КОНСТРУКЦИЯ ПОДКРЕПЛЕНИЯ ТВЕРДОТОПЛИВНОГО ЗАРЯДА В РАКЕТНОМ ДВИГАТЕЛЕ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА
FACILITY FOR REFUELLING SOLID-PROPELLANT CHARGE IN ROCKET ENGINE OF SOLID PROPELLANT

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к способам защиты от деформации твердотопливного заряда в ракетах с двигателем твердого топлива с помощью специальной конструкции подкрепления. Данное изобретение может быть использовано в ракетно-космической промышленности с целью увеличения сроков эксплуатации ракет стратегического назначения с двигателем твердого топлива и других летательных аппаратов, имеющих твердотопливные заряды.
Одной из причин происходящих в РВСН сокращений является старение состоящих на вооружении ракетных комплексов. Темпы поставок в войска новейших баллистических ракет оснований для оптимизма дают мало, поэтому выбранный путь по продлению гарантийного ресурса эксплуатации на данный момент является одним из доступных и применяемых.
Длительная эксплуатация ракет сопровождается развивающимися дефектами - трещинами, а также необратимыми процессами, происходящими на макромолекулярном уровне (деструктивные процессы в полимерной матрице заряда твердого топлива), связанными с длительным временем эксплуатации.
Поведение элементов конструкций ракет стратегического назначения (РСН), особенно заряда твердого топлива (ЗТТ), в процессе длительной эксплуатации характеризуется изменением прочностных, деформационных, упругих и других характеристик, определяющих их прочность, устойчивость, несущую способность и стойкость при последующих воздействиях нагрузок, прежде всего полетных.
Обобщение данных испытаний на длительную прочность [1] для композитных полимерных конструкций, имеющих, чаще всего, изотропные и анизотропные свойства, свидетельствует о наличии признаков ползучести материалов этих конструкций. В конструкциях РСН в большей степени это относится к зарядам ТТ. При хранении РСН с ракетным двигателем твердого топлива (РДТТ) в горизонтальном или вертикальном положении под действием малоинтенсивных постоянных нагрузок возникают деформации отдельных элементов двигателя (в частности, заряда твердого топлива) в результате процесса ползучести. При этом сокращаются размеры, определяющие несущую способность конструкции. Так, например, в РДТТ происходит искажение внутреннего канала заряда ТТ. Вследствие этого напряжения и скорость деформаций ползучести растут и в какой-то момент времени (когда напряжения достигают некоторых критических значений или когда скорость деформаций ползучести обращается в бесконечность) наступает разрушение.
Известны некоторые конструкции подкрепления твердотопливного заряда [2, 3]. В одном из таких предложений [2] предлагается в качестве способа подкрепления твердотопливного заряда использовать конструкцию, расположенную внутри двигателя твердого топлива и представляющую собой вертикально расположенные, скрепленные между собой пластины, выполненные из пластика. Данная конструкция подкрепления твердотопливного заряда не обеспечивает требуемой защиты от осадки и деформации, имеет сложную конструкцию и выполнена из материалов, которые значительно ухудшают технические характеристики двигателя твердого топлива тем, что снижают объем заполнения камеры двигателя твердотопливным зарядом. Это влияет на время работы, а следовательно, на дальность пуска ракеты. Также существенным недостатком известной конструкции подкрепления является снижение надежности ракеты с двигателем твердого топлива в связи с возможным образованием осколков от конструкции подкрепления в процессе горения твердотопливного заряда, которые могут повредить двигатель и вывести ракету из строя при полете.
Известен еще один способ [3] предотвращения осадки и деформации твердотопливного заряда в ракетах с двигателем твердого топлива, который предопределяет воздействие на внутренний канал твердотопливного заряда с помощью специального механизма, представляющего собой цилиндрическую вставку, которая вводится в твердотопливный двигатель через сопло. Недостатком такого способа подкрепления твердотопливного заряда является невозможность запуска двигателя без удаления конструкции подкрепления. Следствием этого недостатка, очевидно, будет повышенное время подготовки к старту, что является очень важным для ракет стратегического назначения.
Задачей изобретения является разработка конструкции подкрепления, которая исключает деформацию твердотопливного заряда под действием длительных статических нагрузок и способна обеспечить продление сроков эксплуатации ракет с ракетным двигателем твердого топлива при малом влиянии на тактико-технические характеристики (ТТХ) ракет стратегического назначения.
Для решения указанной задачи предлагается конструкция подкрепления твердотопливного заряда в ракетном двигателе твердого топлива, состоящая из вертикальных пластин с поперечной арматурой, расположенных вдоль камеры сгорания двигателя и изготовленных из алюминиево-магниевого сплава, обеспечивающих защиту твердотопливного заряда от деформации при длительных статических нагрузках.
Суть изобретения поясняется чертежом, где на фиг.1 и фиг.2 представлен разрез двигателя с зарядом твердого топлива и конструкцией подкрепления твердотопливного заряда, состоящих из: 1 - стержней, 2 - пластин, 3 - заряда твердого топлива, 4 - конструкции подкрепления.
Требуемый технический результат достигается тем, что конструкция подкрепления состоит из вертикальных пластин небольшой толщины, на поверхности которых имеется дополнительная арматура в виде перпендикулярно расположенных к пластине стержней. Стержни служат для увеличения площади контакта с твердотопливным зарядом и, как следствие, улучшают подкрепляющий эффект, что обеспечивает повышенную эффективность предлагаемой конструкции подкрепления. Стержни на пластинах расположены в шахматном порядке равномерно по всей площади пластины. Пластины крепятся к переднему днищу двигателя и его стенкам. Количество пластин должно выбираться в зависимости от формы каналов твердотопливного заряда. В данном случае предлагается восемь продольных пластин с 10-15 стержнями на один квадратный метр пластины.
Материалом для конструкции подкрепления служит алюминиево-магниевый сплав, который обеспечит конструкции требуемую прочность и легкость, что важно для ракет стратегического назначения и других летательных аппаратов при достижении энергомассового совершенства. Также данный сплав является высокоэнергетичным и участвует в процессе горения твердотопливного заряда, что значительно повышает его энергетические характеристики. Общий объем конструкции делает незначительным уменьшение количество твердого топлива, так как конструкция подкрепления занимает некоторый объем внутри двигателя твердотопливной ракеты. Еще одним преимуществом предлагаемой конструкции является безопасность использования. Исключена возможность образования осколков, которые могут повредить двигатель при его работе. Это обеспечивается сгоранием конструкции подкрепления с той же скоростью, с которой горит твердотопливный заряд в радиальном направлении.
Принцип работы конструкции подкрепления заключается в следующем: за счет того, что конструкция подкрепления введена непосредственно в заряд твердого топлива и она исполнена таким образом, что ее элементы обладают достаточной прочностью и сцеплением с твердотопливным зарядом, то в условиях длительной эксплуатации двигателя твердого топлива, сопровождающейся действием длительных статических нагрузок, значительно снижаются деформации твердотопливного заряда.
Сравнительный анализ с прототипами [2, 3] показал, что новое техническое решение отличается:
- применением конструкции подкрепления с дополнительной арматурой в виде поперечных стержней, позволяющей увеличить подкрепляющий эффект в заряде твердого топлива;
- применением материала, обладающего высокими энергетическими свойствами и обеспечивающего конструкции ряда преимуществ, таких как увеличение прочности заряда ТТ и уменьшение деформаций при длительных статических нагрузках при незначительном влиянии на изменение количества твердотопливного заряда двигателя.
Перечисленные выше качества соответствуют новизне технического решения.
Таким образом, предложенное техническое решение позволяет обеспечить снижение статических нагрузок, действующих на конструкцию РДТТ в процессе длительной эксплуатации, путем введения в заряд твердого топлива специальной конструкции подкрепления, позволяющей снизить деформации заряда твердого топлива.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Гольденблат И.М., Бажанов В.А., Копнов В.А. Длительная прочность в машиностроении. - М.: Машиностроение, 1977. - 218 с.
2. Разумеев В.Ф., Ковалев Б.К. Основы проектирования баллистических ракет на твердом топливе. - М.: Машиностроение, 1976. - 356 с.
3. Невский С.В. Оружие и защита. ЦНИИСМ, 2000. - 213 с.