РЕАКТИВНЫЙ СНАРЯД С ОДНОКАМЕРНЫМ ДВУХРЕЖИМНЫМ ДВИГАТЕЛЕМ ТАНГЕЦИАЛЬНО-РАДИАЛЬНОГО ИСТЕЧЕНИЯ ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ

Полезная модель относится к перспективной баллистической схеме реактивного снаряда (PC), обеспечивает уменьшение разброса тяговых характеристик ракетного двигателя на твердом топливе (РДТТ) и тем самым приводит к улучшению характеристик рассеивания PC по дальности и уменьшению характеристик рассеивания PC по направлению.
Выполнение указанных направлений может быть достигнуто организацией вихревого процесса по всей длине газодинамического тракта РДТТ, за счет установки вместо диафрагмы тангенциально-щелевого завихрителя (камера дожигания вихревого типа).
Предложен PC (фиг. 1), содержащий в своей конструкции головную часть (1), корпус камеры сгорания (2), шашку твердого ракетного топлива (3), бронировку (4), стартовый заряд (5), заднюю диафрагму (6), тангенциально-щелевой завихритель (7), сопло (8), стабилизатор (9).
Предлагаемый PC отличается от известных штатных образцов тем, что в конструкцию после сопловой диафрагмы устанавливается завихритель тангенциально-щелевого типа, обеспечивающий организацию вихревого процесса по всему тракту РДТТ. Преимущества данной схемы реализуются благодаря наличию высокой степени турбулизации потока, в результате чего увеличивается скорость горения твердого ракетного топлива (ТРТ), что в свою очередь обеспечивает увеличение полноты заполнения камеры сгорания ТРТ без увеличения калибра PC и, следовательно, массы заряда, а организация закрученного истечения в предсопловом объеме камеры сгорания приводит к увеличению полноты сгорания топлива за счет снижения выброса несгоревших частиц. Увеличение полноты сгорания топлива делает процесс, протекающий в камере сгорания, менее случайным, в результате чего может быть достигнуто уменьшение разброса тяговых характеристик PC как внутри одной партии, так и между различными партиями снарядов. Таким образом, уменьшение характеристик технического рассеивания PC может быть достигнуто путем уменьшения разброса его тяговых характеристик при организации вихревого процесса по тракту РДТТ, а увеличение дальности стрельбы - за счет увеличения массы используемого ТРТ без изменения габаритных характеристик PC.
Для организации закрученного течения по тракту двигателя используем закручивающее устройство. В настоящее время известны закручивающие устройства, которые наиболее часто применяются в технике и подразделяются в зависимости от количества заходов и геометрического тела, положенных в основу их конструкции, на шнековые и тангенциальные.
Проведенный анализ результатов экспериментальных исследований показал, что рециркуляционные зоны в потоке за закручивающими устройствами с тангенциальным подводом в общем случае меньше при том же значении параметра закрутки, чем за лопаточными завихрителями. Поскольку при одинаковых значениях параметра закрутки поток массы в устройствах одинаков, то очевидно, что в более компактной зоне обратных токов за закручивающим устройством с тангенциальным подводом реализуются большие скорости течения, большие градиенты скорости, более высокие уровни турбулентности и интенсивности смешения.
Для того чтобы минимизировать гидравлические потери в воздушном тракте вихревого устройства, параметр закрутки стремятся сделать минимально возможным, за счет чего минимизируется влияние осевого вихревого ядра (ВЯ) на поток. Для устранения зоны обратных токов подача газового потока в закручивающееся устройство осуществляется через три контура (осевой и два тангенциальных) с различной степенью закрутки в каждом из них. Несомненно, что различия в скоростях газовых потоков способствуют ослаблению прецессии ВЯ. Воздействие ВЯ на поток сводится, таким образом, к минимуму, и факторами, определяющими смешение, являются различие скоростей в отдельных слоях и наличие диффузора за завихрителем.
Анализ возможности включения представленных завихрителей в конструкцию газодинамического тракта РДТТ показывает, что с точки зрения схожести с диафрагмами крепления зарядов в камерах PC наиболее приемлемыми являются тангенциальные закручивающие устройства.
Подтверждением в пользу использования тангенциальных устройств служат результаты экспериментальных исследований по проверке гипотезы о влиянии закручивания потока продуктов сгорания ТРТ на полноту завершения реакций в камере сгорания с определением относительной дымности продуктов сгорания, вытекающих из сопла. Результаты исследований для двух типов ТРТ представлены в таблице.
Приведенные данные позволяют утверждать об увеличении завершенности реакций в дымогазовой смеси продуктов сгорания при организации вихревого дожигания, о чем свидетельствует уменьшение дымности, а наиболее эффективным закручивающим устройством является тангенциально-щелевой завихритель.
a
кр
Для определения содержания активного алюминия в шлаках продуктов сгорания проводилось сжигание смесевого топлива с содержанием 7% Al и баллиститного ТРТ с содержанием 5% Al при массе зарядов 0,3 кг и расширении сопла d/d=1, при этом фиксировался удельный импульс силы тяги. Определение активного алюминия проводилось волюметрическим методом, согласно ГОСТ 5494-50, результаты представлены на фиг. 2-3.
Как видно из представленных данных, наибольшее количество активного алюминия соответствует осевому истечению во всем интервале давлений. При закрученном истечении продуктов горения ТРТ активного алюминия в шлаках содержится значительно меньше, особенно это относится к результатам сжигания баллиститного ТРТ, где разница в остатках достигает 45…50%.
Представленные экспериментальные данные позволяют предполагать, что использование закручивающих устройств вместо диаграмм позволит увеличить удельный импульс силы тяги и полноту сгорания ТРТ в пределах камеры сгорания РДТТ.
Таким образом, организация вихревого процесса в камере сгорания, как указывалось ранее, приведет к уменьшению выброса несгоревших частиц топлива, что обеспечит уменьшение разброса тяговых характеристик РДТТ, и тем самым улучшит характеристики рассеивания PC по дальности и благоприятным образом скажется на характеристиках рассеивания PC по направлению.
Источники информации
1. Ганичев А.Н., Денежкин Г.А. и др. Реактивное оружие залпового огня. - М.: ЦНИИНТИ, 1974. - 96 с.
2. Зеленский В.П. Основы производства порохов и зарядов к ствольному оружию и ракетам. - Пенза, ВАИУ, 1971. - 406 с.
3. Газодинамические и теплофизические процессы в ракетных двигателях на твердом топливе / A.M. Губертов, В.В. Миронов, Д.М. Борисов и др.; под ред. А.С. Коротеева, М.: Машиностроение, 2004. - 512 с.
4. Белобрагин В.Н., Борисов О.Г., Горбунов В.Н. Пути увеличения максимальной дальности стрельбы реактивными снарядами залпового огня. - Боеприпасы, №1-2, 2001. - С. 31…36.