RU2211359C1

RU2211359C1 - Channel solid-propellant charge strength tester

Info

Publication number: RU2211359C1
Application number: RU2002101638A
Authority: RU
Inventors: Г.В. Куценко; А.В. Козьяков; В.Ф. Молчанов; Ж.А. Пичкалёв; Н.Н. Федченко; В.Н. Аликин
Original assignee: Федеральное государственное унитарное предприятие "Пермский завод им. С.М. Кирова"
Priority date: 2002-01-15
Filing date: 2002-01-15
Publication date: 2003-08-27

Abstract

FIELD: testing facilities. SUBSTANCE: device for testing strength of channel solid-propellant charges includes charge proper whose channel is filled up with liquid, and cover with holes to seal the channel. Device contains loading unit including impact-action mechanism and piston. Piston is installed in cover hole and is arranged in liquid. Impact-action mechanism is installed on one axis with piston. Invention makes it possible to develop simple device for testing strength of channel solid-propellant charges providing high gradient loading of solid-propellant charge by radial pressure differential. EFFECT: provision of reliable testing of solid-propellant charge. 3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области ракетной техники и может быть использовано при проведении научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, а также в технологическом процессе изготовления зарядов твердого топлива для ракетных двигателей. The invention relates to the field of rocket technology and can be used in research and development, as well as in the manufacturing process of manufacturing solid fuel charges for rocket engines.

Канальные конструкции зарядов широко используются в ракетных двигателях различного назначения. При воспламенении таких зарядов возникают значительные кратковременные, как правило, растягивающие перепады давления. По данным экспериментальной отработки в двигателе неуправляемой ракеты калибром 80 мм со свободно вложенным канальным зарядом-моноблоком величина радиального перепада давления достигает ~30 кгс/см² за время 10-20 мс. Воздействие перепада давления обуславливает растягивающее напряжение в заряде, которые могут привести к его разрушению. В связи с этим при проектировании и отработке, а в отдельных случаях и при серийном изготовлении вкладных канальных зарядов, необходима объективная оценка их прочности. Возможности расчетной оценки, в данном случае, ограничены наличием весьма приближенных данных по физико-механическим характеристикам топлива, определение которых производится стандартными методами в условиях нагружения, отличных от реальных. Кроме того, расчетная оценка прочности существенно усложняется при наличии сложного, например звездообразного, профиля канала.Channel charge designs are widely used in rocket engines for various purposes. When such charges are ignited, significant short-term, usually tensile, pressure drops occur. According to experimental data on an uncontrolled rocket of 80 mm caliber in the engine with a freely inserted monoblock channel charge, the radial pressure drop reaches ~ 30 kgf / cm ² over a period of 10-20 ms. The impact of the pressure drop causes tensile stress in the charge, which can lead to its destruction. In this regard, in the design and development, and in some cases in the serial production of plug-in channel charges, an objective assessment of their strength is necessary. The possibilities of a calculated estimate, in this case, are limited by the availability of very approximate data on the physicomechanical characteristics of the fuel, which are determined by standard methods under loading conditions that are different from real ones. In addition, the estimated strength assessment is significantly complicated in the presence of a complex, for example star-shaped, channel profile.

В практике отработки ракетных двигателей твердого топлива (РДТТ) известен способ, по которому заряд нагружают перепадом давления, характер изменения которого близок к реальным условиям работы РДТТ. Однако он весьма сложен в аппаратурном оформлении и включает в себя источник рабочего газа, расходную емкость, соединительную арматуру с пневмоклапанами, рабочую камеру и др. Недостатком такого способа является невозможность обеспечения высокоградиентного нагружения полости канала заряда давлением, сложность и громоздкость используемого оборудования и аппаратуры. Более совершенным является техническое решение по способу, изложенному в патенте России 2170837, принятому авторами за прототип. По указанному способу используют эффект гидронагружения полости камеры сгорания ракетного двигателя для объективной оценки напряженно-деформированного состояния в реальных условиях заполнения корпуса неотвержденной топливной массой. In practice, the development of solid propellant rocket engines (solid propellant rocket engines) there is a known method in which the charge is loaded with a pressure drop, the nature of the change of which is close to the actual operating conditions of the solid propellant rocket motor. However, it is very complicated in hardware design and includes a source of working gas, a supply tank, connecting fittings with pneumatic valves, a working chamber, etc. The disadvantage of this method is the impossibility of providing high-gradient loading of the charge channel cavity with pressure, the complexity and cumbersomeness of the equipment and apparatus used. More perfect is the technical solution according to the method described in Russian patent 2170837, adopted by the authors for the prototype. The specified method uses the effect of hydraulic loading of the cavity of the combustion chamber of a rocket engine for an objective assessment of the stress-strain state under real conditions of filling the body with an uncured fuel mass.

Недостатком прототипа является его ограниченные возможности по обеспечению высоких нагрузочных градиентов давления. The disadvantage of the prototype is its limited ability to provide high load pressure gradients.

Технической задачей изобретения является разработка простого в конструктивном исполнении устройства, обеспечивающего высокоградиентное нагружение заряда твердого ракетного топлива (ТРТ) радиальным перепадом давления. Предлагаемое устройство (фиг. 1) включает в себя испытуемый заряд, канал которого заполнен жидкостью, герметизирующую крышку с отверстиями, узел нагружения, включающий механизм ударного действия, стержневой поршень, установленный в отверстие крышки и размещенный в жидкости в канале заряда, при этом механизм ударного действия установлен на одной оси с поршнем (например, копром), воздействующим на поршень при испытании. An object of the invention is to develop a device that is simple in design and provides high-gradient loading of a charge of solid rocket fuel (TRT) with a radial differential pressure. The proposed device (Fig. 1) includes a test charge, the channel of which is filled with liquid, a sealing cap with holes, a loading unit including a shock mechanism, a rod piston installed in the cap hole and placed in the liquid in the charge channel, while the shock mechanism the action is mounted on the same axis as the piston (for example, a pile), acting on the piston during the test.

На фиг.2 приведена типовая кривая "давление-время" для реального двигателя (1) и кривая (2), полученная при проведении испытаний в заявленном устройстве. Получены практически идентичные зависимости. Figure 2 shows a typical curve "pressure-time" for a real engine (1) and curve (2) obtained during testing in the inventive device. Almost identical dependencies are obtained.

Для обеспечения всестороннего нагружения давлением испытуемый заряд может быть помещен в корпус (фиг.3). Это позволяет, заполнив жидкостью полости канала и зазора между корпусом и наружной поверхностью заряда, загерметизировав и изолировав эти полости друг от друга, используя многостержневой поршень, стержни которого размещены в обеих полостях, осуществить нагружение заряда радиальным перепадом давлений, имитирующим натурные условия (т.е. воздействие давления, как со стороны канала, так и со стороны наружной поверхности). To ensure comprehensive pressure loading, the test charge can be placed in the housing (figure 3). This allows you to fill the cavity of the channel and the gap between the housing and the outer surface of the charge with liquid, seal and isolate these cavities from each other, using a multi-rod piston, the rods of which are located in both cavities, to charge the radial differential pressure that simulates natural conditions (i.e. pressure effect, both from the channel side and from the outside surface).

Существенными отличительными признаками предложенного устройства от прототипа являются
1. Размещение в полости канала заряда, заполненного жидкостью, стержневого поршня.Salient features of the proposed device from the prototype are
1. The placement of a rod piston in the cavity of the charge channel filled with liquid.

2. Снабжение устройства ударным механизмом. 2. Supply device shock mechanism.

3. Использование многостержневого поршня для всестороннего нагружения заряда. 3. The use of a multi-rod piston for comprehensive charge loading.

Это позволяет реализовать простую конструкцию устройства с более широкими техническими возможностями, чем у способа-прототипа. This allows you to implement a simple device design with wider technical capabilities than the prototype method.

Достигаемый технический результат изобретения - обеспечение высокоградиентного нагружения заряда радиальным перепадом давления, реализация максимально приближенного к натурным условиям режима нагружения заряда радиальным перепадом, что позволяет существенно повысить эффективность НИОКР и качество изготовления зарядов. Achievable technical result of the invention is the provision of a high-gradient loading of a charge by a radial differential pressure, the implementation of a regime of loading a charge by a radial differential, which is as close as possible to natural conditions, which can significantly improve the research and development efficiency and the quality of charge manufacture.

Регулирование градиента нагружения давлением обеспечивается выбором соответствующих геометрических размеров стержней поршня (диаметра, длины), их количеством и величиной кинетической энергии (mV²/2) падающего груза копра.Regulating pressure gradient loading is provided by selecting appropriate geometric dimensions of the piston rods (diameter, length), their number and the kinetic energy value (mV ^2/2) falling load copra.

Устройство и его работа иллюстрируются следующими графическими материалами:
Фиг.1. Конструкция устройства для испытания на прочность твердотопливных зарядов.The device and its operation are illustrated by the following graphic materials:
Figure 1. The design of the device for testing the strength of solid propellant charges.

1 - испытуемый заряд;
2 - жидкость;
3 - фланец;
4 - поддон;
5,6 - уплотнения;
7 - стержневой поршень;
8 - винт (заглушка);
9 - шпильки;
10 - ударный груз копра;
11 - датчик давления.1 - test charge;
2 - liquid;
3 - flange;
4 - pallet;
5,6 - seals;
7 - rod piston;
8 - screw (plug);
9 - hairpins;
10 - shock load copra;
11 - pressure sensor.

Фиг.2. Типовая осциллограмма "давление-время" в полости канала заряда: 1 - в двигателе; 2 - в предложенном устройстве. Figure 2. Typical waveform "pressure-time" in the cavity of the charge channel: 1 - in the engine; 2 - in the proposed device.

Фиг. 3. Конструкция устройства, обеспечивающая всестороннее воздействие давления на испытуемый заряд:
1 - испытуемый заряд;
2 - жидкость;
3 - фланец;
5,6 - уплотнения;
7 - многостержневой поршень;
10 - ударный груз копра;
11 - датчики давления;
12 - корпус.FIG. 3. The design of the device, providing a comprehensive impact of pressure on the test charge:
1 - test charge;
2 - liquid;
3 - flange;
5,6 - seals;
7 - multi-rod piston;
10 - shock load copra;
11 - pressure sensors;
12 - case.

Устройство (фиг. 1. ) состоит из испытуемого заряда (1), канал которого заполнен жидкостью (2), а торцы загерметизированы фланцем (3) и поддоном (4) с уплотнениями (5, 6). Внутри канала размещен стержневой поршень (7). При установке поршня излишек жидкости сливается через отверстие во фланце, заглушаемое затем винтом (8). Фланец и поддон стянуты шпильками (9). При испытании груз копра (10) ударно взаимодействует с поршнем (7), что обеспечивает нагружение полости канала заряда давлением, величину которого регистрируют датчиком (11), установленным в поддоне. Применение копра позволяет регулировать величину ударного импульса за счет изменения массы груза (m) и высоты (h). Типовая осциллограмма (1) "давление-время" для канала заряда приведена на фиг.2. При проведении испытаний на заявляемом устройстве получена практически идентичная кривая (2). The device (Fig. 1.) consists of a test charge (1), the channel of which is filled with liquid (2), and the ends are sealed with a flange (3) and a tray (4) with seals (5, 6). A rod piston (7) is placed inside the channel. When installing the piston, excess fluid is drained through the hole in the flange, then drowned out with a screw (8). The flange and pan are pulled together with studs (9). During the test, the load of the copra (10) impactly interacts with the piston (7), which ensures loading of the cavity of the charge channel with pressure, the value of which is recorded by a sensor (11) installed in the pallet. The use of a copra allows you to adjust the magnitude of the shock pulse by changing the mass of the load (m) and height (h). A typical pressure-time waveform (1) for a charge channel is shown in FIG. 2. When testing on the inventive device obtained almost identical curve (2).

На фиг. 3 показана конструкция устройства для всестороннего нагружения испытуемого заряда (1) давлением, что позволяет обеспечить режим нагружения, идентичный натурным условиям, т.е. динамически нагрузить реальным давлением полости канала и зазора. Подбор режима нагружения, помимо варьирования величинами m и h, обеспечивается регулировкой длины, диаметра, первоначальной глубины погружения в жидкость (2) стержней многостержневого поршня (6), количеством их, размещенных в зазоре между зарядом и стаканом (7), с регистрацией осциллограмм "давление-время" в полостях канала и зазора контрольными датчиками давления (8) при воздействии на поршень ударного груза (9) копра. In FIG. Figure 3 shows the design of the device for the comprehensive loading of the test charge (1) with pressure, which allows providing a loading mode identical to the natural conditions, i.e. dynamically load the actual pressure of the channel cavity and the gap. The selection of the loading regime, in addition to varying the values of m and h, is provided by adjusting the length, diameter, initial depth of immersion in the liquid (2) of the rods of the multi-rod piston (6), the number of them placed in the gap between the charge and the cup (7), with the recording of oscillograms " pressure-time "in the cavities of the channel and the gap control pressure sensors (8) when exposed to the piston shock load (9) copra.

Claims

1. A device for testing the strength of channel solid propellant charges, including the actual charge, the channel of which is filled with liquid, and the channel sealing cover with holes, characterized in that it is equipped with a loading unit including a shock mechanism, and a piston, while the piston is installed in the hole caps and is placed in the liquid, and the shock mechanism is mounted on the same axis as the piston.

2. The device according to p. 1, characterized in that the test charge is placed in the housing, the cavity between the charge and the housing is filled with liquid, and the piston is multi-rod.

3. The device according to p. 2, characterized in that the cavity of the channel and the gap between the charge and the housing are hermetically insulated.