RU2125173C1 - Solid-propellant rocket engine - Google Patents
Solid-propellant rocket engine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2125173C1 RU2125173C1 RU98103166A RU98103166A RU2125173C1 RU 2125173 C1 RU2125173 C1 RU 2125173C1 RU 98103166 A RU98103166 A RU 98103166A RU 98103166 A RU98103166 A RU 98103166A RU 2125173 C1 RU2125173 C1 RU 2125173C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- charge
- solid
- nozzle
- engine
- rocket
- Prior art date
Links
Landscapes
- Testing Of Engines (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к ракетным двигателям твердого топлива, в частности к РДТТ с зарядами из высокоимпульсных смесевых твердых топлив, прочно скрепленными с корпусом, и может быть использовано в ракетах (реактивных снарядах) с твердотопливными двигателями, топлива которых склонны к вибрационному горению. The invention relates to rocket engines of solid fuels, in particular to solid propellant rocket engines with charges of high-pulse mixed solid fuels, firmly bonded to the body, and can be used in rockets (rockets) with solid fuel engines whose fuels are prone to vibrational combustion.
Объект изобретения представляет собой ракетный двигатель с прочно скрепленным с корпусом двигателя зарядом высокоимпульсного смесевого твердого топлива, предназначенный для преобразования потенциальной энергии топлива в кинетическую энергию носителя и может быть использован в качестве двигателя - движителя вновь разрабатываемого дальнобойного реактивного снаряда. The object of the invention is a rocket engine with a charge of high-pulse mixed solid fuel firmly bonded to the engine body, designed to convert the potential energy of the fuel into the kinetic energy of the carrier and can be used as an engine - mover of a newly developed long-range missile.
Вибрационное горение в камере РДТТ, сопровождающееся периодическим изменением давления, является вредным явлением и может существенно повлиять на надежность двигателя, сроки внедрения, стабильность внутрибаллистических характеристик и т.д. Так, например, возникновение колебаний давления продольной моды, которые присущи РДТТ большого удлинения, особенно в случаях, когда отношение длины заряда к его диаметру превышает 10), сопровождается механическими вибрациями и появлением знакопеременных нагрузок в продольном направлении. Это может привести к нарушению работы бортовой системы управления и даже к разрушению двигателя и реактивного снаряда в целом. Vibration combustion in a solid propellant rocket chamber accompanied by a periodic change in pressure is a harmful phenomenon and can significantly affect engine reliability, timing of implementation, stability of ballistic characteristics, etc. For example, the occurrence of longitudinal mode pressure fluctuations, which are inherent in a solid elongated solid-state solid propellant, especially in cases where the ratio of the charge length to its diameter exceeds 10), is accompanied by mechanical vibrations and the appearance of alternating loads in the longitudinal direction. This can lead to disruption of the onboard control system and even to the destruction of the engine and the missile as a whole.
Поэтому при создании новых РДТТ одновременно с мероприятиями по увеличению полного импульса тяги, создаваемого двигательной установкой, осуществляются и мероприятия по стабилизации процессов горения заряда твердого топлива. Therefore, when creating new solid propellant rocket motors, simultaneously with measures to increase the total thrust impulse generated by the propulsion system, measures are taken to stabilize the combustion processes of the solid fuel charge.
Так, известно устройство, обеспечивающее гашение колебаний при возникновении вибрационного горения в РДТТ (см. , например, пат. США N 3786633 "Фиксация заряда и резонансная система гашения колебаний в РДТТ: кл. НКИ 60-255, МКИ F 02 K 9/06), принятое авторами за аналог. В известном устройстве приводится конструктивная схема РДТТ с системой фиксации заряда и резонансным стержнем. РДТТ имеет корпус, воспламенитель, сопло и вкладной заряд, снабженный бронирующим покрытием на наружной поверхности и обоих торцах. Для гашения колебаний давления при возникновении нестабильного горения в РДТТ-аналоге используется резонансный стержень, размещенный в канале заряда. So, it is known a device that provides damping of vibrations in the event of vibrational combustion in solid propellant rocket motors (see, for example, US Pat. No. 3,786,633 "Fixation of a charge and a resonant system for suppressing vibrations in solid propellant rocket motors: NKI 60-255, MKI F 02 K 9/06 ), adopted by the authors as an analogue. In the known device is a structural circuit of a solid-state solid-propellant rocket with a charge fixation system and a resonant rod. Solid-state rocket solid rocket motor has a housing, an igniter, a nozzle and an auxiliary charge provided with an armor coating on the outer surface and both ends. ii unstable combustion in SRM-used analog resonance rod disposed in the charging channel.
Однако резонансные стержни не гасят высокочастотные колебания целого ряда мод, а размещение в канале заряда резонансного стержня не позволяет добиться высокой степени заполнения камеры двигателя топливом. However, the resonant rods do not absorb high-frequency vibrations of a number of modes, and the placement of a resonant rod in the charge channel does not allow a high degree of filling of the engine chamber with fuel.
Таким образом, задачей данного технического решения являлось гашение колебаний давления ряда мод при возникновении нестабильного горения заряда. Thus, the objective of this technical solution was to damp the pressure fluctuations of a number of modes in the event of unstable charge burning.
Общими признаками с предлагаемым авторами ракетным двигателем является наличие в составе устройства-аналога корпуса, воспламенителя, сопла и заряда. Common signs with the rocket engine proposed by the authors is the presence of a housing, igniter, nozzle and charge as part of an analog device.
В то же время для повышения эффективности гашения колебаний давления в двигателе широко применяются резонансные акустические полости и различные экраны, обеспечивающие приемлемые характеристики плотности заряжания. At the same time, to increase the efficiency of damping pressure fluctuations in the engine, resonant acoustic cavities and various screens are widely used that provide acceptable characteristics of the charge density.
Поэтому наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому эффекту к заявляемому изобретению является РДТТ по пат. США N 3210932, кл. НКИ 60-256, МКИ F 02 K 9/04, принятый авторами за прототип. Он содержит корпус, канальный заряд твердого ракетного топлива, воспламенитель, основную и дополнительную камеры, связанные между собой через сверхзвуковое сопло, при этом стенка дополнительной камеры образована цилиндрической поверхностью горения канала заряда. Therefore, the closest in technical essence and the achieved technical effect to the claimed invention is a solid propellant rocket motor according to US Pat. U.S. N 3210932, cl. NKI 60-256, MKI F 02 K 9/04, adopted by the authors for the prototype. It contains a housing, a channel charge of solid rocket fuel, an igniter, a main and an additional chamber connected to each other through a supersonic nozzle, while the wall of the additional chamber is formed by a cylindrical combustion surface of the charge channel.
РДТТ, принятый за прототип, функционирует следующим образом. При работе РДТТ продукты горения твердого топлива заряда движутся по газовому тракту двигателя, при этом высокочастотные колебания стабилизируются в резонансной акустической полости дополнительной камеры. The solid propellant rocket engine adopted for the prototype operates as follows. When operating solid propellant rocket engines, the combustion products of solid fuel charge move along the gas path of the engine, while high-frequency vibrations are stabilized in the resonant acoustic cavity of the additional chamber.
Данный метод более эффективен, чем использование в РДТТ резонансных стержней, однако, как показали проведенные испытания, описанная конструкция неудовлетворительно гасит колебания в момент срабатывания воспламенителя, создающего сильные возмущения в газовом столбе продуктов сгорания, а резко (пропорционально квадрату скорости горения твердого топлива заряда) изменяющаяся настройка резонансной акустической полости не позволяет стабилизировать высокочастотные колебания в течение всего времени работы двигателя. This method is more effective than the use of resonant rods in solid-state solid propellant motors, however, as the tests showed, the described design unsatisfactorily damps vibrations at the instant of ignition operation, which creates strong perturbations in the gas column of the combustion products, and changes sharply (in proportion to the square of the burning rate of the solid fuel charge) tuning of the resonant acoustic cavity does not allow to stabilize high-frequency oscillations during the whole time of the engine operation.
Таким образом, задачей данного технического решения-прототипа являлась разработка конструкции, обеспечивающей при приемлемой плотности заряжания, гашение колебаний в начальный период рабочих (квазистационарных) режимов работы двигателя. Thus, the objective of this technical solution, the prototype was to develop a design that provides, at an acceptable loading density, damping vibrations in the initial period of working (quasi-stationary) engine operating modes.
Общими признаками с предлагаемым ракетным двигателем являются корпус, заряд твердого топлива с воспламенительным устройством, основную и дополнительную камеры, соединенные соплом. Common signs with the proposed rocket engine are the body, the charge of solid fuel with an igniter, the main and additional chambers connected by a nozzle.
В отличие от прототипа в предлагаемом авторами ракетном двигателе торец заряда со стороны донной части корпуса выполнен плоским, а дополнительная камера выполнена в виде полости, образованной донной частью корпуса и передним торцем заряда, при этом сопло выполнено дозвуковым, а площадь его проходного сечения определена по формуле
где К - расчетно-экспериментальный переходный коэффициент, учитывающий, в том числе, параметры истечения топлив, применяемых в заряде и воспламенительном устройстве;
W - начальный объем дополнительной камеры;
po- давление торможения, создаваемое воспламенительным устройством;
q(λ) - приведенный расход для λ < 1;
τв- время работы воспламенительного устройства.In contrast to the prototype, in the rocket engine proposed by the authors, the end of the charge from the side of the bottom of the body is made flat, and the additional chamber is made in the form of a cavity formed by the bottom of the body and the front end of the charge, while the nozzle is made subsonic, and its passage area is determined by the formula
where K is the calculated and experimental transition coefficient, taking into account, inter alia, the parameters of the expiration of fuels used in the charge and ignition device;
W is the initial volume of the additional chamber;
p o is the braking pressure created by the igniter;
q (λ) is the reduced flow rate for λ <1;
τ in - the operating time of the igniter device.
Именно это позволяет сделать вывод о наличии причинно-следственной связи между совокупностью существенных признаков заявляемого технического решения и достигаемым техническим результатом. It is this that allows us to conclude that there is a causal relationship between the totality of the essential features of the claimed technical solution and the achieved technical result.
Указанные признаки, отличительные от прототипа и на которые распространяется испрашиваемый объем правовой защиты, во всех случаях достаточны. These signs, distinctive from the prototype and to which the requested amount of legal protection applies, are sufficient in all cases.
Задачей предлагаемого изобретения является создание ракетного двигателя твердого топлива, обеспечивающего эффективное гашение и стабилизацию как высокочастотных, так и низкочастотных колебаний давления в двигателе в течение всего времени его работы, включая момент срабатывания воспламенителя, при высоких параметрах плотности заряжания. The objective of the invention is the creation of a rocket engine of solid fuel, which provides effective damping and stabilization of both high-frequency and low-frequency pressure fluctuations in the engine during the entire time of its operation, including the moment of ignition operation, at high parameters of charge density.
Новая совокупность конструктивных элементов, форма их выполнения и взаимное расположение, а также наличие связей между деталями и узлами заявляемого двигателя и соотношение их параметров, позволяют, в частности, за счет выполнения:
- переднего торца заряда со стороны донной части корпуса плоским, дополнительной камеры в виде полости, образованной донной частью корпуса и передним торцем заряда, и сопла прилегающим к переднему торцу заряда - постоянно стабилизировать высокочастотные колебания в двигателе за счет поддержания характеристик резонансной акустической полости на уровне, соответствующем увеличению объема газа в камерах по мере выгорания заряда, обеспечиваемого изменением объема полости пропорционально скорости горения заряда путем перемещения торца, обусловленного горением заряда;
- сопла дозвуковым с начальной площадью проходного сечения, определенным соотношением
обеспечить постоянное докритическое истечение из основной камеры в дополнительную, тем самым эффективно гасить высокоамплитудные колебания в донной части двигателя с самого начала процесса выхода его на режим - с момента срабатывания воспламенительного устройства.A new set of structural elements, the form of their execution and the relative position, as well as the presence of connections between parts and components of the proposed engine and the ratio of their parameters, allow, in particular, due to the following:
- the front end of the charge from the side of the bottom of the casing is flat, an additional chamber in the form of a cavity formed by the bottom of the casing and the front end of the charge, and the nozzle adjacent to the front end of the charge - constantly stabilize high-frequency vibrations in the engine by maintaining the characteristics of the resonant acoustic cavity at a level a corresponding increase in the volume of gas in the chambers as the charge burns out, provided by a change in the volume of the cavity in proportion to the rate of combustion of the charge by moving the end face, about the agreed charge combustion;
- a subsonic nozzle with an initial flow area defined by the ratio
to ensure constant subcritical outflow from the main chamber to the additional one, thereby effectively damping high-amplitude oscillations in the bottom of the engine from the very beginning of the process of entering it into operation — from the moment the igniter device is activated.
Сущность изобретения заключается в том, что в ракетном двигателе, включающем корпус, заряд твердого топлива с воспламенительным устройством, основную и дополнительную камеры, соединенные соплом, в отличие от прототипа, согласно изобретению передний торец заряда со стороны донной части корпуса выполнен плоским, а дополнительная камера выполнена в виде полости, образованной донной частью корпуса и передним торцем заряда, при этом сопло выполнено дозвуковым и прилегающим к переднему торцу заряда, а начальная площадь проходного сечения сопла определена соотношением
где К - расчетно-экспериментальный переходный коэффициент, учитывающий, в том числе, параметры истечения топлив, применяемых в заряде и воспламенительном устройстве;
W - начальный объем дополнительной камеры;
po- давление торможения, создаваемое воспламенительным устройством;
q(λ) - приведенный расход для λ < 1;
τв- время работы воспламенительного устройства.The essence of the invention lies in the fact that in a rocket engine including a housing, the charge of solid fuel with an igniter, the main and additional chambers connected by a nozzle, unlike the prototype, according to the invention, the front end of the charge from the bottom of the housing is made flat, and the additional chamber made in the form of a cavity formed by the bottom of the body and the front end of the charge, while the nozzle is made subsonic and adjacent to the front end of the charge, and the initial passage area with la is defined by the relation
where K is the calculated and experimental transition coefficient, taking into account, inter alia, the parameters of the expiration of fuels used in the charge and ignition device;
W is the initial volume of the additional chamber;
p o is the braking pressure created by the igniter;
q (λ) is the reduced flow rate for λ <1;
τ in - the operating time of the igniter device.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором на фиг. 1 изображен общий вид предлагаемого ракетного двигателя твердого топлива. The invention is illustrated by the drawing, in which in FIG. 1 shows a General view of the proposed rocket engine of solid fuel.
Предлагаемый РДТТ состоит из корпуса 1, в котором расположены прочно скрепленный заряд твердого топлива 2 и воспламенительное устройство 3. Канал 4 заряда 2 и предсопловой объем 5 корпуса 1 образуют основную камеру 6. В донной части 7 корпуса 1 расположена дополнительная камера 8, выполненная в виде полости 9, образованной донной частью 7 корпуса 1 и передним торцем 10 заряда 2. Основная 6 и дополнительная 8 камеры сообщаются через сопло 11, выполненное дозвуковым в канале 4 заряда 2, прилегающим к торцу 10. Торец 10 заряда 2 выполнен плоским, а сопло выполнено дозвуковым с начальной площадью, определенной, из условия обеспечения постоянного докритического истечения, соотношением
(обозначения приведены выше).The proposed solid propellant solid propellant rocket motor consists of a housing 1, in which a firmly bonded solid fuel charge 2 and an ignition device 3 are located. The charge channel 4 and the pre-nozzle volume 5 of the housing 1 form the main chamber 6. In the bottom part 7 of the housing 1 there is an additional chamber 8 made in the form cavity 9 formed by the bottom part 7 of the housing 1 and the front end face 10 of the charge 2. The main 6 and additional 8 chambers communicate through a nozzle 11 made subsonic in the channel 4 of the charge 2 adjacent to the end face 10. The end face 10 of the charge 2 is made flat, and the nozzle is made EHO subsonic with the initial area determined from the condition ensure continuous subcritical expiration ratio
(designations are given above).
Вышеописанный реактивный двигатель твердого топлива работает следующим образом. The above solid fuel jet engine operates as follows.
После срабатывания воспламенительного устройства 3 происходит заполнение его продуктами сгорания основной камеры 8 и (через сопло 11) дополнительной камеры 6. В сопле 11 происходит местное торможение потока продуктов сгорания воспламенительного устройства 3 и, частично, заряда 2, перетекающих в дополнительную камеру 6, сопровождающееся подъемом статического давления, потерями полного давления, поглощением акустической энергии, и соответственно, гашением высокоамплитудных колебаний в донной части двигателя. Высокочастотные колебания стабилизируются в резонансной акустической полости 9 дополнительной камеры 8, объем которой изменяется пропорционально скорости горения заряда 2 за счет перемещения торца 10, обусловленного горением заряда 2. Это позволяет поддерживать характеристики резонансной акустической полости 9 на уровне, соответствующем увеличению объема газа в камерах 6 и 8 по мере выгорания заряда 2 и постоянно стабилизировать высокочастотные колебания в двигателе. Кроме того, по мере выгорания заряда 2 уменьшается перепад площадей сопла 11 и канала 4, уменьшая потери полного давления в донной части двигателя. After the ignition device 3 is activated, it is filled with the combustion products of the main chamber 8 and (through the nozzle 11) of the additional chamber 6. In the nozzle 11, the flow of combustion products of the igniter device 3 and, partially, the charge 2, flowing into the additional chamber 6 is localized, accompanied by a rise static pressure, loss of total pressure, absorption of acoustic energy, and accordingly, the damping of high-amplitude vibrations in the bottom of the engine. High-frequency oscillations are stabilized in the resonant acoustic cavity 9 of the additional chamber 8, the volume of which changes in proportion to the burning rate of the charge 2 due to the movement of the end face 10 due to the burning of the charge 2. This allows you to maintain the characteristics of the resonant acoustic cavity 9 at a level corresponding to an increase in the volume of gas in the chambers 6 and 8 as charge 2 burns out and constantly stabilize high-frequency vibrations in the engine. In addition, as the charge 2 burns out, the difference in the areas of the nozzle 11 and channel 4 decreases, reducing the loss of total pressure in the bottom of the engine.
Выполнение ракетного двигателя в соответствии с изобретением позволило повысить стабильность внутрибаллистических характеристик двигателя при расширенном спектре частот подавляемых колебаний, уменьшив одновременно потери полного давления и поднять, тем самым, надежность и энергетические характеристики двигателя. The implementation of the rocket engine in accordance with the invention has improved the stability of the ballistic characteristics of the engine with an expanded spectrum of frequencies of suppressed oscillations, while reducing the loss of total pressure and thereby increasing the reliability and energy characteristics of the engine.
Указанный положительный эффект подтвержден огневыми стендовыми испытаниями опытных образцов РДТТ, выполненного в соответствии с изобретением (отчет инв. N 46656). The indicated positive effect was confirmed by fire bench tests of prototypes of solid propellant rocket motors made in accordance with the invention (report inv. N 46656).
В настоящее время ведется разработка рабочей конструкторской документации, запланированы изготовление и предварительные испытания опытных образцов, намечено серийное производство двигателя. 3о Currently, development of working design documentation is underway, production and preliminary tests of prototypes are planned, mass production of the engine is scheduled. 3o
Claims (1)
где К - расчетно-экспериментальный переходный коэффициент, учитывающий, в том числе, параметры истечения топлива, применяемых в заряде и воспламенительном устройстве;
W - начальный объем дополнительной камеры;
P
q
τ3 - время работы воспламенительного устройства.A solid fuel rocket engine comprising a housing, a solid fuel charge with an igniter, a primary and secondary chamber connected by a nozzle, characterized in that the end face of the charge on the bottom of the housing is flat, and the secondary chamber is made in the form of a cavity formed by the bottom case and the front end of the charge, while the nozzle is made subsonic and adjacent to the front end of the charge, and the area of its passage section is determined by the formula
where K is the calculated and experimental transition coefficient, taking into account, inter alia, the parameters of the expiration of the fuel used in the charge and ignition device;
W is the initial volume of the additional chamber;
P
q
τ 3 - the operating time of the igniter device.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU98103166A RU2125173C1 (en) | 1998-02-20 | 1998-02-20 | Solid-propellant rocket engine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU98103166A RU2125173C1 (en) | 1998-02-20 | 1998-02-20 | Solid-propellant rocket engine |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2125173C1 true RU2125173C1 (en) | 1999-01-20 |
RU98103166A RU98103166A (en) | 1999-04-10 |
Family
ID=20202561
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU98103166A RU2125173C1 (en) | 1998-02-20 | 1998-02-20 | Solid-propellant rocket engine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2125173C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2016114743A1 (en) * | 2015-01-14 | 2016-07-21 | Николай Алексеевич ГАЛЬЧЕНКО | Hypersonic protection method for a tank |
-
1998
- 1998-02-20 RU RU98103166A patent/RU2125173C1/en active
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2016114743A1 (en) * | 2015-01-14 | 2016-07-21 | Николай Алексеевич ГАЛЬЧЕНКО | Hypersonic protection method for a tank |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6082575B2 (en) | How to locate the detonation transition during operation of a pulse detonation combustor | |
US4722261A (en) | Extendable ram cannon | |
RU2340784C2 (en) | Detonation damper for pulsed detonation engines (versions) | |
US6968676B1 (en) | Propulsion from combustion of solid propellant pellet-projectiles | |
JP6082576B2 (en) | Variable start location system for pulse detonation combustor | |
US7966809B2 (en) | Single-piece hybrid rocket motor | |
RU2125173C1 (en) | Solid-propellant rocket engine | |
US20060112674A1 (en) | Semi-axisymmetric scramjet flowpath with conformal nozzle | |
JP2006226201A (en) | Two-step thrust rocket motor | |
Falempin et al. | Pulsed detonation engine-possible application to low cost tactical missile and to space launcher | |
US5322002A (en) | Tube launched weapon system | |
Naumann et al. | Double-pulse solid rocket technology at bayern-chemie/protac | |
US4047465A (en) | Telescoped explosive driver | |
RU2461728C2 (en) | Solid-propellant rocket engine | |
RU2211349C1 (en) | Cartridge pressure accumulator | |
RU2125174C1 (en) | Solid-propellant rocket engine | |
RU2147342C1 (en) | Solid-propellant rocket engine | |
JP2006226202A (en) | Two-step thrust rocket motor | |
RU2102623C1 (en) | Solid-propellant rocket engine | |
RU2211351C1 (en) | Composite solid-propellant rocket engine | |
RU2150599C1 (en) | Solid-propellant charge | |
RU2163686C1 (en) | Solid-propellant rocket engine | |
RU2200243C2 (en) | Solid-propellant rocket engine | |
RU2265746C2 (en) | Solid-propellant rocket engine | |
RU2678726C1 (en) | Powder pressure accumulator for mortar scheme of separation of rocket stages in flight |