поджигается навеска воспламенительного состава в корпусе (3), образовавшиеся газы вырывают стенку воспламенителя по секторам между лучами рассекателя (5). Отклоняющиеся в сторону торца заряда лепестки (6) корпуса выпрямителя в основном перекрывают проход газов в канал заряда (2). При этом обеспечивается преимущественное заполнение газами наружного зазора и соответственно опережающее воспламенение наружной поверхности заряда. Последнее позволяет обеспечить отсутствие радиального растягивающего перепада давления.

Работоспособность патентуемой конструкции РДТТ и ее эффективность подтверждена при экспериментальной отработке ракетного двигателя твердого топлива НАР калибром 80 мм.

1. Ракетный двигатель твердого топлива, содержащий корпус с размещенным в нем вкладным канальным зарядом всестороннего горения, воспламенитель в цилиндрическом корпусе из полимерного материала и расположенный между воспламенителем и торцом заряда плоский рассекатель, отличающийся тем, что в нем рассекатель выполнен в виде многолучевой звезды с центральным отверстием, а стенка корпуса воспламенителя снабжена периферийным круговым и вдоль лучей рассекателя ослабленным сечением и гофрированным центральным выступом, взаимодействующим с центральным отверстием рассекателя, при этом в стенке воспламенителя, контактирующей с рассекателем, выполнено ответное посадочное углубление, контур которого соответствует контуру рассекателя.

2. Ракетный двигатель твердого топлива по п.1, отличающийся тем, что в нем стенка корпуса воспламенителя, контактирующая с рассекателем, выполнена с переменной увеличивающейся к центру толщиной.