РАКЕТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА
SOLID-PROPELLANT ROCKET ENGINE

Изобретение относится к ракетной технике и может быть использовано при создании ракетного двигателя твердого топлива (РДТТ), заряд которого имеет глухой канал.
Известны конструктивные схемы РДТТ [Фахрутдинов И.Х., Котельников А.В. Конструкция и проектирование ракетных двигателей твердого топлива. Учебник для машиностроительных вузов. - М.: Машиностроение, 1987 - 328 с., ил., рис.1.6, страница 10] с размещением воспламенителя на переднем днище. Для РДТТ, заряд которого имеет глухой канал (т.е. перекрывает переднее днище корпуса РДТТ), указанная схема размещения воспламенителя неприемлема.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту к предлагаемому изобретению является РДТТ с кольцевым воспламенителем [Патент РФ №2313685]. Ракетный двигатель твердого топлива содержит корпус и заряд с глухим каналом. Частично утопленное в корпус сопло со стыковочным шпангоутом имеет силовую арматуру с теплозащитным покрытием. Утопленная часть сопла снабжена теплозащитным воротником. Корпус кольцевого воспламенителя закреплен на утопленной части сопла и имеет расходные отверстия, часть которых направлена в сторону глухого канала заряда. Недостатком указанной конструкции является увеличенная «сухая» (т.е. РДТТ без заряда) масса конструкции, обусловленная необходимостью специальной теплозащиты утопленной части сопла и большим диаметром кольцевого воспламенителя. Т.к. кольцевой воспламенитель установлен на утопленную часть сопла, имеющую коническую форму, диаметр воспламенителя является достаточно большим, что приводит к увеличению диаметра канала заряда (внутри которого расположен воспламенитель) и соответственному снижению коэффициента объемного заполнения корпуса РДТТ топливом. Таким образом, для размещения заданной массы топлива (заряда) требуется увеличение потребных габаритов корпуса и РДТТ в целом.
Технической задачей настоящего изобретения является снижение «сухой» массы конструкции и габаритов РДТТ.
Сущность изобретения заключается в том, что в ракетном двигателе твердого топлива, содержащем корпус, заряд с глухим каналом, частично утопленное в корпус сопло, снабженное стыковочным шпангоутом, и имеющее силовую арматуру с теплозащитным покрытием, причем утопленная часть сопла снабжена теплозащитным воротником, кольцевой воспламенитель, корпус которого закреплен на утопленной части сопла и имеет расходные отверстия, часть которых направлена в сторону глухого канала заряда и выполнена со стороны торца корпуса кольцевого воспламенителя, внешняя поверхность утопленной части сопла выполнена цилиндрической, а теплозащитное покрытие силовой арматуры по толщине полностью или частично образует корпус кольцевого воспламенителя. Корпус кольцевого воспламенителя установлен с упором в стыковочный шпангоут и сопряжен с утопленной частью сопла по цилиндрической поверхности. Теплозащитный воротник сопряжен с торцом корпуса кольцевого воспламенителя. Вокруг кольцевого воспламенителя может быть установлено теплозащитное кольцо, образуя совместно с корпусом кольцевого воспламенителя тепловую защиту стыковочного шпангоута. В теплозащитном воротнике могут быть выполнены пазы, расположенные напротив части расходных отверстий, направленных в сторону глухого канала заряда. Теплозащитный воротник может быть выполнен за одно целое с корпусом кольцевого воспламенителя.
Технический результат достигается интеграцией кольцевого воспламенителя с теплозащитой такой утопленной части сопла, внешняя поверхность которой выполнена цилиндрической. Масса конструкции воспламенителя снижается как за счет уменьшения диаметра корпуса кольцевого воспламенителя, так и за счет выполнения его корпусом функций теплозащиты. За счет того, что корпус кольцевого воспламенителя одновременно выполняет функции теплозащиты утопленной части сопла, обеспечивается возможность максимального уменьшения диаметра кольцевого воспламенителя. Возможность включения кольцевого воспламенителя в состав теплозащитных элементов утопленной части сопла (возможность установки на утопленную часть сопла при сборке РДТТ кольцевого воспламенителя с обниженным диаметром) обеспечивается тем, что теплозащитный воротник является отъемным. Уменьшение диаметра корпуса воспламенителя обеспечивает возможность уменьшения диаметра глухого канала заряда. Тем самым увеличивается коэффициент объемного заполнения корпуса РДТТ топливом, т.е. обеспечивается возможность снижения габаритов и «сухой» массы конструкции РДТТ при заданной массе топлива. Теплозащитное кольцо, установленное вокруг кольцевого воспламенителя, защищает стыковочный шпангоут и стык сопла с корпусом. Теплозащитный воротник частично перекрывает выполненные со стороны торца корпуса кольцевого воспламенителя расходные отверстия. Соответственно, в теплозащитном воротнике выполнены пазы, расположенные напротив указанных расходных отверстий. Если длина утопленной части сопла сопоставима с длиной корпуса кольцевого воспламенителя, то появляется возможность теплозащитный воротник выполнить за одно целое с корпусом кольцевого воспламенителя. Таким образом, исключается необходимость установки теплозащитного воротника как отдельной детали после установки воспламенителя. Это значительно упрощает сборку сопла с воспламенителем, снаряженным пиротехническим составом (т.е. имеющим повышенный класс взрывоопасности), сокращает номенклатуру деталей, составляющих РДТТ.
Данное техническое решение не известно из патентной и технической литературы.
Изобретение поясняется чертежом, на котором показан продольный разрез РДТТ.
Ракетный двигатель твердого топлива содержит корпус 1 и заряд 2, имеющий глухой канал 3. Сопло 4 частично утоплено в корпус 1 и соответственно имеет утопленную часть 5 сопла 4. Утопленная часть 5 сопла 4 имеет теплозащитный воротник 6 и силовую арматуру 7. Силовая арматура 7 снабжена теплозащитным покрытием, которое по толщине полностью или частично образует корпус кольцевого воспламенителя 8. При этом часть 9 теплозащитного покрытия может быть непосредственно нанесена на силовую арматуру 7. Корпус кольцевого воспламенителя 8 сопряжен с утопленной частью 5 сопла 4 по поверхности 10, которая является цилиндрической. Теплозащитный воротник 6 сопряжен с торцом 11 корпуса кольцевого воспламенителя 8. Корпус кольцевого воспламенителя 8 имеет расходные отверстия. Часть расходных отверстий (расходные отверстия 12) выполнена со стороны торца 11 корпуса кольцевого воспламенителя 8 и направлена в сторону глухого канала 3 заряда 2. В теплозащитном воротнике 6 выполнены пазы 13. Пазы 13 расположены напротив расходных отверстий 12, выполненных со стороны торца 11 корпуса кольцевого воспламенителя 8. Корпус кольцевого воспламенителя 8 установлен с упором в стыковочный шпангоут 15. Вокруг кольцевого воспламенителя 8 установлено теплозащитное кольцо 14, обеспечивающее защиту стыковочного шпангоута 15, и стык сопла 4 с корпусом 1. Кольцевой воспламенитель 8 снаряжен пиротехническим составом 16.
Устройство работает следующим образом. При запуске РДТТ пиропатрон (на фиг.1 не показан) воспламеняет пиротехнический состав 16. Продукты сгорания пиротехнического состава 16, истекая через расходные отверстия 12 и пазы 13, воздействуют на поверхность заряда 2 (торец и глухой канал 3). Поверхность заряда 2 воспламеняется, и РДТТ начинает свою работу. При работе РДТТ наблюдается тепловое воздействие на утопленную часть 5 сопла 4, силовую арматуру 7, стыковочный шпангоут 15 и стык сопла 4 с корпусом 1. Теплозащиту перечисленных элементов обеспечивают теплозащитный воротник 6, корпус кольцевого воспламенителя 8 (совместно с частью 9 теплозащитного покрытия, если таковая имеется), теплозащитное кольцо 14.
Технико-экономическая эффективность предлагаемого изобретения, по сравнению с прототипом, в качестве которого выбран РДТТ [Патент РФ №2313685], заключается в снижении «сухой» массы конструкции и габаритов РДТТ.