УСТАНОВКА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ РЕЖИМОВ РАБОТЫ РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА

Полезная модель относится к средствам обучения и может быть использована в учебном процессе для исследования режимов работы ракетного двигателя твердого топлива и его выключения.
Известна установка для демонстрации режимов работы ракетного двигателя твердого топлива, содержащая воспламенитель, заряд, камеру сгорания, сопловой блок, системы замера значения тяги и давления (Конструкция и отработка РДТТ./ А.М.Виницкий, В.Т.Волков, И.Г.Волковицкий, С.В.Холодилов; Под ред. А.М.Виницкого - М., Машиностроение, 1980. - с.142).
Недостатком данной установки является то, что она не позволяет исследовать такие важные режимы работы, как выключение двигателя и переход на новое значение тяги.
Цель полезной модели - расширение возможности исследований параметров ракетных двигателей твердого топлива, а также увеличение количества режимов работы ракетного двигателя, в частности такого, как выключение двигателя и переход на новое значение тяги.
Указанная цель достигается тем, что установка для исследования режимов работы ракетного двигателя твердого топлива, содержащая воспламенитель, заряд, камеру сгорания, сопловой блок, системы замера значения тяги и давления, снабжена сигнализатором давления, связанного с камерой сгорания, электрические контакты сигнализатора давления включены в цепь между электрическим источником питания и реле времени, включающим электромагнит, шток которого связан с чекой, фиксирующей иглу, находящуюся в корпусе узла отсечки, которая удерживает стопорные шарики, находящиеся в отверстиях корпуса узла отсечки в состоянии зацепления с подвижной
втулкой, расположенной на наружной поверхности корпуса и связанной резьбовым соединением с упорным кольцом, фиксирующим откидные сферические клапаны в закрытом положении, а фиксирующая игла укреплена с возможностью осевого перемещения внутри корпуса узла отсечки под действием сжатой между передней стенкой и задним торцом фиксирующей иглы пружины, после извлечения чеки до положения, в котором стопорные шарики совмещаются с проточкой, выполненной на игле, при этом обеспечивается возможность осевого перемещения, связанных втулки и упорного кольца до расфиксации сферических клапанов.
Существенные отличия и новизна заключаются в том, что она снабжена сигнализатором давления, связанного с камерой сгорания, электрические контакты сигнализатора давления включены в цепь между электрическим источником питания и реле времени, включающим электромагнит, шток которого связан с чекой, фиксирующей иглу, находящуюся в корпусе узла отсечки, которая удерживает стопорные шарики, находящиеся в отверстиях корпуса узла отсечки в состоянии зацепления с подвижной втулкой, расположенной на наружной поверхности корпуса и связанной резьбовым соединением с упорным кольцом, фиксирующим откидные сферические клапаны в закрытом положении, а фиксирующая игла укреплена с возможностью осевого перемещения внутри корпуса узла отсечки под действием сжатой между передней стенкой и задним торцом фиксирующей иглы пружины, после извлечения чеки до положения, в котором стопорные шарики совмещаются с проточкой, выполненной на игле, при этом обеспечивается возможность осевого перемещения, связанных втулки и упорного кольца до расфиксации сферических клапанов.
Анализ известных технических решений (аналогов) в исследуемой области и смежных областях позволяет сделать вывод об отсутствии в них признаков, сходных с существенными отличительными признаками в заявленной полезной модели.
На чертеже (фиг.1) изображена установка (общий вид). На чертеже (фиг.2) изображен узел отсечки тяги в исходном состоянии и после срабатывания.
Двигатель крепится в направляющих люнетах 1, обеспечивающих свободу осевого перемещения. Люнеты 1 жестко закреплены на стапеле 2. Двигатель состоит из камеры сгорания 3. К заднему торцу камеры сгорания 3 с помощью резьбового соединения крепится коническое сопло 4, в критической части которого на резьбе ввернут сменный медный вкладыш 5. В камере сгорания 3 на упорную решетку 6 устанавливается пороховой заряд 7, с другого конца он фиксируется опорной решеткой 8, которая закрепляется соплом 4. Воспламенение порохового заряда 7 происходит за счет сгорания воспламенителя 9. Воспламенение последнего производится с помощью подачи напряжения 27В на нить накаливания воспламенителя 9 через штуцер 10, ввернутый в корпус камеры сгорания 3. В корпус камеры сгорания 3 резьбовым соединением крепятся тензометрический датчик давления 11 и сигнализатор давления 12, электрические контакты которого включены в цепь между электрическим источником питания 13 и реле времени 14, включающим электромагнит 15, шток которого связан с чекой 16, фиксирующей иглу 17, находящуюся в корпусе узла отсечки 18, которая удерживает стопорные шарики 19, находящиеся в отверстиях корпуса узла отсечки 18 в состоянии зацепления с подвижной втулкой 20, расположенной на наружной поверхности корпуса узла отсечки 18 и связанной резьбовым соединением с упорным кольцом 21, фиксирующим откидные сферические клапаны 22 в закрытом положении. Фиксирующая игла 17 имеет возможность осевого перемещения внутри корпуса узла отсечки 18 под действием сжатой между передней стенкой корпуса узла отсечки 18 и задним торцом фиксирующей иглы 17 пружины 23, после извлечения чеки 16 до положения, в котором стопорные шарики 19 совмещаются с проточкой, выполненной на игле 17. При этом обеспечивается возможность осевого перемещения, связанных подвижной втулки 20 и упорного кольца 21 до расфиксации сферических клапанов 22.
Усилия тяги передается через корпус узла отсечки 18 на тензометрический датчик тяги 24. Электросигналы с датчиков давления 11 и тяги 24 подаются через усилитель 25 на шлейфовый осциллограф 26.
Для исследования режимов работы ракетного двигателя твердого топлива сначала снаряжают сам двигатель. В камеру сгорания 3 устанавливают воспламенитель 9, нить накаливания которого через штуцер воспламенителя 10 соединяют с командной кнопкой, упорную решетку 6, пороховой заряд 7 и опорную решетку 8, которая фиксируется коническим соплом 4, с ввернутым сменным вкладышем 5. Взводится узел отсечки тяги, при этом подвижная втулка 20 с упорным кольцом 21 перемещается до совпадения проточки в подвижной втулке 20 с отверстием в корпусе узла отсечки 18, в котором установлены стопорные шарики 19. После этого, сжимая пружину 23, перемещают иглу 17 до совмещения, выполненной на ней проточки, с отверстием под чеку 16, при этом стопорные шарики 19 входят в проточку подвижной втулки 20 и фиксируют ее относительно корпуса узла отсечки 18, а игла 17 фиксируется чекой 16, которая соединяется со штоком электромагнита 15. Сферические клапана 22 поджимаются к переднему днищу камеры сгорания 3, закрывая выполненные в нем отверстия. В передний торец камеры сгорания 3 вворачивается взведенный узел отсечки тяги, степень поджатия сферических клапанов 22 регулируется подвижной втулкой 20 через упорное кольцо 21. Собранный двигатель устанавливают в люнетах 1, обеспечив его плавное осевое перемещение, упирают корпус узла отсечки 18 в тензометрический датчик тяги 24. Подстыковывают датчик давления 11 и сигнализатор давления 12 к камере сгорания 3. Проверяют все электрические цепи. Подают сигнал на запуск двигателя, при этом командная кнопка замыкает цепь питания 27В нити накаливания воспламенителя 9, при срабатывании которого повышается давление в камере сгорания 3, и горячие газы зажигают пороховой заряд 7. Двигатель запускается. При этом с датчиков давления 11 и тяги 24 сигналы подаются через усилитель 25 на шлейфовый осциллограф 26. По осциллограмме определяют значение давления и тяги на установившемся режиме
работы двигателя, время горения заряда, полный импульс тяги и рассчитывают удельный импульс тяги, коэффициент тяги двигателя. Заменяя сменный вкладыш критического сечения сопла 5 на вкладыш с другим критическим сечением, добиваются изменения параметров работы ракетного двигателя в зависимости от величины давления в камере сгорания 3.
Установка позволяет исследовать и такие режимы работы ракетного двигателя твердого топлива, как процесс выключения тяги и переход на новое значение тяги. Использование сопел противотяги является наиболее распространенным способом выключения тяги двигателя твердого топлива или ступенчатого ее уменьшения. Сопла противотяги располагаются на переднем днище двигателя виде отверстий, которые закрываются сферическими клапанами 22. При их вскрытии часть продуктов сгорания получает новое направление истечения, благодаря чему создается противотяга. Открытие сферических клапанов 22 приводит к ступенчатому падению давления в камере двигателя и установлению нового режима работы при пониженном давлении, величина которого зависит от суммарной площади критических сечений сопел. Вследствие того, что твердые топлива обладают свойством прекращать горение при резком спаде давления в камере сгорания, при вскрытии сопел противотяги может произойти выключение двигателя за счет гашения заряда. Выключение тяги двигателя может также осуществляться путем вскрытия сопел противотяги, развивающих тягу, равную тяге двигателя. Для работы ракетного двигателя твердого топлива на этом режиме необходимо, как описано ранее, снарядить двигатель и установить его в люнетах 1, жестко закрепленных на стапеле 2. Запускают двигатель, и при достижении заданного давления в камере сгорания 3, срабатывает сигнализатор давления 12, при этом питание через его контакты передается на реле времени 14, которым осуществляется необходимая задержка времени на подачу сигнала на вскрытие сферических клапанов 22. По этой команде подается питание на электромагнит 15, который втягивая свой шток, выдергивает, связанную с ним чеку 16. При этом расфиксируется игла 17, пружина 23 разжимается, игла 17 перемещается
внутри корпуса узла отсечки 18, освобождая стопорные шарики 19, которые утапливаются внутрь корпуса узла отсеки 18, при этом происходит раскрепление подвижной втулки 20 с упорным кольцом 21 относительно корпуса узла отсечки 18. При этом расфиксируются сферические клапана 22 и под действием внутреннего давления в камере сгорания 3, они перемещая упорное кольцо 21 с подвижной втулкой 20, открывают отверстия на переднем днище камеры сгорания 3. Происходит истечение газа через коническое сопло 4 и отверстия в переднем днище. Этот процесс можно наблюдать визуально, а значения давления в камере сгорания 3 и тяги через датчики давления 11 и тяги 24 фиксируются на осциллограмме шлейфового осциллографа 26. Величина площади отверстий в переднем днище определяет характер и время спада давления при выключении тяги двигателя и условия гашения заряда.
Таким образом, предлагаемая установка позволяет наблюдать и исследовать практически все режимы выключения ракетного двигателя твердого топлива, а также режимы ступенчатого перехода на новое значение тяги и благодаря этому существенно расширяет возможности исследований параметров ракетных двигателей твердого топлива.