РАКЕТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА
SOLID PROPELLANT ROCKET ENGINE

Изобретение относится к ракетной технике, а именно к конструкциям крупногабаритных ракетных двигателей на твердом топливе (РДТТ).
Из уровня техники известны конструкции РДТТ, которые включают корпус с днищами, скрепленный с корпусом канальный заряд твердого топлива с кольцевой поперечной щелью в качестве компенсатора поверхности горения (патент РФ №2154183, дата публикации 10.08.2000, Ракетная техника и космонавтика №35, 1980, с.12).
Недостатком описанных конструкций является уменьшение коэффициента заполнения корпуса топливом из-за наличия свободного, не заполненного топливом пространства внутри кольцевой щели.
Наиболее близким к предлагаемому является ракетный двигатель, содержащий корпус с днищами, скрепленный с корпусом канальный заряд твердого топлива с кольцевой поперечной щелью (патент РФ №2397354, дата публикации 20.08.2010).
Недостатком описанной конструкции является уменьшение коэффициента заполнения корпуса топливом из-за наличия свободного пространства в объеме кольцевой щели.
Задачей настоящего изобретения является создание конструкции РДТТ с кольцевой щелью с повышенным по сравнению с прототипом коэффициентом заполнения корпуса топливом.
Поставленная задача решается предлагаемой конструкцией РДТТ, содержащей корпус с днищами, скрепленный с корпусом канальный заряд твердого топлива с кольцевой поперечной щелью, в котором в кольцевой щели и канале размещены не извлекаемые перфорированные пустотелые формообразующие элементы (ФОЭ) из быстросгораемого материала, заполненные топливом, при этом топливо, размещенное в ФОЭ, и основной заряд скреплены с помощью размещенных в них и проходящих через стенки ФОЭ эластичных сгораемых крепежных элементов, покрытых клеящим составом.
В частности, поперечный размер перфораций в ФОЭ по крайней мере в два раза больше свода горения топлива, заполняющего ФОЭ.
В частности, поверхность ФОЭ покрыта герметизирующим составом.
Проведенный анализ уровня техники показывает, что предлагаемый ракетный двигатель отличается от прототипа тем, что в кольцевой щели и канале размещены не извлекаемые перфорированные пустотелые ФОЭ из быстросгораемого материала, заполненные топливом, при этом топливо, размещенное в формообразующем элементе, и основной заряд скреплены с помощью размещенных в них и проходящих через стенки ФОЭ, эластичных сгораемых крепежных элементов, покрытых клеящим составом.
Перфорация стенок ФОЭ обеспечивает заполнение топливом его внутреннего объема и за счет этого повышенное заполнение корпуса топливом.
Выполнение ФОЭ из быстросгораемого материала, например пенопласта, обеспечивает увеличение начальной поверхности горения, так как после выгорания ФОЭ к процессу горения подключается топливо с обеих сторон ФОЭ.
Покрытие поверхности ФОЭ герметизирующим слоем предотвращает миграцию компонентов топлива в ФОЭ.
Наличие эластичных, закрепленных в топливе основного заряда и ФОЭ, крепежных элементов обеспечивает его полноценное сгорание без остатков.
Таким образом, значительное увеличение начальной поверхности горения по сравнению с прототипом позволяет уменьшить размах щели и за счет этого тоже увеличить коэффициент заполнения топливом.
Размер поперечных отверстий в два раза больше удвоенного свода горения топлива в ФОЭ обеспечивает сохранение перемычки, связывающей топливо в ФОЭ с основным зарядом до его полного сгорания.
Предлагаемый РДТТ иллюстрируется фиг.1, 2, на которых показана часть продольного разреза двигателя с расположением сквозной поперечной щели с ФОЭ и центрального канала с легкосгораемым ФОЭ у переднего днища.
Двигатель содержит корпус 1 с днищами 2 (заднее днище на чертеже не показано), скрепленный с корпусом 1 заряд 3, имеющий канал 4 и сквозную поперечную щель 5, в которой размещен быстросгораемый перфорированный ФОЭ 6. Через отверстия 7 внутренний объем ФОЭ 6 заполнен топливом и соединен с основным зарядом 3. Объем топлива внутри ФОЭ удерживается до его полного выгорания крепежными элементами 8.
Работает предлагаемый двигатель следующим образом.
После срабатывания воспламенителя (не показан) загорается канал 4, а ФОЭ 6 мгновенно сгорают. Воспламеняется топливо с внутренней и наружной стороны ФОЭ 6. Конструкция ФОЭ 6 с крепежными элементами 8 такова, что в процессе работы двигателя сначала выгорит топливо внутри объема ФОЭ, а затем соединяющие его с основным зарядом крепежные элементы 8.
Крупногабаритный канальный заряд массой с наклонной кольцевой щелью в районе переднего днища, фиг.1. Диаметр канала примерно 400 мм, внутренний диаметр корпуса 1800 мм. Размах щели 1050 мм, раскрытие щели на канале 480 мм. Толщина стенки ФОЭ на канале 50 мм, диаметр окон перфораций пенопластового ФОЭ 80 мм. Во внутреннем объеме ФОЭ выполнена кольцевая щель размахом 650 мм и шириной на канале 90 мм. В центральном канале заряда размещен ФОЭ внутренним диаметром 320 мм и длиной 1000 мм. ФОЭ позволяет разместить в канале основного заряда дополнительный заряд размерами: наружный диаметр 320 мм, внутренний диаметр 100 мм, длина 970 мм. Крепежные элементы, удерживающие топливо в объеме ФОЭ, изготавливают из термостойкой резины 51-1615 в виде жгутов диаметром 12 мм. В качестве быстросгораемого материала выбран пенопласт как наиболее легкий материал, кроме того, он легко обрабатывается механически и обеспечивает сохранность своих механических характеристик в объеме топлива в течение требуемого для заряда гарантийного срока хранения. Перед формованием жгуты были вклеены в стенку ФОЭ и покрыты клеем, используемым в защитно-крепящем слое заряда. После формования жгуты прочно склеиваются с топливом основного и размещенного в ФОЭ заряда. Такое исполнение заряда позволяет увеличить коэффициент заполнения корпуса топливом более чем на 1,5%. Кроме того, увеличение начальной поверхности заряда позволяет уменьшить отклонение максимального давления от среднего с 6 до 4%, тем самым уменьшить вес корпуса двигателя, фиг.3, где пунктирная линия показывает изменение давления в процессе работы существующего двигателя, а сплошная - предлагаемого.
Предлагаемое техническое решение практически реализуемо. Создание таких конструкций актуально и перспективно, поскольку позволяет повысить эффективность ракетных комплексов.