КОРПУС РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА И ЗАРЯД СКРЕПЛЕННЫЙ
SOLID-PROPELLANT ROCKET ENGINE HOUSING, AND CASE-BONDED CHARGE

Изобретение относится к ракетной технике и может быть использовано при создании корпуса ракетного двигателя твердого топлива (РДТТ) малого удлинения и заряда скрепленного, содержащего данный корпус.
Известны корпус малого удлинения, входящий в состав заряда скрепленного, имеющего сквозной канал [Конструкции ракетных двигателей на твердом топливе / Под общ. ред. Л.Н.Лаврова. - М.: Машиностроение, 1993 - 215 с., ил., стр. 39, рис.1.20]. По установившейся в отрасли терминологии (что закреплено ГОСТом) корпус с прочноскрепленным с ним зарядом называется «заряд скрепленный». Недостатком указанной конструкции является необходимость тепловой защиты переднего днища и крышки, увеличивающей массу корпуса. При сквозном канале заряда данные элементы с самого начала работы подвергаются интенсивному тепловому воздействию. В теплозащитном покрытии, по крайней мере, одного из днищ для обеспечения прочности заряда необходимо выполнять раскрепляющую заряд манжету, доходящую по высоте до центрального отверстия во фланце своего днища [Конструкции ракетных двигателей на твердом топливе / Под общ. ред. Л.Н.Лаврова. - М.: Машиностроение, 1993 - 215 с., ил., стр. 62, рис.2.19]. Указанная манжета усложняет конструкцию корпуса и увеличивает его массу.
Наиболее близкими по технической сущности и достигаемому положительному эффекту к предлагаемому изобретению является корпус РДТТ и заряд скрепленный [Конструкции ракетных двигателей на твердом топливе / Под общ. ред. Л.Н.Лаврова. - М.: Машиностроение, 1993 - 215 с., ил., стр. 40, рис.1.21]. Корпус РДТТ содержит силовую оболочку, включающую переднее и заднее днища, задний фланец, имеющий центральное отверстие, причем в переднем днище установлена крышка, внутреннее теплозащитное покрытие, толщина которого минимальна на переднем днище с крышкой и увеличивается в сторону отверстия заднего фланца. Заряд скрепленный содержит корпус РДТТ с теплозащитным покрытием и скрепленный с теплозащитным покрытием заряд, горящая поверхность которого образована центральным глухим каналом и кольцевой наклонной щелью. Кольцевая наклонная щель обеспечивает частичную прочностную разгрузку заряда (вместо манжеты) и необходимую поверхность горения (поверхность глухого канала является недостаточной для обеспечения требуемых внутрибаллистических характеристик заряда).
Недостатками указанной конструкции являются:
- сложность формования кольцевой наклонной щели при формовании заряда;
- уменьшение объема и соответственно массы заряда на величину кольцевой наклонной щели;
- в ряде случаев недостаточная прочностная разгрузка заряда, обеспечение которой кольцевой наклонной щелью реализуется существенно слабее, чем полноценной манжетой, выполненной в теплозащитном покрытии.
Проблема была бы решена, если в теплозащитном покрытии заднего днища корпуса выполнить раскрепляющую манжету, не доходящую по радиусу до центрального отверстия заднего фланца, и ввести антадгезивный материал, оставляющий открытым горящий торец заряда, что исключет необходимость в кольцевой наклонной щели.
Задачей предлагаемого изобретения является решение вопросов фиксации манжеты при формовании заряда и прочного скрепления манжеты с зарядом, т.е. исключения концентраторов напряжения, приводящих к отрыву заряда от манжеты.
Технической задачей настоящего изобретения является уменьшение массы корпуса РДТТ, увеличение размещаемой в данном корпусе массы заряда, упрощение конструкции корпуса и заряда скрепленного, увеличение надежности заряда скрепленного.
Сущность изобретения «корпус РДТТ» заключается в том, что в корпусе ракетного двигателя твердого топлива (РДТТ), содержащем силовую оболочку, включающую переднее и заднее днища, задний фланец, переднюю крышку, внутреннее теплозащитное покрытие, в теплозащитном покрытии заднего днища размещена манжета, скрепленная с днищем на его максимальном и меньшем диаметрах. На манжете выполнена кольцевая законцовка, образующая которой расположена под углом к образующей поверхности теплозащитного покрытия. Поверхность теплозащитного покрытия между законцовкой и отверстием заднего фланца покрыта антиадгизивным материалом (например, фторопластовой пленкой). Законцовка может быть выполнена из капроновой ткани, имеющей подшитый подгиб своей кромки, в который заложен шнур со связанными друг с другом концами. При этом по внутренней поверхности теплозащитное покрытие скреплено с капроновой тканью, нескрепленная часть которой образует законцовку. Между законцовкой и антиадгезивным материалом могут быть размещены войлочные бобышки, закрепленные на манжете через соответствующую перфорацию антиадгезивного материала.
Сущность изобретения «заряд скрепленный» заключается в том, что в заряде скрепленном, содержащем корпус ракетного двигателя твердого топлива (РДТТ) с теплозащитным покрытием, снабженным манжетой, имеющей законцовку, и скрепленный с теплозащитным покрытием заряд, горящая поверхность которого образована центральным глухим каналом, на заряде выполнен открытый торец, формирующий дополнительную часть горящей поверхности, причем корпус РДТТ выполнен в соответствии с предыдущим абзацем. Диаметр нескрепленного с теплозащитным покрытием открытого торца превышает диаметр отверстия заднего фланца, при этом законцовка внедрена в заряд.
Технический результат в корпусе РДТТ и в заряде скрепленном достигается фиксацией манжеты, не доходящей по радиусу до центрального отверстия заднего фланца, и введением антиадгезивного материала, оставляющего открытым горящий торец заряда, при формовании (изготовлении) заряда, его эксплуатации и работе. Фиксация обеспечивается скреплением манжеты с днищем как в районе его максимального диаметра, так и в районе заднего фланца. Скрепление, в свою очередь, заряда с манжетой выполнено начиная с половины высоты манжеты (т.е. с района, находящегося между местами скрепления манжеты с днищем). Манжета обеспечивает лучшую прочностную разгрузку заряда, чем кольцевая наклонная щель, т.е. увеличивает надежность заряда скрепленного. Указанное техническое решение при наличии раскрепляющей манжеты обеспечивает изготовление, эксплуатацию и работу заряда с частично открытым (горящим) торцом. Горящий торец исключает необходимость в кольцевой наклонной щели, т.е. повышает массу заряда, размещенного в данном корпусе. Зависимость поверхности горения заряда от его свода при наличии частично открытого торца обладает наименьшими отклонениями от среднебаллистического значения, что снижает максимум внутрикамерного давления, а значит обеспечивает минимальную массу корпуса. При эксплуатации и работе РДТТ заряд стремится оттянуть манжету от днища. По периметру открытого торца заряда возникает тенденция отрывного отслоения заряда от манжеты. На манжете выполнена кольцевая законцовка, образующая которой расположена под углом к образующей поверхности теплозащитного покрытия. Данная законцовка, внедренная в материал заряда, обеспечивает исключение концентраторов напряжения по периметру открытого торца заряда, приводящих к отрыву заряда от манжеты по указанному периметру. Выполнение законцовки за одно целое с капроновой тканью, скрепленной с внутренней поверхностью части теплозащитного покрытия, скрепленной с зарядом, препятствует отрывным явлениям по периметру открытого торца заряда, т.к. возникающие напряжения воспринимаются капроновой тканью (а не адгезионными границами). Поверхность теплозащитного покрытия между законцовкой и отверстием заднего фланца покрыта антиадгизивным материалом (например, фторопластовой пленкой). Антиадгезивный материал формирует поверхность открытого торца заряда. Шнур, заложенный в подшитый подгиб кромки законцовки, выполненной из капроновой ткани, за счет своего натяжения обеспечивает вертикальное положение законцовки в пустом корпусе (до заполнения заряда) и в процессе формования заряда (т.е. обеспечивает необходимое положение законцовки в материале заряда). Войлочные бобышки, закрепленные на манжете через соответствующую перфорацию антиадгезивного материала и контактирующие с законцовкой и антиадгезивным материалом, выполняют двойную функцию. Во-первых, поддерживают законцовку в момент формования заряда, не давая топливной массе прижать законцовку к днищу. Во-вторых, фиксируют антиадгезивный материал.
Данное техническое решение не известно из патентной и технической литературы.
Изобретение поясняется следующим графическим материалом:
на фиг.1 показан продольный разрез корпуса РДТТ и заряда скрепленного;
на фиг.2 показана выноска А фиг.1 в плоскости, проходящей через бобышку;
на фиг.3 показана выноска А1 фиг.1 в плоскости, проходящей между бобышками;
на фиг.4 показана выноска Б фиг.2.
Корпус 1 ракетного двигателя твердого топлива (РДТТ) содержит силовую оболочку 2, включающую переднее 3 и заднее 4 днища. Заднее днище 4 содержит задний фланец 5, имеющий центральное отверстие 6. Передняя крышка 7 установлена в переднее днище 3. Корпус 1 РДТТ содержит внутреннее теплозащитное покрытие 8, толщина которого минимальна на переднем днище 3 и крышке 7 и увеличивается в сторону отверстия 6 заднего фланца 5. В теплозащитном покрытии 8 заднего днища 4 выполнена манжета 9. Манжета 9 скреплена с днищем 4 в районе его максимального диаметра и в районе заднего фланца 5. На манжете 9 выполнена кольцевая законцовка 10. Образующая законцовки 10 расположена под углом к образующей поверхности теплозащитного покрытия 8. Поверхность теплозащитного покрытия 8 между законцовкой 10 и отверстием 6 заднего фланца 5 покрыта антиадгизивным материалом 11 (например, фторопластовой пленкой). Законцовка 10 выполнена из капроновой ткани, имеющей подшитый подгиб 12 своей кромки (см. фиг.4). В подгиб 12 заложен шнур 13. Концы шнура 13 связаны друг с другом, обеспечивая натяжение законцовки 10 в радиальном направлении. Вследствие данного натяжения законцовка 10 в пустом корпусе 1 принимает вертикальное положение. На внутренней поверхности теплозащитное покрытие 8 скреплено с капроновой тканью 14, нескрепленная часть которой образует законцовку 10. С законцовкой 10 и антиадгезивным материалом 11 контактируют войлочные бобышки 15. Войлочные бобышки 15 закреплены на манжете 9 через перфорацию антиадгезивного материала 11. Например, через «пятачки», находящиеся напротив отверстий 16 в антиадгезивном материале 11 (фторопластовой пленке), бобышки 15 приклеены к манжете 9. Таким образом, войлочные бобышки 15: во-первых, поддерживают законцовку 10, во-вторых, фиксируют антиадгезивный материал 11. На фиг.3 показан разрез законцовки 10 в плоскости, проходящей между бобышками 15.
Заряд скрепленный содержит корпус 1 и скрепленный с его теплозащитным покрытием 8 (через капроновую ткань 14) заряд 17. Горящая поверхность заряда 17 образована центральным глухим каналом 18. Часть горящей поверхности заряда 17 образована нескрепленным с теплозащитным покрытием 8 открытым торцом 19 заряда 17. Диаметр нескрепленного с теплозащитным покрытием 8 открытого торца 19 превышает диаметр отверстия 6 заднего фланца 5. Открытый торец 19 частично прилегает к антиадгезивному материалу 11, а его часть на малом радиусе может иметь фаску 20 для захода газа при воспламенении. Законцовка 10 внедрена в заряд 17.
Устройство работает следующим образом.
При изготовлении заряда 17 топливная масса заливается в корпус 1. В процессе заливки топливная масса доходит до законцовки 10 и стремится сдвинуть законцовку 10 из ее первоначального положения. Благодаря бобышкам 15 и натяжению шнура 13 законцовка 10 сохраняет свое первоначальное положение. Топливная масса обволакивает законцовку 10 с обеих сторон. В полимеризованном заряде 17 законцовка 10 оказывается внедренной в материал заряда 17 (см. фиг.3). Торец 19 заряда 17 остается открытым благодаря антиадгезивному материалу 11. При эксплуатации заряда скрепленного его среднеобъемная температура отличается от равновесного значения (температуры, соответствующей минимуму напряжений между зарядом 17 и корпусом 1). Возникающие деформации компенсируются манжетой 9, которую заряд 17 стремится оттянуть от днища 4. Законцовка 10, внедренная в материал заряда 17, обеспечивает исключение концентраторов напряжения по периметру открытого торца 19 заряда 17, приводящих к отрыву заряда 17 от манжеты 9 по указанному периметру.
При работе заряда скрепленного внутрикамерное давление вызывает деформацию силовой оболочки 2 корпуса 1. При рассматриваемых параметрах корпуса 1 его отрывные напряжения на границе скрепления заряда 17 с корпусом 1 от внутрикамерного давления существенно меньше рассмотренных выше температурных напряжений при эксплуатации. Соответственно, заход газов под манжету 9 в данной конструкции не требуется.
Технико-экономическая эффективность предлагаемого изобретения по сравнению с прототипом, в качестве которого принят корпус РДТТ и заряд скрепленный [Конструкции ракетных двигателей на твердом топливе / Под общ. ред. Л.Н.Лаврова - М.: Машиностроение, 1993 - 215 с., ил., страница 40, рис.1.21], заключается в уменьшении массы корпуса РДТТ, увеличении размещаемой в данном корпусе массы заряда, упрощении конструкции корпуса и заряда скрепленного, увеличении надежности заряда скрепленного.