RU2265746C2 - Solid-propellant rocket engine - Google Patents
Solid-propellant rocket engine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2265746C2 RU2265746C2 RU2003134978/06A RU2003134978A RU2265746C2 RU 2265746 C2 RU2265746 C2 RU 2265746C2 RU 2003134978/06 A RU2003134978/06 A RU 2003134978/06A RU 2003134978 A RU2003134978 A RU 2003134978A RU 2265746 C2 RU2265746 C2 RU 2265746C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- charge
- rings
- combustion chamber
- engine
- channels
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Testing Of Engines (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области ракетной техники, а именно к ракетным двигателям твердого топлива с малым (десятые доли секунды) временем работы, и может найти применение в стартовых двигателях неуправляемых снарядов и управляемых ракет.The invention relates to the field of rocket technology, namely to rocket engines of solid fuel with a small (tenths of a second) operating time, and can find application in the starting engines of unguided shells and guided missiles.
Известен ракетный двигатель твердого топлива, принятый авторами за прототип [1], состоящий из камеры сгорания с размещенным в ней зарядом твердого топлива, закрепленным с помощью опорных решеток, соплового блока и воспламенителя.Known rocket engine of solid fuel, adopted by the authors for the prototype [1], consisting of a combustion chamber with a charge of solid fuel placed in it, fixed with support grids, nozzle block and igniter.
Благодаря применению в двигателе многошашечного заряда, состоящего из нескольких цилиндрических канальных шашек, собранных в один пакет и вложенных в камеру сгорания, обеспечивается малое время работы двигателя, что позволяет увеличить кучность попадания неуправляемых снарядов в связи с увеличением скорости их схода с направляющих пусковой установки, так как при ограниченном времени работы обеспечивается большой удельный секундный расход и тяга двигателя при заданном уровне предельного давления в камере сгорания.Due to the use of a multi-plate charge in the engine, consisting of several cylindrical channel blocks, assembled in one package and enclosed in the combustion chamber, the engine operating time is shortened, which makes it possible to increase the accuracy of hit of unguided shells due to the increase in the speed of their descent from the guides of the launcher, so as with a limited operating time, a large specific second flow rate and engine thrust are provided at a given level of ultimate pressure in the combustion chamber.
Однако для фиксации многошашечного заряда в камере сгорания необходимы опорные решетки с большой площадью опорной поверхности и большими проходными сечениями, что усложняет конструкцию двигателя и увеличивает ее пассивную массу. К недостаткам прототипа следует отнести сложность фиксации шашек заряда от радиального перемещения и вращения относительно продольной оси при транспортировании. Это приводит к тому, что заряд трется об опорные поверхности решеток, что ведет к образованию пороховой стружки в камере и недопустимому повышению давления при срабатывании двигателя. Кроме того, при изменении температурного режима хранения двигателя стружка налипает на боковые поверхности заряда и шашки могут склеиваться между собой, что приводит к нерасчетному режиму работы двигателя.However, to fix the multi-cup charge in the combustion chamber, support gratings with a large area of the supporting surface and large passage sections are necessary, which complicates the design of the engine and increases its passive mass. The disadvantages of the prototype include the difficulty of fixing the checkers of the charge from radial movement and rotation relative to the longitudinal axis during transportation. This leads to the fact that the charge rubs against the supporting surfaces of the gratings, which leads to the formation of powder chips in the chamber and an unacceptable increase in pressure when the engine is triggered. In addition, when changing the temperature storage mode of the engine, the chips adhere to the side surfaces of the charge and the checkers can stick together, which leads to an off-design mode of the engine.
К недостаткам двигателя с вкладным многошашечным зарядом можно отнести также увеличение пассивной массы конструкции при изменении геометрии камеры сгорания. Так, в цилиндрической камере сгорания при использовании вкладного многошашечного заряда возможно реализовать величину коэффициента объемного заполнения до 0,70 (заряд занимает до 70% свободного объема камеры сгорания двигателя). При использовании вкладного многошашечного заряда в цилиндроконической камере сгорания коэффициент объемного заполнения с увеличением длины конического участка камеры снижается до 0,50 (заряд занимает не более 50% свободного объема камеры сгорания двигателя, так как конический участок камеры сгорания не заполняется периферийными шашками заряда). Это ведет к необходимости увеличения длины камеры сгорания (ее пассивной массы) для размещения заряда потребной массы. При этом длина шашек ограничена условием отсутствия эрозионного горения в центральном канале и в зазорах между центральными шашками пакета. При увеличении длины шашек увеличение скорости потока в канале ведет не только к эрозионному горению, но и к возникновению радиального и осевого перепада давления (давление в канале и у заднего торца ниже, чем снаружи шашки и у ее переднего торца). Это может привести к более быстрому выгоранию шашек у заднего торца (возникновению в процессе работы двигателя конусности шашек), уменьшению площади опорной поверхности и разрушению шашек вследствие потери ими устойчивости при одновременном воздействии в процессе работы двигателя осевого и радиального сжимающих усилий.The disadvantages of an engine with an external multi-cup charge include the increase in the passive mass of the structure when the geometry of the combustion chamber changes. So, in a cylindrical combustion chamber when using an insert multi-cup charge, it is possible to realize a volumetric filling coefficient of up to 0.70 (the charge occupies up to 70% of the free volume of the engine’s combustion chamber). When using a plug-in multi-cup charge in a cylinder-conical combustion chamber, the volumetric filling coefficient decreases to 0.50 with an increase in the length of the conical section of the chamber (the charge occupies no more than 50% of the free volume of the engine’s combustion chamber, since the conical section of the combustion chamber is not filled with peripheral charge checkers). This leads to the need to increase the length of the combustion chamber (its passive mass) to accommodate the charge of the required mass. The length of the checkers is limited by the condition of the absence of erosive combustion in the central channel and in the gaps between the central checkers of the package. With an increase in the length of the checkers, an increase in the flow velocity in the channel leads not only to erosive combustion, but also to the appearance of radial and axial pressure drops (the pressure in the channel and at the rear end is lower than on the outside of the checker and at its front end). This can lead to faster burnout of the checkers at the rear end (occurrence of checker taper during the operation of the engine), reduction in the area of the supporting surface and destruction of the checkers due to their loss of stability while simultaneously applying axial and radial compressive forces during the operation of the engine.
Задачей предлагаемого изобретения является обеспечение максимально допустимого коэффициента объемного заполнения камеры сгорания ракетного двигателя, имеющей произвольную геометрию, при возможности получения прогрессивного либо нейтрального закона изменения тяги двигателя с вкладным зарядом всестороннего горения, работоспособного в широком температурном диапазоне применения при допустимых разбросах выходных характеристик с высокой надежностью.The objective of the invention is to provide the maximum allowable coefficient of volumetric filling of the combustion chamber of a rocket engine having an arbitrary geometry, with the possibility of obtaining a progressive or neutral law of change in engine thrust with an all-round burning charge, operable in a wide temperature range of application with allowable variations in output characteristics with high reliability.
Поставленная задача достигается тем, что в ракетном двигателе твердого топлива, состоящем из камеры сгорания с размещенным в ней зарядом твердого топлива, закрепленным с помощью опорных решеток, соплового блока и воспламенителя, в отличие от прототипа, заряд выполнен в виде шашки всестороннего горения, состоящей из концентрично расположенных колец, соединенных между собой радиальными перемычками, толщина которых равна толщине колец, при этом выполняется условиеThis object is achieved by the fact that in a rocket engine of solid fuel, consisting of a combustion chamber with a solid fuel charge placed in it, fixed with support grids, a nozzle block and an igniter, in contrast to the prototype, the charge is made in the form of a comprehensive combustion checker, consisting of concentrically arranged rings interconnected by radial bridges, the thickness of which is equal to the thickness of the rings, while the condition
гдеWhere
- суммарная площадь критического сечения соплового блока; - total critical area of the nozzle block;
- суммарная начальная площадь горящей поверхности заряда; - total initial area of the burning surface of the charge;
- начальная площадь горящей поверхности внутреннего канала, каналов между кольцами и наружной поверхности соответственно; - the initial area of the burning surface of the inner channel, the channels between the rings and the outer surface, respectively;
- начальная проходная площадь внутреннего канала, каналов между кольцами и между наружной поверхностью заряда и стенкой камеры сгорания соответственно; - the initial passage area of the inner channel, the channels between the rings and between the outer surface of the charge and the wall of the combustion chamber, respectively;
q(λ)доп - экспериментальное значение допустимой величины относительного расхода для применяемого в заряде топлива, определяемое экспериментально с помощью стендовых установок, на внутренней поверхности центрального кольца заряда могут быть выполнены выступы.q (λ) add - the experimental value of the allowable relative flow rate for the fuel used in the charge, determined experimentally with the help of bench installations, protrusions can be made on the inner surface of the central charge ring.
Совокупность конструктивных элементов, их взаимное расположение и наличие оптимальных соотношений их геометрических размеров позволяет:The combination of structural elements, their mutual arrangement and the presence of optimal ratios of their geometric dimensions allows you to:
- реализовать величину коэффициента объемного заполнения цилиндрической камеры сгорания 0,70-0,75 (заряд занимает 70-75% свободного объема камеры сгорания двигателя), цилиндроконической камеры сгорания - не менее 0,60-0,70 (заряд занимает 60-70% свободного объема камеры сгорания двигателя, т.к. конический участок камеры занимают радиальные перемычки). Увеличение количества перемычек между кольцами ведет к увеличению коэффициента объемного заполнения. Выполнение на внутренней поверхности центрального кольца заряда выступов также позволяет повысить величину коэффициента объемного заполнения камеры сгорания;- realize the value of the coefficient of volumetric filling of the cylindrical combustion chamber 0.70-0.75 (the charge occupies 70-75% of the free volume of the combustion chamber of the engine), cylinder-conical combustion chamber - not less than 0.60-0.70 (the charge takes 60-70% free volume of the combustion chamber of the engine, since the conical section of the chamber is occupied by radial jumpers). An increase in the number of jumpers between the rings leads to an increase in the volumetric filling coefficient. The execution on the inner surface of the Central ring of the charge of the protrusions also allows you to increase the coefficient of volumetric filling of the combustion chamber;
- обеспечить возможность получения прогрессивного характера изменения тяги для двигателя с цилиндрической камерой сгорания. При этом необходимая степень прогрессивности обеспечивается выбором количества перемычек между кольцами (с увеличением количества перемычек прогрессивность возрастает). Постоянство тяги во время работы двигателя может быть обеспечено за счет конической заточки на наружной поверхности заряда. Таким образом, степень прогрессивности тяги двигателя регулируется количеством перемычек, а также длиной и углом заточки на наружной поверхности заряда. Уменьшение степени прогрессивности может быть достигнуто также за счет выполнения на внутренней поверхности центрального кольца заряда выступов;- to provide the possibility of obtaining a progressive nature of the change in traction for an engine with a cylindrical combustion chamber. In this case, the necessary degree of progressivity is provided by the choice of the number of jumpers between the rings (with an increase in the number of jumpers, progressiveness increases). Traction constancy during engine operation can be ensured by conical sharpening on the outer surface of the charge. Thus, the degree of progressiveness of the engine thrust is governed by the number of jumpers, as well as the length and angle of sharpening on the outer surface of the charge. A decrease in the degree of progressivity can also be achieved by performing protrusions on the inner surface of the central ring of the charge;
- обеспечить работоспособность в широком температурном диапазоне применения при допустимых разбросах выходных характеристик двигателя с высокой надежностью за счет выполнения соотношения между площадями горящих поверхностей и проходных сечений. Выполнение указанного соотношения позволяет реализовать безэрозионный режим горения топлива в каналах заряда, так как при этом максимальная скорость потока над горящей поверхностью может реализоваться только в кольцевом зазоре между наружной поверхностью заряда и стенкой камеры сгорания. Так как доля наружной поверхности в общей поверхности горения незначительна, то даже при наличии эрозионного горения (превышении допустимого значения q(λ)доп) в зазоре между наружной поверхностью заряда и стенкой камеры сгорания возможные разбросы давления не приведут к недопустимым отклонениям выходных характеристик двигателя. При нарушении указанного соотношения возможно возникновение эрозионного горения топлива во внутренних каналах заряда, доля поверхности которых в общей поверхности горения превышает долю наружной поверхности. Это может привести к нерасчетному повышению давления, неодновременности сгорания заряда по длине и радиусу и в конечном итоге либо к разрушению заряда и двигателя, либо к недопустимым отклонениям выходных характеристик двигателя. При реализации указанного соотношения между площадями горящих поверхностей и проходных сечений в процессе работы на заряд воздействует радиальный перепад давления, направленный от оси двигателя, что обеспечивает оптимальный прочностный режим работы заряда. Растягивающие напряжения передаются перемычками на наружное кольцо и так как давление в каналах между кольцами и кольцевом зазоре ниже, чем во внутреннем канале заряда, отсутствуют сжимающие усилия на внешнее кольцо на участках между перемычками;- to ensure operability in a wide temperature range of application with allowable variations in the output characteristics of the engine with high reliability due to the fulfillment of the ratio between the areas of burning surfaces and passage sections. Fulfillment of the indicated ratio allows implementing a non-erosive regime of fuel combustion in the charge channels, since in this case the maximum flow rate above the burning surface can be realized only in the annular gap between the outer surface of the charge and the wall of the combustion chamber. Since the fraction of the outer surface in the total combustion surface is insignificant, even in the presence of erosive combustion (exceeding the permissible value q (λ) add ) in the gap between the outer surface of the charge and the wall of the combustion chamber, possible pressure variations will not lead to unacceptable deviations of the engine output characteristics. If this ratio is violated, erosive combustion of the fuel may occur in the internal charge channels, the surface fraction of which in the total combustion surface exceeds the fraction of the outer surface. This can lead to an off-design pressure increase, to the non-simultaneous combustion of the charge along the length and radius, and ultimately to either the destruction of the charge and the engine, or to unacceptable deviations of the output characteristics of the engine. When implementing the specified ratio between the areas of the burning surfaces and the cross-sections during operation, the charge is affected by a radial pressure drop directed from the axis of the engine, which ensures the optimal strength mode of charge operation. Tensile stresses are transferred by jumpers to the outer ring and since the pressure in the channels between the rings and the annular gap is lower than in the internal charge channel, there is no compressive force on the outer ring in the areas between the jumpers;
- исключить образование пороховой стружки в камере за счет возможности конструктивного исполнения опорных решеток с ограничителями вращения заряда, входящими в часть каналов заряда, и исключить тем самым недопустимое повышение давления при срабатывании двигателя.- to exclude the formation of powder chips in the chamber due to the possibility of constructive design of support grids with limiters of rotation of the charge included in part of the charge channels, and thereby eliminate an unacceptable increase in pressure when the engine is triggered.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется графическими материалами, где на фиг.1, 2, представлена конструкция двигателя с цилиндрической камерой сгорания, на фиг.3, 4 - конструкция двигателя с цилиндроконической камерой сгорания, с опорной решеткой, выполненной с ограничителями вращения заряда, входящими в часть каналов заряда, на фиг.5 представлены зависимости степени прогрессивности S/S0 и коэффициента объемного заполнения камеры двигателя Δw от конструктивного исполнения предлагаемого заряда - количества перемычек n.The essence of the invention is illustrated by graphic materials, where Figs. 1, 2 show the design of an engine with a cylindrical combustion chamber, Figs. 3, 4 show a design of an engine with a cylindrical combustion chamber, with a support grid made with charge rotation limiters included in the part charge channels, figure 5 presents the dependence of the degree of progressivity S / S 0 and the volumetric coefficient of the engine chamber Δ w on the design of the proposed charge - the number of jumpers n.
Предлагаемый двигатель включает камеру сгорания 1 с размещенным в ней зарядом твердого топлива 2, переднюю 3 и заднюю 4 опорные решетки, сопловой блок 5 и воспламенитель 6. Наружное кольцо 7 соединено с внутренним кольцом заряда 8 радиальными перемычками 9. На задней опорной решетке могут быть выполнены ограничители вращения заряда 13 входящими в часть каналов заряда, а на внутренней поверхности центрального кольца 8 заряда 2 могут быть выполнены выступы 14. Толщины внутреннего 8, наружного 7 колец h и перемычек 9 равны.The proposed engine includes a
Заряд 2 может быть изготовлен из существующих баллиститных твердых ракетных топлив с использованием типовых технологических процессов.
Возможность изготовления заряда из баллиститных твердых топлив с количеством колец более двух ограничено требованиями по допустимому уровню разбросов выходных характеристик двигателя. При количестве колец более двух иглы инструмента, формирующие каналы между кольцами, должны иметь большой вылет на пилонах относительно наружной или внутренней формообразующих поверхностей. В результате снижается жесткость пилонов и возможны колебания игл при прессовании, что приводит к недопустимой разнотолщинности колец и перемычек и к недопустимому увеличению разбросов выходных характеристик двигателя. Кроме того, при количестве колец более двух трудно обеспечить постоянство характеристик топлива в заряде в радиальном направлении, так как кольца разного уровня будут прессоваться с разным усилием.The possibility of producing a charge from ballistic solid fuels with more than two rings is limited by the requirements for the permissible level of variation in the output characteristics of the engine. When the number of rings is more than two tool needles, the channels forming between the rings should have a large overhang on the pylons relative to the outer or inner forming surfaces. As a result, the stiffness of the pylons decreases and needle oscillations are possible during pressing, which leads to unacceptable thickness variations of the rings and jumpers and to an unacceptable increase in the dispersion of the output characteristics of the engine. In addition, when the number of rings is more than two, it is difficult to ensure constant fuel characteristics in the charge in the radial direction, since rings of different levels will be pressed with different forces.
Функционирование предложенного двигателя осуществляется следующим образом. После срабатывания воспламенителя 6 происходит зажжение заряда 2, размещенного в камере сгорания 1. Продукты сгорания топлива с поверхности заряда, проходя через внутренний канал 10, каналы между кольцами 11 и кольцевой зазор между зарядом и стенками камеры сгорания 12, истекают через сопло 5, создавая тягу, характер изменения которой определяется степенью прогрессивности заряда (количеством перемычек).The functioning of the proposed engine is as follows. After the operation of the
Предложенное выполнение ракетного двигателя твердого топлива позволит обеспечить максимальный коэффициент объемного заполнения камеры сгорания ракетного двигателя, имеющей произвольную геометрию, при возможности получения прогрессивного либо нейтрального закона изменения тяги двигателя с вкладным зарядом всестороннего горения, работоспособного в широком температурном диапазоне применения при допустимых разбросах выходных характеристик с высокой надежностью.The proposed implementation of a solid fuel rocket engine will allow for a maximum volumetric coefficient of the combustion chamber of a rocket engine with an arbitrary geometry, if it is possible to obtain a progressive or neutral law of change in engine thrust with an all-round burning charge, operable in a wide temperature range of application with allowable variations in output characteristics with high reliability.
Источник информации.Sourse of information.
1. Основы устройства и конструирования летательных аппаратов. В.Н.Новиков, Б.М. Авхимович, В.Е.Вейтин - М.: Машиностроение, 1991 г, стр.119.1. Fundamentals of the design and construction of aircraft. V.N. Novikov, B.M. Avkhimovich, V.E. Veitin - M.: Mechanical Engineering, 1991, p. 119.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003134978/06A RU2265746C2 (en) | 2003-12-02 | 2003-12-02 | Solid-propellant rocket engine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003134978/06A RU2265746C2 (en) | 2003-12-02 | 2003-12-02 | Solid-propellant rocket engine |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2003134978A RU2003134978A (en) | 2005-05-20 |
RU2265746C2 true RU2265746C2 (en) | 2005-12-10 |
Family
ID=35820125
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2003134978/06A RU2265746C2 (en) | 2003-12-02 | 2003-12-02 | Solid-propellant rocket engine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2265746C2 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2476707C1 (en) * | 2011-11-18 | 2013-02-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт химии и механики" (ФГУП "ЦНИИХМ") | Charge with igniter for small-size rocket booster engine |
CN107956599A (en) * | 2017-12-15 | 2018-04-24 | 江西洪都航空工业集团有限责任公司 | A kind of tube grain fires face structure |
CN111852689A (en) * | 2020-08-07 | 2020-10-30 | 西安近代化学研究所 | Ejection engine |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111022215B (en) * | 2019-11-15 | 2021-09-07 | 上海新力动力设备研究所 | Line light spot scanning type laser chemical micro-thruster |
CN112983676B (en) * | 2021-03-31 | 2023-06-13 | 西北工业大学 | Solid rocket engine combustion chamber grain |
-
2003
- 2003-12-02 RU RU2003134978/06A patent/RU2265746C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2476707C1 (en) * | 2011-11-18 | 2013-02-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт химии и механики" (ФГУП "ЦНИИХМ") | Charge with igniter for small-size rocket booster engine |
CN107956599A (en) * | 2017-12-15 | 2018-04-24 | 江西洪都航空工业集团有限责任公司 | A kind of tube grain fires face structure |
CN111852689A (en) * | 2020-08-07 | 2020-10-30 | 西安近代化学研究所 | Ejection engine |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2003134978A (en) | 2005-05-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US3088273A (en) | Solid propellant rocket | |
EP1342981B9 (en) | Gun-launched rocket | |
EP2281114B1 (en) | Rocket motor with pellet and bulk solid propellants | |
US3256819A (en) | Gas generator | |
US6619029B2 (en) | Rocket motors with insensitive munitions systems | |
US2853946A (en) | Rockets | |
RU2265746C2 (en) | Solid-propellant rocket engine | |
RU2403428C1 (en) | Solid propellant rocket engine | |
RU2725118C1 (en) | Channel charge of mixed solid-propellant rocket fuel connected with housing | |
RU2461728C2 (en) | Solid-propellant rocket engine | |
RU2374480C2 (en) | Mixed rocket propellant charge and method of its production | |
RU2377431C2 (en) | Solid propellant ascent engine | |
RU2263811C2 (en) | Solid-propellant rocket engine | |
RU2372513C1 (en) | Rocket engine nozzle plug | |
RU2758016C1 (en) | Rocket part | |
RU2220311C1 (en) | Solid propellant rocket charge | |
RU2211351C1 (en) | Composite solid-propellant rocket engine | |
RU2727116C1 (en) | Solid fuel rocket engine | |
US2850975A (en) | Acceleration pressurized bi-propellant liquid fuel rocket | |
RU2322603C1 (en) | Solid-propellant charge | |
RU2783054C1 (en) | Dual-mode solid propellant rocket engine | |
RU2150599C1 (en) | Solid-propellant charge | |
Kentgens et al. | Short‐Action Solid Rocket Motors with Double‐Base Propellants | |
RU2211352C1 (en) | Solid-propellant charge for rocket engine of guided missile | |
RU2102623C1 (en) | Solid-propellant rocket engine |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20071203 |