КАМЕРА ДОЖИГАНИЯ ВИХРЕВОГО ТИПА

Полезная модель относится к устройству, входящему в состав ракетного двигателя неуправляемого реактивного снаряда.
Предложено устройство (фиг. 1) для обеспечения вихревого течения в ракетном двигателе на твердом топливе к неуправляемому реактивному снаряду представляет собой конструктивное решение, выполненное в виде срезанного конуса с двенадцатью заходами (щелями) на его конической образующей, расположенными в два ряда под углом 45° к оси конуса, направленные в противоположные направления и соединенные с центральным отверстием выполненным по оси конуса, при этом, к образующей конуса имеющего диаметр прикреплен фланец формирующий замкнутое пространство камеры дожигания, устанавливаемого вместо штатной диафрагмы перед соплом реактивного снаряда и обеспечивающим организацию вихревого процесса в ракетном двигателе, что приводит к увеличению полноты сгорания твердого ракетного топлива за счет снижения выброса несгоревших частиц.
Анализ конструктивных схем реактивных снарядов (PC) показал, что применяемые в PC ракетные двигатели на твердом топливе (РДТТ), представляют собой однокамерные, с баллиститным или смесевым твердым ракетным топливом (ТРТ). Эффективность боевого применения неуправляемых реактивных снарядов прямо пропорционально зависит от разброса внутрибаллистических и тяговых характеристик номинального режима функционирования РДТТ. Поэтому для обеспечения этого режима функционирования в их конструкции применяются различные способы регулирования внутрибаллистических процессов и наиболее предпочтительными являются способы изменения: площади критического сечения сопла; скорости горения ТРТ; поверхности горения ТРТ.
При выборе закручивающего устройства решающим фактором является его эффективность, в общем случае интерес представляют: характеристики камеры сгорания; оптимальный угол закрутки потока; интенсивность закрутки и форма обтекателя.
Вихревая камера дожигания должна обеспечивать: высокую эффективность сгорания (полнота и быстрота догорания частиц ТРТ); устойчивую работу (стабильное воспроизводство баллистических параметров от выстрела к выстрелу); малые гидравлические потери давления; малый размер.
В настоящее время известны закручивающие устройства, которые наиболее часто применяются в технике и подразделяются в зависимости от количества заходов и геометрического тела, положенных в основу их конструкции на шнековые и тангенциальные.
Анализ результатов проводимых экспериментальных исследований показал, что рециркуляционные зоны в потоке за закручивающими устройствами с тангенциальным подводом в общем случае меньше при том же значении параметра закрутки, чем за лопаточными завихрителями, поскольку при одинаковых значениях параметра закрутки поток массы в устройствах одинаков, то очевидно, что в более компактной зоне обратных токов за закручивающим устройством с тангенциальным подводом реализуются большие скорости течения, большие градиенты скорости, более высокие уровни турбулентности и интенсивности смешения.
Для того чтобы минимизировать гидравлические потери в воздушном тракте вихревого устройства, параметр закрутки стремятся сделать минимально возможным, за счет чего минимизируется влияние осевого вихревого ядра (ВЯ) на поток. Для устранения зоны обратных токов подача газового потока в закручивающееся устройство осуществляется через три контура (осевой и два тангенциальных) с различной степенью закрутки в каждом из них. Несомненно, что различия в скоростях газовых потоков способствуют ослаблению прецессии ВЯ. Воздействие ВЯ на поток сводится, таким образом, к минимуму, и факторами определяющими смешение, являются различие скоростей в отдельных слоях и наличие диффузора за завихрителем. Возможность включения рассматриваемых завихрителей в конструкцию газодинамического тракта РДТТ показывает, что с точки зрения схожести с диафрагмами крепления зарядов в камерах PC наиболее приемлемыми являются тангенциальные закручивающие устройства.
Подтверждением в пользу использования тангенциальных устройств служат результаты экспериментальных исследований по проверке гипотезы о влиянии закручивания потока продуктов сгорания ТРТ на полноту завершения реакций в камере сгорания с определением относительной дымности продуктов сгорания, вытекающих из сопла. Результаты исследований для двух типов ТРТ представлены в таблице.
Приведенные данные позволяют утверждать об увеличении завершенности реакций в дымогазовой смеси продуктов сгорания при организации вихревого дожигания, о чем свидетельствует уменьшение дымности, а наиболее эффективным закручивающим устройством является тангенциально-щелевой завихритель (камера дожигания вихревого типа).
a
кр
Для определения содержания активного алюминия в шлаках продуктов сгорания проводилось сжигание смесевого топлива с содержанием 7% А1 и баллиститного ТРТ с содержанием 5% Аl при массе зарядов 0,3 кг и расширении сопла d/d=1, при этом фиксировался удельный импульс силы тяги. Определение активного алюминия проводилось волюметрическим методом, согласно ГОСТ 5494-50, результаты представлены на фиг. 2 и фиг. 3.
Представленные данные показывают, что наибольшее количество активного алюминия соответствует осевому истечению во всем интервале давлений. При закрученном истечении продуктов горения ТРТ активного алюминия в шлаках содержится значительно меньше, особенно это относится к результатам сжигания баллиститного ТРТ, где разница в остатках достигает 45…50%.
Представленные экспериментальные данные позволяют предполагать, что использование закручивающих устройств позволит увеличить удельный импульс силы тяги и полноту сгорания ТРТ в пределах камеры сгорания РДТТ.
Организация вихревого процесса в камере сгорания, как указывалось ранее, приведет к уменьшению выброса несгоревших частиц топлива, что обеспечит уменьшение разброса тяговых характеристик РДТТ и тем самым улучшит характеристики рассеивания PC по дальности и благоприятным образом скажется на характеристиках рассеивания PC по направлению.
Источники информации:
1. Ганичев А.Н., Денежкин Г.А. и др. Реактивное оружие залпового огня. - М.: ЦНИИНТИ, 1974. - 96 с.
2. Караулов Н.И., Богомолов А.И. Требования современного общевойскового боя к ракетно-артиллерийскому и танковому вооружению Сухопутных войск: Учебное пособие. - Изд-во МО РФ, - 2000. - 93 с.
3. Пат. 176826 С2 Российская Федерация, МПК F42B 9/28 Реактивный снаряд с однокамерным двухрежимным двигателем тангенциально радиального истечения продуктов сгорания / Курков С.Н., Михеенко М.А., Савченко Ф.А., Фазази X., Шпагин Ю.Б.; заявитель и патентообладатель филиал ВА МТО Пенза. - №2017107646; заявл. 17.03.2017; опубл. 30.01.2018, Бюл. №2. - 5 с.