RU17715U1

RU17715U1 - ROCKET ENGINE SOLID FUEL CHARGE

Info

Publication number: RU17715U1
Application number: RU2000126896/20U
Authority: RU
Inventors: В.Н. Аликин; В.Е. Ковтун; Г.Э. Кузьмицкий; Н.Н. Федченко
Original assignee: Федеральное государственное унитарное предприятие "Пермский завод им. С.М. Кирова"
Priority date: 2000-10-30
Filing date: 2000-10-30
Publication date: 2001-04-20

Abstract

Заряд твердого топлива ракетного двигателя.Solid propellant charge of a rocket engine.

Полезная модель относится к области ракетной техники, а именно к конструкции канально-щелевого заряда.The utility model relates to the field of rocketry, namely, to the design of a channel-gap charge.

Задачей полезной модели является снижение концентрации деформаций (напряжений) в зоне основания щелевых вырезов канально-щелевого заряда.The objective of the utility model is to reduce the concentration of deformations (stresses) in the base zone of the slotted cutouts of the channel-slotted charge.

Задача решается за счет того, что в известном заряде ТТ ракетного двигателя с осевым цилиндрическим каналом и выполненным на части заряда продольными щелями, длина каждой щели в вершине щелевого выреза больше длины щели в основании на величину, превосходящую половину высоты щели, а число щелей составляет не более 8.The problem is solved due to the fact that in a known charge of a rocket engine TT with an axial cylindrical channel and longitudinal slots made on a part of the charge, the length of each slit at the top of the slot cut is greater than the length of the slit at the base by an amount exceeding half the height of the slit, and the number of slots is not more than 8.

Description

Заряд твердого топлива ракетного двигателяRocket Engine Solid Fuel Charge

Различные конструкции канально-щелевых зарядов широко описаны в литературе, например, в книге авторов Д. И. Абугова, В. М. Бобылева Теория и расчет ракетных двигателей твердого топлива - М.: Машиностроение, 1987. - с. 84-85, Б. В. Орлова, Г. Ю. Мазинга Термодинамические и баллистические основы проектирования ракетных двигателей на твердом топливе - М.: 1968, с. 296.Various designs of channel-gap charges are widely described in the literature, for example, in the book of the authors D. I. Abugov, V. M. Bobylev. Theory and calculation of rocket engines of solid fuel - M .: Mashinostroenie, 1987. - p. 84-85, B.V. Orlova, G. Yu. Masinga Thermodynamic and ballistic fundamentals of designing solid propellant rocket engines - M .: 1968, p. 296.

Описанная конструкция заряда позволяет получить практически любые требуемые диаграммы давление-время (тяга-время) ракетного двигателя, что обеспечивается соответствующим выбором геометрических параметров заряда: числа щелей, длины щелевой части, высоты щелей, длины центрального канала, и другими.The described design of the charge allows you to get almost any required pressure-time (thrust-time) diagrams of a rocket engine, which is ensured by an appropriate choice of the geometrical parameters of the charge: the number of slots, the length of the slit part, the height of the slots, the length of the central channel, and others.

Известна конструкция заряда канально-щелевой формы с расположением щелей в задней (предсопловой) части заряда, описанная в книге авторов И. X. Фахрутдинова, А. В. Котельникова Конструкция и проектирование ракетных двигателей твердого топлива - М.: Машиностроение, 1987, с. 52. Данная конструкция при2000116896A known channel-slotted charge design with the arrangement of slots in the rear (pre-nozzle) part of the charge described in the book of the authors I. X. Fakhrutdinov, A. V. Kotelnikov Design and design of solid fuel rocket engines - M .: Mashinostroyenie, 1987, p. 52. This design at 2000116896

pijiiniOTpijiiniOT

МПК 2F02 K9/04 IPC 2F02 K9 / 04

нята за прототип и представлена на фиг.1. Наряду с очевидными преимуществами в части обеспечения требуемых внутрибаллистических характеристик двигателя и возможности их варьирования в широком диапазоне (параметрическая надежность двигателя) конструкция согласно прототипу имеет и существенный недостаток высокую концентрацию деформаций и напряжений в зоне основания щелевых вырезов (место перехода щелей в круглый канал) при действии эксплуатационных нагрузок на изделие, что снижает механическую надежность заряда и двигателя. Последнее вынуждает делать большим диаметр канала заряда и широкие щелевые вырезы, что приводит к снижению коэффициента заполнения двигателя топливом, то есть снижает, в итоге, тяговооруженность двигателя. Задачей полезной модели является снижение концентрации деформаций (напряжений) в зоне основания щелевых вырезов канальнощелевого заряда.nyat for the prototype and is presented in figure 1. Along with obvious advantages in terms of providing the required intra-ballistic characteristics of the engine and the possibility of their variation in a wide range (parametric reliability of the engine), the design according to the prototype also has a significant disadvantage of a high concentration of deformations and stresses in the base zone of the slit cut-outs (the place where the cracks go into the round channel) under the action operational loads on the product, which reduces the mechanical reliability of the charge and engine. The latter forces the charge channel diameter and wide slotted cuts to be made large, which leads to a decrease in the engine fill factor with fuel, that is, it reduces, as a result, the engine thrust-to-weight ratio. The objective of the utility model is to reduce the concentration of deformations (stresses) in the base zone of the slotted cut-outs of the channel-gap charge.

Задача решается за счет того, что в известном заряде ТТрД с осевым цилиндрическим каналом и выполненным на части заряда продольными щелями, длина каждой щели в вершине щелевого выреза больше длины щели в основании на величину, превосходящую половину высоты щели, а число щелей составляет не более 8.The problem is solved due to the fact that in the known charge of the turbojet engine with an axial cylindrical channel and longitudinal slots made on a part of the charge, the length of each slit at the top of the slit cut is greater than the length of the slit at the base by an amount exceeding half the height of the slit, and the number of slots is not more than 8 .

вырезов больше, чем в основании (фиг. 2). За счет этого над концентратором возникает разгружающая полость. Для того, чтобы эффект разгрузки проявлялся в полной мере, глубина полости должна быть не менее половины высоты щелей, так как уровень концентрации деформаций (напряжений) локализуется в нижней по высоте половине зоны основания щелей. При этом разгрузка особенно эффективна, как показали исследования, если число щелей менее восьми, что чаще всего и реализуется на практике.more cuts than at the base (Fig. 2). Due to this, an unloading cavity arises above the concentrator. In order for the unloading effect to be fully manifested, the depth of the cavity should be at least half the height of the cracks, since the level of concentration of deformations (stresses) is localized in the lower half height of the base zone of the cracks. At the same time, unloading is especially effective, as studies have shown, if the number of slots is less than eight, which is most often realized in practice.

С другой стороны, увеличение разницы длины щелей в вершине и в основании более чем наполовину высоты нежелательно, так как возникает возможность разрушения зоны основания щелей при работе двигателя под газодинамическими перепадами давления и приводит к выбросам несгоревших остатков топлива через сопло.On the other hand, an increase in the difference in the length of the cracks in the apex and in the base by more than half the height is undesirable, since it becomes possible to destroy the zone of the base of the cracks when the engine is running under gas-dynamic pressure drops and leads to emissions of unburned fuel residues through the nozzle.

Таким образом, оптимальной является глубина разгружающей полости равная половине высоты щели. Эффею-ивность конструкции по предлагаемому техническому решению подтверждена исследованиями напряженно-деформированного состояния канальнощелевых зарядов методами математического моделирования (метод конечных элементов в объемной постановке), физическим моделированием (метод фотоупругости на объемных моделях) и натурными замерами деформаций на канале инертного заряда при действии тепловой нагрузки тензодатчиками.Thus, the optimal depth of the discharge cavity is equal to half the height of the gap. The effectiveness of the design according to the proposed technical solution is confirmed by studying the stress-strain state of channel-gap charges by mathematical modeling (finite element method in volumetric setting), physical modeling (photoelasticity method on volumetric models) and full-scale measurements of deformations on the inert charge channel under the influence of thermal load by load cells .

На фиг. 3 показано распределение безразмерной эквивалентной деформации (в качестве эквивалентной принята интенсивность деформации , где АГ -температурный перепад, действующий на заряд, Е - модуль упругости топлива, а - коэффициент линейного температурного расширения топлива) для заряда малогабаритного двигателя калибром 260мм, длиной 2000мм, длиной щелевой части 800мм, у которого основание щелевой зоны выполнено по классической схеме - продольный разрез заряда по зоне выступов щелевой части. Эквивалентные деформации в зоне основания щелей имеют эпюру распределения с ярко выраженной зоной концентрации 5,2 единицы. Конструкция по предложенному техническому решению (фиг. 4) не имеет зоны концентрации, а максимальный уровень деформаций 3,1 достигается в глубине щелевой части. Кроме того, новое конструктивное решение (фиг. 4) дает увеличение коэффициента объемного заполнения камеры топливом на 3,5%.In FIG. Figure 3 shows the distribution of dimensionless equivalent deformation (deformation intensity is taken as equivalent, where AG is the temperature difference acting on the charge, E is the fuel elastic modulus, and is the coefficient of linear thermal expansion of the fuel) for a small-sized engine with a caliber of 260 mm, 2000 mm long, slot length part 800mm, in which the base of the gap zone is made according to the classical scheme - a longitudinal section of the charge along the zone of protrusions of the gap part. Equivalent deformations in the zone of the base of the slots have a distribution diagram with a pronounced concentration zone of 5.2 units. The design according to the proposed technical solution (Fig. 4) does not have a concentration zone, and the maximum level of deformation of 3.1 is reached in the depth of the slotted part. In addition, a new constructive solution (Fig. 4) gives an increase in the coefficient of volumetric filling of the chamber with fuel by 3.5%.

В итоге, предлагаемое техническое решение существенно повышает уровень механической надежности канально-щелевых зарядов, не требует изменения установившейся технологии изготовления заряда, сохраняет свойство канально-щелевых зарядов обеспечивать требуемую диаграмму давление-время (тяга-время) в широких диапазонах.As a result, the proposed technical solution significantly increases the level of mechanical reliability of channel-gap charges, does not require a change in the established technology for manufacturing a charge, and retains the property of channel-gap charges to provide the required pressure-time (thrust-time) diagram in wide ranges.

Claims

The solid fuel charge of a rocket engine with an axial cylindrical channel and longitudinal slots made on a part of the charge, characterized in that the length of each slit at the top of the slot cut is greater than the length of the slit at the base by an amount exceeding half the height of the slit, and the number of slots is not more than 8.