RU2188963C1

RU2188963C1 - Installation for determination of burning rate of solid propellant in stressed- deformed state

Info

Publication number: RU2188963C1
Application number: RU2001119118A
Authority: RU
Inventors: Ю.П. Бабаков; В.И. Калашников; А.Н. Ключников; Ю.М. Милехин
Original assignee: Федеральный центр двойных технологий "Союз"
Priority date: 2001-07-12
Filing date: 2001-07-12
Publication date: 2002-09-10

Abstract

FIELD: rocketry. SUBSTANCE: installed in the installation combustion chamber are a specimen of solid propellant, asbestos filler and a transceiving transducer of microwave radiation with a cone and radiator joined to it. Attached to the radiator outlet is a support with a specimen of solid propellant armored with liquid-viscous noncombustible material on the side of the support. The specimen is made in the form of a parallelepiped with movable and fixed holders attached on the two sides. The fixed holder is attached on the support. The movable holder is coupled to the deforming piston through a rod. Specimen tension in the installation occurs at actuation of the primer, when pressure rises in the installation that acts on the deforming piston. EFFECT: provided determination of the law of solid propellant burning rate within a wide range of pressures according to the results of combustion of one specimen. 1 dwg

Description

Изобретение относится к ракетной технике, в частности для определения скорости горения твердого ракетного топлива (ТРТ) в напряженно-деформированном состоянии (НДС) в зависимости от непрерывно изменяющегося давления. The invention relates to rocket technology, in particular for determining the burning rate of solid rocket fuel (TRT) in a stress-strain state (VAT) depending on a continuously changing pressure.

В настоящее время известны установки для определения скорости горения ТРТ с регистрацией положения поверхности горения по перегорающим проводникам, гашением образца, с использованием киносъемки, светорегистраторов, измерения емкости или электропроводности (например, см. М.Баррер и др. Ракетные двигатели. М.: Оборонгиз, 1962; В.С.Игнатьев и др. Устройство для измерения скорости горения композиционных материалов, заявка РФ 98102477 от 10.02.98 г. ). Однако все они обладают принципиальными недостатками: они малопроизводительны и при их использовании для определения зависимости скорости горения от давления необходимо большое количество образцов, т.к. при сжигании одного образца определяется только одно значение скорости горения. Также необходим предварительный наддув камеры сгорания азотом до заданного давления из баллонов большого давления. Currently, there are known installations for determining the rate of combustion of TRT with recording the position of the combustion surface by burning conductors, quenching the sample, using filming, light recorders, measuring capacitance or electrical conductivity (for example, see M. Barrer and other rocket engines. M .: Oborongiz , 1962; V.S. Ignatiev et al. A device for measuring the burning rate of composite materials, application of the Russian Federation 98102477 from 02.10.98). However, they all have fundamental shortcomings: they are inefficient and when used to determine the dependence of the burning rate on pressure, a large number of samples are necessary, because when burning one sample, only one value of the burning rate is determined. A preliminary pressurization of the combustion chamber with nitrogen to a predetermined pressure from high pressure cylinders is also necessary.

Известны различные установки для определения скорости горения ТРТ с использованием микроволновой техники. За прототип принята установка (патент РФ 2167327), в которой скорость горения ТРТ измеряется с помощью приемо-передающего микроволнового сверхвысокочастотного датчика (далее СВЧ-датчика). В установке образец ТРТ пристыкован к излучателю СВЧ-датчика с помощью держателя, выполненного в виде стакана. Диаметры образца ТРТ и держателя имеют размер больший, чем диаметр согласующего конуса излучателя. Полость камеры, расположенная напротив излучателя, заполнена наполнителем. Недостатком установки является невозможность растяжения образца для создания НДС во время проведения испытания по определению скорости горения. There are various installations for determining the rate of combustion of TRT using microwave technology. The installation (patent of the Russian Federation 2167327), in which the burning rate of TPT is measured using a transceiver microwave microwave sensor (hereinafter referred to as the microwave sensor), was adopted as a prototype. In the installation, the TPT sample is docked to the emitter of the microwave sensor using a holder made in the form of a glass. The diameters of the TPT sample and holder are larger than the diameter of the matching cone of the emitter. The cavity of the chamber, located opposite the emitter, is filled with filler. The disadvantage of the installation is the inability to stretch the sample to create a VAT during the test to determine the burning rate.

Технической задачей изобретения является создание высокопроизводительной установки, позволяющей определять микроволновым методом скорость горения образцов ТРТ в НДС в широком диапазоне давлений и при различных скоростях подъема давления. В установке растяжение образца ТРТ можно осуществлять непосредственно в момент сжигания, что позволяет имитировать процесс выхода на режим РДТТ. An object of the invention is the creation of a high-performance installation that allows the microwave method to determine the burning rate of TPT samples in a VAT in a wide range of pressures and at different rates of pressure rise. In the installation, the TPT specimen can be stretched directly at the moment of combustion, which allows simulating the process of reaching the solid propellant regime.

Поставленная задача решается тем, что в установке для определения скорости горения ТРТ, выбранной за прототип, в которой содержится образец ТРТ и асбестовый наполнитель, а на корпусе установлены СВЧ-датчик с согласующим конусом и излучателем, проведена следующая доработка. К выходу излучателя прикреплена подставка с образцом ТРТ, забронированным со стороны излучателя жидковязким негорючим материалом. Подставка крепится на излучателе с помощью отверстия, расположенного напротив центральной части образца ТРТ и перекрытого радиопрозрачной перегородкой. Этот образец выполнен в виде параллелепипеда с прикрепленными с двух сторон подвижным и неподвижным держателями. Такая форма образца позволяет его деформировать подобно тому, как деформируют при испытаниях по определению физико-механических характеристик. Неподвижный держатель закреплен на подставке, а подвижный держатель связан с помощью штока с деформирующим поршнем. Растяжение образца ТРТ осуществляется за счет перемещения поршня при подъеме давления в начале испытания, когда воспламеняется образец ТРТ. Непрерывное измерение скорости горения производится локацией поверхности горения электромагнитными волнами, проходящими от СВЧ-датчика через волновод, радиопрозрачную перегородку, вязкое бронепокрытие и слой образца ТРТ. The problem is solved in that in the installation for determining the rate of combustion of TPT selected for the prototype, which contains a sample of TPT and asbestos filler, and a microwave sensor with a matching cone and emitter is installed on the housing, the following refinement was carried out. A stand with a TRT sample, reserved from the side of the emitter by a viscous, non-combustible material, is attached to the output of the emitter. The stand is mounted on the radiator by means of an opening located opposite the central part of the TPT sample and covered by a radio-transparent partition. This sample is made in the form of a parallelepiped with movable and fixed holders attached on both sides. This shape of the sample allows it to deform, similar to how it is deformed during tests to determine the physical and mechanical characteristics. The fixed holder is fixed to the stand, and the movable holder is connected via a rod to the deforming piston. The TPT sample is stretched by moving the piston when the pressure rises at the beginning of the test, when the TPT sample is ignited. Continuous measurement of the burning rate is made by locating the combustion surface by electromagnetic waves passing from the microwave sensor through the waveguide, the radiopaque baffle, viscous armor plating and the TRT sample layer.

Внешний вид установки показан на чертеже. В корпусе 1 расположен плоский прямоугольный образец 2 ТРТ, бронированный жидковязким покрытием 5 с прикрепленными к торцам образца подвижным 3 и неподвижным 4 держателями. Неподвижный держатель 4 закреплен на подставке 6. Подвижный держатель 3 связан штоком 8 с деформирующим поршнем 7, служащим для растяжения образца. Подставка 6 крепится относительно корпуса на излучателе 9 СВЧ-датчика 10 с помощью отверстия с радиопрозрачной перегородкой 11. Давление в камере сгорания измеряется датчиком 12. Зажжение образца производится воспламенителем 13, присоединенным к гермовыводу 14. Часть свободного объема камеры заполнена наполнителем из асбестового материала 15. The appearance of the installation is shown in the drawing. In case 1 there is a flat rectangular TPT sample 2, armored with a viscous coating 5 with movable 3 and fixed 4 holders attached to the ends of the sample. The fixed holder 4 is mounted on the stand 6. The movable holder 3 is connected by a rod 8 with a deforming piston 7, which serves to stretch the sample. The support 6 is mounted relative to the housing on the emitter 9 of the microwave sensor 10 by means of an opening with a radiolucent baffle 11. The pressure in the combustion chamber is measured by the sensor 12. The sample is ignited by an igniter 13 connected to the pressure terminal 14. A part of the free volume of the chamber is filled with asbestos material 15.

Установка работает следующим образом. Перед испытанием свободный объем камеры заполняется наполнителем, объем которого определяется необходимой скоростью изменения давления при испытании. В начале испытания воспламенитель поджигает образец и в установке поднимается давление. Растяжение образца в установке происходит при срабатывании воспламенителя, когда в установке поднимается давление, воздействующее на деформирующий поршень. Растяжение также может осуществляться за счет предварительного перемещения поршня до испытания с помощью штока. Свод горения образца в НДС определяется до опыта непосредственным измерением идентичного деформированного образца, взятого из того же блока ТРТ, что и испытуемый. Во время испытания поверхность горения перемещается по направлению к подставке. В процессе горения образца приемо-передающий, малогабаритный (35х35х40 мм) СВЧ-датчик типа СФ-3ОАФ-09 излучает СВЧ-волны на частоте 10 ГГц и принимает отраженные СВЧ-волны от поверхности горения. Частично эти волны проходят дальше и поглощаются асбестовым наполнителем. Сложение падающих и отраженных СВЧ-волн приводит к появлению интерференционных колебаний, регистрируемых осциллографом. Этим же осциллографом регистрируется и давление в камере сгорания. По результатам сжигания одного образца определяется закон скорости горения в диапазоне давлений от 1 атм до максимального давления в установке Рмах аналогично, как это описано в прототипе. Installation works as follows. Before the test, the free volume of the chamber is filled with filler, the volume of which is determined by the necessary rate of change of pressure during the test. At the beginning of the test, the igniter ignites the sample and the pressure rises in the installation. The stretching of the sample in the installation occurs when the igniter is activated, when the pressure rises in the installation, which acts on the deforming piston. Stretching can also be accomplished by first moving the piston prior to testing with a rod. The sample burning rate in VAT is determined prior to experiment by direct measurement of an identical deformed sample taken from the same TRT block as the subject. During the test, the combustion surface moves towards the stand. In the process of burning a sample, a transceiver, small-sized (35x35x40 mm) microwave sensor type SF-3OAF-09 emits microwave waves at a frequency of 10 GHz and receives reflected microwave waves from the combustion surface. Partially, these waves pass further and are absorbed by the asbestos filler. The addition of incident and reflected microwave waves leads to the appearance of interference oscillations recorded by the oscilloscope. The same oscilloscope records the pressure in the combustion chamber. According to the results of burning one sample, the law of the burning rate is determined in the pressure range from 1 atm to the maximum pressure in the Rmah installation in the same way as described in the prototype.

При испытаниях установки было установлено, что результаты определения скорости горения плоских образцов (размером 20х40х200 мм) в диапазоне давлений от 1 до 100 атм хорошо прогнозируют скорость горения натурных РДТТ. Закон скорости горения в зависимости от давления определяется при сжигании одного образца (20 значений скорости горения с шагом 2 мм). Эти же данные могут быть получены при 20 испытаниях модельных РДТТ типа ЭД-100 с зарядами весом 2 кг каждый. When testing the installation, it was found that the results of determining the burning rate of flat samples (20x40x200 mm in size) in the pressure range from 1 to 100 atm predict the burning rate of full-scale solid propellant rocket engines well. The law of the burning rate depending on pressure is determined when burning one sample (20 values of the burning rate in increments of 2 mm). The same data can be obtained from 20 tests of model solid propellant solid propellants of the ED-100 type with charges weighing 2 kg each.

Полученные данные могут использоваться при прогнозировании скорости горения в РДТТ. The data obtained can be used to predict the burning rate in solid propellant rocket motors.

Claims

Installation for determining the burning rate of solid rocket fuel (TRT) in a stress-strain state, containing a TPT sample installed in the combustion chamber, an asbestos filler and a microwave transceiver with a matching cone and emitter attached to it, characterized in that it emits to the output of the radiator a hole covered by a radiolucent partition, a stand is attached with a TPT sample, reserved from the stand side with a viscous non-combustible material and made in ie the box with attached on both sides of the movable and fixed holders, the fixed bracket is fixed on a stand and the movable rod holder associated with deforming the piston.