РАКЕТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА
SOLID-PROPELLANT ROCKET ENGINE

Изобретение относится к области ракетной техники, а именно к ракетным двигателям твердого топлива (РДТТ), преимущественно к стартовым и маршевым двигателям ракет тактического назначения, а также к двигателям крылатых ракет и авиационных ракет.
Известна конструкция РДТТ, содержащего корпус с утопленным соплом, заряд с глухим каналом, воспламенитель, установленный на утопленной части сопла, состоящий из заполненного пиросоставом корпуса в виде трубчатого кольца с перфорацией из отверстий, направленных внутрь канала, и дополнительной перфорации в виде отверстий, направленных в зону сопряжения горящего торца и канала заряда - патент RU 2313685, МПК F02K 9/95, з. от 13.04.2006. Недостатком рассматриваемого ракетного двигателя является то, что двигатель при локальном направлении форса пламени воспламенителя в зону сопряжения горящего торца и канала не может обеспечить воспламенение всей горящей поверхности заряда и выход на расчетный режим при наличии щелевых компенсаторов поверхности горения.
Известна конструкция РДТТ, содержащего корпус, сопло, заряд твердого топлива, воспламенительное устройство в виде твердотопливного микродвигателя с перфорированным корпусом, срез сопла-отверстия воспламенителя отстоит от поверхности заряда на расстоянии 2-8 эквивалентных диаметров сопла-отверстия, а угол наклона сопла-отверстия к воспламеняемой поверхности равен не менее 45° - патент RU 2258151, МПК F02K 9/95, 9/30, з. от 30.12.2003. Недостатком указанного РДТТ также является то, что микродвигатель осуществляет воспламенение локального участка поверхности горения заряда, не обеспечивает одновременное воспламенение всей горящей поверхности заряда.
В обоих случаях при наличии развитой поверхности горения заряда за счет наличия щелевых компенсаторов воспламенение всей поверхности горения предлагаемые конструкции не обеспечат.
В литературе (Д.И.Абугов, В.М.Бобылев. Теория и расчет ракетных двигателей твердого топлива. М.: Машиностроение. 1987 г. (стр.11)) приведена конструкция РДТТ с щелевыми компенсаторами горения в предсопловом объеме и расположением воспламенителя на сопловой заглушке. Недостатком указанной конструкции является расположение воспламенителя на сопловой заглушке, что ненадежно. В момент срабатывания воспламенителя на заглушку воздействует динамическое усилие, что может привести к преждевременному вылету сопловой заглушки вместе с воспламенителем и получению нестабильных характеристик двигателя.
В качестве прототипа авторами выбран патент RU 2313685, МПК F02K 9/95, опубликованный 27.12.2007, з. 2006112363 от 13.04.2006.
Технической задачей настоящего изобретения является обеспечение быстрого выхода на расчетный режим со стабильными характеристиками за счет воспламенения практически всей горящей поверхности, в первую очередь, щелевого участка заряда.
Технический результат достигается тем, что в РДТТ, содержащем корпус, сопловой блок, заряд со щелевыми компенсаторами поверхности горения у соплового блока, воспламенитель с перфорированным корпусом, закрепленным на сопловом блоке двигателя в зоне щелей, заполненным пиросоставом в виде пироусилителя с центральным отверстием и пирошашек, удерживаемых в корпусе пробкой с центральным отверстием, а между пироусилителем и пирошашками помещена шайба, имеющая центральную перемычку, выполненную в виде призмы, две грани которой направлены в сторону пироусилителя и сопряжены под острым углом по ребру, а ширина грани, противоположной ребру сопряжения, составляет 0,2÷0,4 диаметра пирошашки, внутренний диаметр шайбы выполнен по размеру 2,1÷2,3 диаметра пирошашки.
Сущность изобретения поясняется фигурами:
Фиг.1 - ракетный двигатель твердого топлива, где:
1 - корпус; 2 - прочно скрепленный с корпусом заряд; 3 - сопловой блок; 4 - воспламенитель.
Фиг.2 - воспламенитель, где:
5 - корпус воспламенителя; 6 - пироусилитель; 7 - шайба с центральной перемычкой; 8 - пирошашки; 9 - пробка с центральным отверстием.
Фиг.3 - поперечное сечение воспламенителя в зоне расположения шайбы, где:
5 - корпус воспламенителя; 7 - шайба с центральной перемычкой; 8 - пирошашки.
Фиг.4 - иллюстрирует характер обтекания газами сопряженных острым углом двух граней призмы, фрагмент, где:
6 - пироусилитель; 7 - шайба с центральной перемычкой.
Сущность изобретения заключается в следующем.
Расположенный в корпусе 1 РДТТ прочно скрепленный с корпусом заряд 2 воспламеняется от воспламенителя 4. Продукты сгорания прочно скрепленного с корпусом заряда, истекая через сопла (или сопло) соплового блока 3, создают требуемую расчетную тягу РДТТ. Пироусилитель 6 воспламеняется. Продукты сгорания истекают через центральное отверстие пироусилителя 6, рассекаются ребром сопряжения граней, обтекают сопряженные под острым углом грани центральной перемычки шайбы 7, перераспределяя продукты сгорания пироусилителя по торцам пирошашек 8. Острый угол сопряжения граней иключает возможность отражения газового потока при тупом угле. Центральная перемычка шайбы 7, обеспечивая воспламенение центральной и переферийных пирошашек, в то же время предохраняет центральную пирошашку 8 от разрушения форсом пламени пироусилителя. Продукты сгорания пироусилителя обеспечивают воспламенение пирошашек. Продукты сгорания пирошашек 8, истекая через отверстия перфорации корпуса 5 непосредственно в щелевую часть прочно скрепленного с корпусом заряда 2, воспламеняют в первую очередь наиболее развитую щелевую поверхность, обеспечивая быстрый выход на расчетный режим РДТТ. В воспламенителе пироусилитель, шайба и пирошашки закреплены пробкой с центральным каналом, обеспечивая неразъемную конструкцию.
Размер ширины перемычки, противоположной ребру сопряжения граней и опирающейся непосредственно на торцы пирошашек, выполнен в пределах 0,2÷0,4 диаметра пирошашки. Размеры определены из условия: уменьшение ширины грани менее 0,2 диаметра пирошашек может привести к нарушению прочности перемычки и к возможности разрушения центральной пирошашки; увеличение ширины грани более 0,4 диаметра пирошашки приведет к значительному перекрытию перемычкой торцов пирошашек, а следовательно, к ухудшению их воспламеняемости. То же самое можно сказать о внутреннем диаметре шайбы, выполненном в пределах 2,1÷2,3 диаметра пирошашки. Уменьшение внутреннего диаметра шайбы менее 2,1 диаметра пирошашки увеличивает площадь перекрываемой поверхности торцов пирошашек и ухудшает их воспламеняемость; увеличение внутреннего диаметра шайбы более 2,3 диаметра пирошашки снижает ее прочность.
Таким образом предлагаемое техническое решение по сравнению с ближайшим аналогом обеспечивает воспламенение заряда и работу РДТТ с наименьшим временем выхода на расчетный режим.
Работоспособность РДТТ, выполненного в соответствии с предлагаемым изобретением, подтверждена огневыми стендовыми испытаниями в опытных условиях ФГУП «НИИПМ», КОКБ «Союз» и в условиях летных испытаний ракет в ОАО «Корпорация ТРВ».