RU18092U1 - Заряд твердого топлива ракетного двигателя - Google Patents

Abstract

Заряд твердого топлива ракетного двигателя с осевым цилиндрическим каналом, имеющим на части канала продольные щели, отличающийся тем, что в зоне основания щелей заряд имеет кольцевую поперечную проточку, радиус которой составляет 0,125...0,2 высоты щелей, а расстояние от центра окружности 0... 0,2 высоты щелей.

Description

2000129438

Заряд твердого топлива ракетного двигателя.

Полезная модель относится к области твердотопливного ракетостроения.

В настоящее время конструкция канально-щелевого заряда является классической. Она широко описана в литературе: смотри, например, Д.И. Абугов, В.М. Бобылев Теория и расчет ракетных двигателей твердого топлива - М.: Машиностроение, 1987. - с. 84-85, Б.В, Орлов, Г.Ю. Мазинг Термодинамические и баллистические основы проектирования ракетных двигателей на твердом топливе - М.: 1968, с. 296.

Данная 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.

Известна конструкция заряда канально-щелевой формы с расположением щелей в задней (предсопловой) части заряда. Разновидностями данной конструкции являются конструкция с открытыми торцами (фиг. 1а), и конструкция с «глухими щелевыми вырезами (фиг. 16) (см. книгу И.Х. Фахрутдинова Ракетные двигатели твердого топлива - М.: Машиностроение, 1981, стр. 24).

Предлагаемое техническое решение приемлемо для обоих разновидностей данной конструкции. За прототип принята конструкция, изображенная на фиг. 1а. На рисунке показано основание щели 2, вершина щели 3, высота щели Мщ.

Наряду с очевидными преимуществами в части обеспечения требуемых внутрибаллистических характеристик двигателя и возможностью их варьирования

МПКР02К9/10

-,-...,„,„ ,,, )||§( Щ|| ||||| в широких пределах (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 и широкие щелевые вырезы, что приводит к снижению коэффициента заполнения двигателя топливом, т.к. либо диаметр цилиндрического канала назначается большим, чем это позволяет оценка прочности самого канала, либо вводится переменная ширина щелевых вырезов, с увеличением от вершины щели к основанию. Задачей полезной модели является создание конструкции заряда, имеющего сниженную концентрацию деформаций (напряжений) в зоне основания щелевых вырезов, и увеличенный коэффициент объемного заполнения двигателей топливом.

Задача решается за счет того, что в известном заряде ракетного двигателя твердого топлива (РДТТ) с осевым цилиндрическом каналом, имеющим на части канала продольные щели, в зоне основания щелей заряд имеет кольцевую поперечную проточку, радиус которой составляет 0,125...0,2 высоты щелей, а расстояние от центра окружности О...0,2 высоты щелей.

При этом происходит замена продольного концентратора (основание щелей) на осесимметричный поперечный (проточка), к которому заряды твердого топлива менее восприимчивы.

Размеры проточки должны находиться в определенном соотношении с высотой щели. На фиг.2 показано изменение коэффициента концентрации по длине канала для проточек различных размеров. В данном случае применен

2 интегральная храктеристика - интенсивность деформаций, которая для

осесимметричного случая записывается в виде:

2 3

и 1Гл() +(er--F-OJ +(fZ-e0f+--у

() +() +(f2 er+-7 Уа .где

J Vif

E.SO.S - нормальные деформации,

y - сдвиговая деформация.

За номинальный уровень деформаций е принята величина для середины канала заряда - места, где величина е не поддается регулированию, а зависит от геометрических параметров заряда L/b, b/a, где L -длина заряда, b -внешний радиус, а -диаметр канала, и уровня силовых факторов

Как видно, при малых размерах проточки разгружающий эффект недостаточен (рис. 2а), при больших - вершина проточки сама становится коцентратором напряжений и деформаций (рис. 2в). Максимальный разгружающий эффект достигается при следующих параметрах проточки (рис.26):

где Ищ - высота щели.

Эффективность конструкции по предлагаемому техническому решению подтверждена адекватными исследованиями напряженно-деформированного состояния путем математического моделирования (метод конечных элементов в объемной постановке).

Данное техническое решение позволит для крупногабаритных двигателей увеличить массу заряда приблизительно на 4%, соответственно возрастет и

3

R (0.125...0.2)Ищ 1 (0...0.2)Нщ. коэффициент объемного заполнения. При этом повышается уровень

механической надежности канально-щелевого заряда. Применение данного технического решения не требует изменения устоявшейся технологии изготовления заряда, позволяет сохранить свойство канально-щелевых зарядов обеспечивать требуемую диаграмму давление-время (тяга-время) в широких диапазонах.

4

Claims (1)

1. Заряд твердого топлива ракетного двигателя с осевым цилиндрическим каналом, имеющим на части канала продольные щели, отличающийся тем, что в зоне основания щелей заряд имеет кольцевую поперечную проточку, радиус которой составляет 0,125...0,2 высоты щелей, а расстояние от центра окружности 0... 0,2 высоты щелей.