ВОСПЛАМЕНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ЗАРЯДОВ РАКЕТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА
IGNITION DEVICE OF CHARGES OF SOLID-PROPELLANT ROCKET ENGINES

Изобретение относится к области ракетной техники, а именно к устройствам воспламенения зарядов ракетных двигателей твердого топлива (РДТТ).
Одними из наиболее сложных проблем, возникающих при создании РДТТ, являются проектирование и отработка систем воспламенения, включающие выбор воспламенительного состава и конструкции воспламенительного устройства, обеспечение оптимального комплекса рабочих характеристик в период выхода РДТТ на стационарный режим.
В настоящее время в связи с развитием ракетной техники широкое распространение получили заряды смесевого твердого топлива большого удлинения, имеющие сложную, разветвленную поверхность горения. Для подобных зарядов особенно важно обеспечить одновременность воспламенения по всей поверхности горения, поскольку задержка воспламенения отдельных участков заряда, в частности застойных зон и тупиковых каналов, впоследствии может привести к отклонениям от расчетного режима работы двигательной установки.
Известно воспламенительное устройство для ракетных топлив традиционной конструкции [Патент 3423931 США, МКИ F02K, 1983], состоящее из перфорированного корпуса с размещенным в нем воспламенительным составом, фиксирующей втулки, электровоспламенителя и герметизирующей мембраны.
Недостатком данной конструкции является относительно низкий газоприход продуктов сгорания из воспламенительного устройства, что приводит к ухудшению характеристик двигательной установки в переходный период, так как оптимальные характеристики переходного периода обеспечиваются при быстром сгорании воспламенительного состава и интенсивном притоке продуктов сгорания из воспламенительного устройства в свободный объем камеры двигателя.
Наиболее близким аналогом (прототипом) предлагаемого изобретения является воспламенительное устройство для ракетных топлив [Патент РФ №2133725, опубликовано 27.07.1999]. Оно содержит цилиндрический корпус с находящейся в нем основной навеской воспламенительного состава, крышку с расходными отверстиями, наружную оболочку (мембрану), электровоспламенитель, первичный воспламенительный состав. Требуемые характеристики переходного периода обеспечиваются за счет быстрого сгорания воспламенительного состава и интенсивного притока продуктов сгорания из воспламенительного устройства в свободный объем камеры двигателя. Увеличение скорости притока продуктов сгорания в свободный объем камеры двигателя обеспечивается за счет интенсификации процесса горения путем добавления в воспламенительный состав химического катализатора.
Недостатками данной конструкции является неравномерность прогрева топливного элемента большого удлинения по поверхности горения. Это связано с тем, что поверхность топливного заряда, расположенная в непосредственной близости от расходных отверстий, прогревается до критической температуры быстрее, чем более удаленная. В дальнейшем это может привести к нерасчетному режиму работы двигательной установки за счет отклонения начальной поверхности горения от номинальной.
Технической задачей, решаемой в данном изобретении, является улучшение равномерности прогрева и одновременности воспламенения разветвленной поверхности горения топливного элемента большого удлинения.
Поставленная техническая задача в изобретении решается тем, что в предложенной конструкции воспламенительного устройства зарядов ракетных двигателей твердого топлива, состоящей из цилиндрического корпуса с радиальными расходными отверстиями, размещенной внутри него основной навески воспламенительного состава, первичного воспламенительного состава, крышки, навернутой на один из торцев корпуса, в которую ввинчен электровоспламенитель, и уплотнительных мембран, на торце цилиндрического корпуса, противоположном крышке, соосно ему, выполнена цилиндрическая направляющая меньшего диаметра, на которой базируется дополнительно введенная подвижная часть воспламенительного устройства, выполненная в виде полого цилиндрического стакана с радиальными расходными отверстиями и размещенной внутри дополнительной навеской воспламенительного состава, перекрытого уплотнительной крышкой, при этом между уплотнительной крышкой и электровоспламенителем размещен первичный воспламенительный состав. Для интенсификации процесса теплообмена между продуктами сгорания воспламенительного состава и поверхностью горения заряда расходные отверстия в дополнительно введенной подвижной части воспламенительного устройства могут быть выполнены тангенциально.
Изобретение поясняется фигурой, на которой изображен общий вид воспламенительного устройства зарядов ракетных двигателей твердого топлива в разрезе.
Воспламенительное устройство зарядов ракетных двигателей твердого топлива содержит электровоспламенитель (1), цилиндрический корпус (2) с выполненными в нем радиальными отверстиями, основную навеску воспламенительного состава (3), цилиндрическую направляющую (4), подвижную часть воспламенительного устройства (5), выполненную в виде полого цилиндрического стакана с радиальными отверстиями, дополнительную навеску воспламенительного состава (6), уплотнительную крышку (7), первичный воспламенительный состав (8), помещенный в герметичный корпус. Для закрепления воспламенительного устройства в двигательной установке (ДУ) на крышке (9) выполнена резьба. Для обеспечения герметичности соединений на цилиндрическом корпусе (2) и на подвижной части воспламенительного устройства выполнены кольцевые проточки, в которые помещены резиновые уплотнители (10), (11). Для компенсации технологических отклонений внутри цилиндрического корпуса расположена компенсирующая прокладка (12). Для обеспечения герметичности внутренних полостей воспламенительного устройства на расходные отверстия наклеены мембраны (13), (14), (15), (16).
Работа воспламенительного устройства зарядов ракетных двигателей твердого топлива заключается в следующем. При подаче напряжения на элемент накаливания электровоспламенителя (1) продуктами его сгорания воспламеняется первичный воспламенительный состав (8), от которого происходит воспламенение основной (3) и дополнительной (6) навесок воспламенительного состава. При достижении в полости между крышкой (9) и уплотнительной крышкой (7) расчетного давления происходит срез завальцовки на цилиндрической направляющей (4), подвижная часть воспламенительного устройства (5) начинает двигаться вдоль цилиндрической направляющей и сходит с нее. Перемещение подвижной части воспламенительного устройства по каналу заряда происходит за счет истечения продуктов сгорания дополнительной навески воспламенительного состава (6) из расходного отверстия уплотнительной крышки (7). При перемещении подвижной части воспламенительного устройства по каналу заряда из ее радиальных отверстий происходит истечение продуктов сгорания дополнительной навески воспламенительного состава и осуществляется равномерный прогрев и воспламенение топливного элемента большого удлинения с развитой поверхностью горения продуктами сгорания как основной (3), так и дополнительной (6) навесок воспламенительного состава.
Преимущество предложенной конструкции воспламенительного устройства заключается в возможности обеспечения более равномерного прогрева топливного элемента и улучшении одновременности воспламенения поверхности горения заряда.
Помимо этого использование данной конструкции позволяет осуществить более интенсивный подвод продуктов сгорания воспламенительного состава к застойным зонам и тупиковым каналам заряда.