ЗАРЯД ТВЕРДОГО ТОПЛИВА

Полезная модель относится к области ракетной техники, а именно к конструкции зарядов твердых топлив торцевого горения для ракетных двигателей и генераторов различного функционального назначения, в частности боевых ракет, а также устройств для борьбы с авариями и стихийными бедствиями: градобойных ракет, ракет подавления зародышей смерчей, двигателей экстренного торможения и т.п.
Для ряда двигателей объективно необходимо «глубокое» регулирование тяги изделия, а, следовательно, сначала - давления в камере, в процессе его работы. Ступенчатое изменение тяги (уровня давления), достигается, как правило, изготовлением заряда в виде отдельных секций, имеющих различную скорость горения.
Известны способы регулирования скорости горения топлива армированием его какими-либо элементами, например, теплопроводными нитями, стержнями и т.п. (Патенты США №3812785 от 30.07.70 г.; №3763787 от 11.02.71 г.) Данные технические решения изменяют скорость горения топлива, обеспечивают прочность заряда, однако не решают задачу ступенчатого изменения тяги двигателя, так как скорость горения заряда остается постоянной.
Известно техническое решение по патенту РФ №2211355 от 26.02.2002 г. МПК F02К 9/28 «Заряд ракетного двигателя», где предложен заряд торцевого горения, который выполнен трехсекционным из одного вида смесевого твердого топлива с введением в каждую топливную секцию ультрадисперсного алюминия (УДА) с частицами различной величины. В результате в каждой секции при работе двигателя реализуется собственная скорость горения топлива и, следовательно, имеет место трехступенчатый закон изменения тяги. При кажущейся простоте упомянутого технического решения его очень сложно реализовать технологически, так как при изготовлении одного заряда, по существу, надо приготовить три разные марки топлива.
Наиболее близким по сущности к предлагаемому техническому решению является заряд твердого топлива по патенту РФ №2183284 РФ от 12.10.2000 г., МПК 7 F02K 9/16 «Заряд твердого топлива ракетного двигателя», выполненный в виде шашки с армирующим элементом из ячеистого пористого материала объемной структуры по форме заряда, заполненного топливом.
Пористый ячеистый материал получают на основе пенополиуретана методами порошковой металлургии. При объемном армировании обеспечивается изотропность свойств заряда по всем направлениям, снижение уровня эксплуатационных деформаций и напряжений в заряде, а также изменение баллистических свойств заряда за счет материала и параметров армирующего каркаса без изменения штатной рецептуры топлива.
Основным недостатком данной конструкции заряда является невозможность обеспечения широкого диапазона изменения работы двигателя по тяге.
Задачей полезной модели является создание заряда твердого топлива, способного обеспечить «глубокое» регулирование тяги ракетного двигателя в широком диапазоне скоростей горения, не снижая механических характеристик заряда и не изменяя рецептуру топлива и технологию изготовления заряда.
3
Задача решается за счет того, что заряд твердого топлива, включающий твердотопливную шашку, бронепокрытие и армирующий элемент из ячеистого пористого материала, содержит армирующий элемент из ячеистого пористого материала объемной структуры по форме заряда в виде отдельных секций из различных металлов (никеля, меди, алюминия, железа), соединенных между собой и заполненных топливом, при этом размер ячеек армирующего материала составляет 2…10 мм, а кажущаяся плотность 0,01…0,08 г/см.
Конструкция предлагаемого технического решения поясняется на чертеже.
Предложенный заряд состоит из тверд отопливной шашки (1) с бронепокрытием (2) по боковой и торцевой поверхностям, армирующий элемент из отдельных секций высокопористых ячеистых металлических материалов (3).
Предлагаемый заряд твердого топлива работает следующим образом. После воспламенения твердотопливной шашки происходит горение поверхности открытого (небронированного) ее торца параллельными слоями в силу гомогенности твердого топлива. В процессе горения при прохождении через секции высокопористых ячеистых металлических материалов происходит изменение скорости горения, а, следовательно, давления и тяги в двигателе в зависимости от параметров армирующего материала. Так, например, каркас с размерами ячейки 2 мм из никеля повышает базовую скорость горения исходного топлива в 2 раза, из меди в 3,5…3,8 раза, из алюминия в 5,0…5,2 раза.
Указанный положительный эффект «глубокого» регулирования тяги двигателя подтвержден испытаниями опытных образцов, выполненных в соответствии с предлагаемой полезной моделью, калибром 122 мм в диапазоне рабочего давления примерно 70 кгс/см.кв. и температуре 20°С.
Выполнение заявленного заряда твердого топлива позволило значительно расширить возможности регулирования уровня давления и тяги двигателя изделия.