ГЕРМЕТИЗИРУЮЩЕЕ-ПУСКОВОЕ УСТРОЙСТВО РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ
ROCKET ENGINE SEALING STARTER

Изобретение относится к ракетной технике и предназначено для использования в ракетных двигателях твердого топлива (РДТТ) реактивных снарядов систем залпового огня.
Герметизирующее - пусковое устройство (ГПУ) - служит для герметизации РДТТ при хранении, обеспечения надежного запуска РДТТ и минимизации разбросов внутрибаллистических характеристик, времени, темпа стрельбы и скорости схода реактивных снарядов с направляющих, что особенно важно при залповой стрельбе.
Известно ГПУ, содержащее корпус и сопловую заглушку (см. книгу Ерохина Б.Т. Теория внутрикамерных процессов и проектирование РДТТ.: М., Машиностроение, 1991 г., стр.318, рис.12.7).
Задачей данного технического решения явилась разработка ГПУ, размещенного в сопловом блоке РДТТ.
Общими признаками с предлагаемым ГПУ является наличие в нем сопловой заглушки (опоры, посредством которой ГПУ крепится к сопловому блоку).
Однако данная конструкция ГПУ имеет недостаток, заключающийся в том, что при истечении струи продуктов из ГПУ наблюдается перекос ГПУ в сопловом блоке, что приводит к полному или частичному отсутствию истечения продуктов сгорания воспламенителя в осевой канал заряда топлива РДТТ, а следовательно к нестабильному зажжению заряда и к недопустимым разбросам параметров выхода РДТТ на режим, приводящим к разбросу скорости схода и темпу стрельбы.
Наиболее близкой по технической сути и достигаемому результату является ГПУ, содержащее тарель в виде нескольких телескопических втулок, форсажную трубку и опору (см. патент РФ №2229617 от 26.11.02), принятая за прототип.
Как видно из этого технического решения, конструкция ГПУ содержит элементы, обеспечивающие передачу огневого импульса вдоль оси форсажной трубки, закрепленной на опоре, чем достигается истечение струи продуктов сгорания вдоль оси РДТТ, симметричность воздействия струи на воспламенитель, снижение разбросов в течение воспламенительного периода, отсутствие перекоса форсажной трубки, а следовательно, снижение разбросов внутрибаллистических характеристик, скорости схода и темпа стрельбы.
Данная конструкция ГПУ применяется в PC малых калибров, однако при применении ее в конструкциях, имеющих существенно больший калибр, было установлено повышение разброса внутрибаллистических параметров, скоростей схода и темпа стрельбы, что объясняется главным образом несимметричностью деформации и прогиба опоры большого диаметра под действием продуктов сгорания воспламенителя в период начала его зажжения, что вызывает перекос форсажной трубки в период запуска двигателя, асимметрию воздействия газовой струи на воспламенитель и повышение разбросов.
Таким образом, задачей данного технического решения (прототипа) явилось создание ГПУ, позволяющего снизить величину разбросов внутрибаллистических характеристик в момент запуска, а также схода и темпа стрельбы.
Общими признаками с предлагаемым устройством является наличие в ГПУ тарели, форсажной трубки, опоры, узла крепления опоры на форсажной трубке.
В отличие от прототипа предлагаемое ГПУ содержит тарель, форсажную трубку, узел крепления и опору, причем опора выполнена в виде усеченного конуса с конической частью, прилегающей по торцу к дозвуковой части сопла под углом 80…100 градусов и плоской частью наружным диаметром (0,2…0,3)D, между опорой и узлом крепления на форсажной трубке размещена цилиндрическая втулка с максимальным наружным диаметром 0,6…0,8 наружного диаметра плоской части опоры, а на конической части опоры выполнены 3…8 симметрично расположенных паза с длиной и шириной (0,03…0,15)D, где D - максимальный диаметр опоры.
Именно это позволяет сделать вывод о наличии причинно-следственной связи между совокупностью существенных признаков заявляемого технического решения и достигаемым техническим результатом.
Указанные признаки, отличительные от прототипа и на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны, во всех случаях достаточны.
Задачей предлагаемого изобретения является снижение разброса внутрибаллистических параметров в период выхода двигателя на режим, скорости схода, темпа стрельбы.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном ГПУ, содержащем тарель, форсажную трубку, узел крепления и опору, особенность заключается том, что ГПУ выполнена в виде усеченного конуса с конической частью, прилегающей по торцу к дозвуковой части сопла под углом 80…100 градусов и плоской частью наружным диаметром (0,2…0,3)D, между опорой и узлом крепления на форсажной трубке размещена цилиндрическая втулка с максимальным наружным диаметром 0,6…0,8 наружного диаметра плоской части опоры, а на конической части опоры выполнены 3…8 симметрично расположенных паза с длиной и шириной (0,03…0,15)D, где D - максимальный диаметр опоры.
Новая совокупность конструктивных элементов, а также наличие связей между ними, позволяют, в частности, за счет:
- выполнения опоры в виде усеченного конуса с конической частью, прилегающей по торцу к дозвуковой части сопла под углом 80…100 градусов и плоской частью наружным диаметром (0,2…0,3)D, резко повысить стабильность процесса деформации опоры в силу наличия плоского участка опоры (с которого начинаются деформация и прогиб опоры), воспроизводимость деформации которого достаточно высока, а также повысить стабильность процесса воспламенения, поскольку симметричная деформация плоского участка не приводит к смещению оси форсажной трубки и возникновению асимметрии воздействия струи, истекающей из форсажной трубки на воспламенитель. Согласно экспериментальным данным при отклонении угла прилегания опоры к дозвуковой части сопла от интервала 80…100 градусов и наружного диаметра плоской части опоры от (0,2…0,3)D резко возрастают разбросы параметров деформации опоры, возникает перекос форсажной трубки в процессе запуска, а следовательно, возрастают разбросы темпа стрельбы и скоростей схода;
- размещения между опорой и узлом крепления на форсажной трубке цилиндрической втулки с максимальным наружным диаметром 0,6…0,8 наружного диаметра плоской части опоры также повысить воспроизводимость процесса деформирования опоры в силу обеспечения равномерности по площади контакта передачи осевого усилия на опору, возникающего при истечении газовой струи (огневого импульса), под действием которой происходит предварительная деформация опоры. Согласно экспериментам увеличение наружного диаметра втулки свыше 0,8 диаметра плоской части опоры или уменьшения наружного диаметра втулки менее 0,6 указанного диаметра нарушает воспроизводимость процесса деформирования, а следовательно, и стабильность темпа стрельбы;
- выполнения на конической части опоры 3…8 симметрично расположенных пазов с длиной и шириной (0,03…0,15)D, где D - максимальный диаметр опоры,
обеспечить втекание при зажжении воспламенителя продуктов сгорания в полость, ограниченную опорой и тарелью, тем самым снизить перепад давлений на наружной и внутренней поверхностях опоры, а следовательно, снизить ударные нагрузки, деформирующие опору, что также повышает стабильность процесса деформации опоры и воспламенителя, темпа стрельбы и скоростей схода. При увеличении числа пазов свыше 8 и их размеров свыше 0,15D возрастает время деформации опоры и время выхода РДТТ на режим, превышающее допустимое значение, при уменьшении числа пазов менее 3 и их размеров ниже 0,03D возрастает разброс параметров дефомирования опоры, параметров воспламенительного процесса и разбросы скоростей и темпа схода.
Сущность изобретения заключается в том, что в герметизирующее-пусковом устройстве, содержащем тарель, форсажную трубку, узел крепления и опору, согласно изобретению опора выполнена в виде усеченного конуса с конической частью, прилегающей по торцу к дозвуковой части сопла под углом 80…100 градусов и плоской частью наружным диаметром (0,2…0,3)D, между опорой и узлом крепления на форсажной трубке размещена цилиндрическая втулка с максимальным наружным диаметром 0,6...0,8 наружного диаметра плоской части опоры, а на конической части опоры выполнены 3…8 симметрично расположенных паза с длиной и шириной (0,03…0,15)D, где D - максимальный диаметр опоры.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображен продольный разрез ГПУ.
1,
2
2,
Предлагаемое ГПУ содержит узел крепления 1, втулку 2, размещенную между опорой 3 и узлом крепления 1 на форсажной трубке 4, закрепленной на тарели 5, причем втулка 2 выполнена с максимальным наружным диаметром D равным 0,6…0,8 наружного диаметра D плоской части опоры 3, выполненной в виде усеченного конуса с конической частью, прилегающей по торцу к дозвуковой части сопла под углом α, равным 80…100 градусов, и плоской частью наружным диаметром D равным 0,2…0,3 максимального диаметра опоры D, а на конической части опоры 3 выполнены 3…8 симметрично расположенных паза 6 с длиной и шириной (0,03…0,15)D.
Предложенное изобретение функционирует следующим образом. После подачи огневого импульса продукты сгорания движутся по форсажной трубке 4 и зажигают воспламенитель РДТТ. При подаче огневого импульса под воздействием возникающего осевого усилия происходит предварительная деформация плоской части опоры 3, причем за счет установки втулки 2 с выбранными размерами обеспечивается равномерность передачи усилия на плоскую часть опоры 3, деформация ее происходит без перекоса форсажной трубки 4. При горении воспламенителя продукты сгорания заполняют полость между опорой 3 и тарелью 5, что исключает ударное воздействие продуктов сгорания на опору 3. Под действием давления продуктов сгорания воспламенителя опора 3 деформируется и под воздействием продуктов сгорания на тарель 5 ГПУ движется в сторону среза сопла. За счет выбранных соотношений размеров плоской и конической частей опоры 3, углов прилегания опоры 3 к дозвуковой части сопла, количества и размеров пазов 6 обеспечивается движение форсажной трубки 4 без перекоса, а следовательно, симметричность воздействия струи пиропатрона на воспламенитель, одновременность зажжения зерен воспламенителя, а следовательно, воспроизводимость процесса зажжения заряда, выхода РДТТ на режим, скорости схода и темпа стрельбы.
Выполнение ГПУ в соответствии с изобретением позволило снизить разброс внутрибаллистических параметров в период выхода двигателя на режим, разбросы скорости схода, темпа стрельбы.
Изобретение может быть использовано при разработке ГПУ, в том числе к реактивным снарядам для систем залпового огня.
Указанный положительный эффект подтвержден испытаниями опытных образцов, выполненных в соответствии с изобретением.