РАКЕТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА
SOLID-PROPELLANT ROCKET ENGINE

Изобретение относится к ракетной технике, а именно к конструкциям крупногабаритных ракетных двигателей (РДТТ) со скрепленным с корпусом зарядом смесевого твердого топлива (СТТ).
Одним из основных показателей качества конструкции топливного заряда для РДТТ является коэффициент заполнения корпуса топливом. Однако увеличение объемного наполнения корпуса топливом должно увязываться с необходимостью иметь развитую начальную поверхность горения и прямоугольную диаграмму давление - время. Конструкция должна выдерживать все предусмотренные эксплуатационные нагрузки и обеспечивать извлечение формообразующей оснастки после изготовления заряда. Для увеличения коэффициента заполнения корпуса РДТТ используют различные комбинации основного и дополнительного зарядов.
Из уровня техники известен РДТТ (патент США №2 755520, НКИ 60-35.6), принятый за прототип, включающий корпус, скрепленный с ним основной цилиндрический заряд с частичной бронировкой, в канале которого соосно основному размещен дополнительный заряд твердого топлива.
К недостаткам описанного технического решения следует отнести сложность схемы размещения дополнительного заряда, для крепежа которого требуется использование дополнительных конструктивных элементов, что приводит к увеличению пассивного веса двигателя и уменьшению коэффициента заполнения корпуса двигателя.
Задачей настоящего изобретения является упрощение схемы размещения дополнительного заряда и увеличение коэффициента заполнения корпуса двигателя.
Поставленная задача решается предлагаемой конструкцией РДТТ, включающей корпус, скрепленный с ним основной канально-щелевой заряд с частичной бронировкой, в канале которого соосно основному размещен дополнительный заряд твердого топлива, при этом бронировка на основном заряде наносится на цилиндрическую часть канала, а дополнительный имеет звездообразную форму внутреннего канала и вклеен в коническую часть канала основного заряда через промежуточный слой эластичного термостойкого материала.
В частности, на наружной поверхности дополнительного заряда имеются продольные ребра, по которым он вклеен в основной заряд.
В частности, дополнительный заряд выполнен из нескольких отдельных блоков.
Предлагаемая схема размещения дополнительного заряда более проста, так как для размещения вклеенного в канал заряда не нужно использовать дополнительные крепежные элементы (несущие основания), увеличивающие пассивный вес двигателя.
Звездообразная форма дополнительного заряда обеспечивает максимальную поверхность и минимальное время горения дополнительного заряда.
Наличие эластичного слоя уменьшает отрывные усилия, вызванные деформацией основного заряда под действием давления или температуры.
Наличие ребер на наружной поверхности дополнительного заряда позволяет уменьшить время горения вклеиваемого заряда и позволяет увеличить проходное сечение для движения продуктов сгорания и начальную поверхность заряда.
Изготовление зарядов в виде отдельных блоков облегчает их вклеивание в основной заряд и снижает уровень напряженно-деформированного состояния основного заряда, связанного с размещением в его канале дополнительного заряда.
Предложенная конструкция поясняется чертежами, фиг.1, 2. На фиг.1 представлен общий вид и поперечный разрез основного и дополнительного зарядов, на фиг.2 показан дополнительный вид заряда в виде отдельных блоков.
В корпусе 1 размещен основной заряд 2, в канал 3 основного заряда 2 через эластичный слой 4 вклеен дополнительный заряд 5, цилиндрическая часть канала 3 основного заряда 2 имеет бронировку 6.
Работает предлагаемый РДТТ следующим образом.
После срабатывания воспламенителя загораются щели, сопловая часть поверхности основного заряда 2 и дополнительный заряд 5.
Цилиндрическая часть канала основного заряда 2 находится под бронировкой 6 и не горит. В течение 3-4 с сгорает дополнительный заряд и подключается к горению вся поверхность основного заряда. В дальнейшем заряд работает обычным образом.
Для определения площади бронировки поверхности основного заряда необходимо сравнить газоприход от дополнительного заряда и свободной поверхности основного заряда.
Примеры конкретного выполнения.
Пример 1
2
2
Крупногабаритный РДТТ с канально-щелевым зарядом твердого топлива, схема которого приведена на фиг.1, в конический участок вклеен дополнительный заряд звездообразного сечения. Размеры конического участка: диаметры 400 и 800 мм, длина 1000 мм. Поверхность дополнительного заряда составляет 200 дм. Скорость горения основного заряда составляет 10 мм/с, а дополнительного 18 мм/с. Таким образом, для сохранения газоприхода соответствующего основному заряду, в последнем необходимо забронировать 360 дм поверхности. Длина цилиндрического канала основного заряда - 3000 мм. Для компенсации газоприхода от дополнительного заряда необходимо на 3 с забронировать цилиндрический канал на длину 2800 мм. Бронировка может быть выполнена наклеиванием на канал основного заряда используемой в защитно-крепящем слое ткани капроновой технической с повторным покрытием клеем. Масса дополнительного заряда составляет 415 кг или 2,5% от массы основного заряда. Промежуточный слой толщиной 10 мм выполнен, например, из термостойкой микропористой резины марки 5116, из которой выполнен защитно-крепящий слой основного заряда. Эта резина является термостойкой и не подвержена диффузии компонентов топлива. Вклеивание дополнительного заряда тоже производится клеем, который используется в ЗКС.
Пример 2
Показанный на фиг.1 дополнительный заряд имеет шесть ребер, по которым он вклеен в канал основного заряда. Количество ребер, их размеры определяются особенностями конкретного заряда. В рассматриваемом примере канал дополнительного заряда представляет собой шестилучевую звезду, поэтому число ребер тоже равно шести. Высота ребер на входе составляет 40 мм, длина ребра по дуге 150 мм. Размер каналов между ребрами увеличивается в сторону заднего днища. Наличие указанных ребер позволяет увеличить площадь проходного сечения для истечения продуктов сгорания на 40%, увеличить начальную поверхность горения на 35% и уменьшить время горения дополнительного заряда на 30-35%.
Пример 3
Дополнительный заряд (Фиг.2), как и в примере 1, имеет звездообразную конфигурацию внутреннего канала, но выполнен из пяти отдельных блоков. На каждый блок с помощью клея, используемого в ЗКС, нанесен слой эластичной резины 5116 толщиной 10 мм, через эластичный слой каждый блок вклеен в канал основного заряда. Предлагаемая конструкция заряда позволяет увеличить коэффициент заполнения корпуса топливом на 2,5%.
Предлагаемое решение перспективно и актуально, так как оно позволяет простыми средствами повысить эффективность ракетных комплексов. В настоящее время проводятся испытания предложенной схемы расположения дополнительного заряда на опытном производстве.