RU2326260C2 - Charge molded within solid-fuel rocket engine case - Google Patents
Charge molded within solid-fuel rocket engine case Download PDFInfo
- Publication number
- RU2326260C2 RU2326260C2 RU2006127101/06A RU2006127101A RU2326260C2 RU 2326260 C2 RU2326260 C2 RU 2326260C2 RU 2006127101/06 A RU2006127101/06 A RU 2006127101/06A RU 2006127101 A RU2006127101 A RU 2006127101A RU 2326260 C2 RU2326260 C2 RU 2326260C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- charge
- channel
- combustion
- solid
- surface area
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Solid Fuels And Fuel-Associated Substances (AREA)
- Solid-Fuel Combustion (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к ракетной технике. Объектом изобретения является заряд, скрепленный с корпусом (ЗСК) ракетного двигателя твердого топлива (РДТТ). Его можно использовать в РДТТ с разгорающимся критическим сечением сопла.The invention relates to rocket technology. The object of the invention is a charge bonded to the housing (ZSC) of a solid fuel rocket engine (solid propellant rocket engine). It can be used in solid propellant rocket engines with flaring up critical nozzle section.
При проектировании РДТТ стремятся получать постоянную, практически не зависящую от времени диаграмму тяги P(t) (так называемую П-образную зависимость), позволяющую реализовать максимальное значение КПД двигателя. Известны цилиндрические ЗСК, горящие по торцу цилиндра (см. М.Баррер, А.Жомотт и др. Ракетные двигатели. Оборонгиз, М., 1962., стр.298-303 [1]), в которых реализуется постоянная диаграмма тяги. К недостаткам таких ЗСК можно отнести относительно низкое значение тяги, из-за малой поверхности горения заряда и значительный пассивный вес теплозащитного покрытия, необходимого для исключения интенсивного нагрева стенок камеры сгорания. Кроме того, для таких ЗСК характерны существенные перемещения центра тяжести двигателя во время горения.During the design, solid propellant motors tend to obtain a constant, practically time-independent thrust diagram P (t) (the so-called U-shaped dependence), which allows to realize the maximum value of engine efficiency. Known cylindrical ZSK burning at the end of the cylinder (see M. Barrer, A. Zhomott and other rocket engines. Oborongiz, M., 1962., pp. 298-303 [1]), in which a constant diagram of thrust is implemented. The disadvantages of such ZSKs include the relatively low thrust value, due to the small surface of the charge burning and the significant passive weight of the heat-shielding coating, which is necessary to exclude intense heating of the walls of the combustion chamber. In addition, for such ZSKs, significant displacements of the center of gravity of the engine during combustion are characteristic.
К аналогам также можно отнести цилиндрические канальные ЗСК, в которых горение происходит от канала к стенке корпуса (см. Ю.М.Милехин, А.Н.Ключников, В.И.Калашников и др. «Заряд, скрепленный с корпусом РДТТ». Патент РФ, №2192554 от 10.11.2002 г. [2] и В.И.Цуцуран, Н.В.Петрухин, С.А.Гусев «Военно-технический анализ состояния и перспективы развития ракетных топлив». Министерство обороны РФ, Москва, 1999 г., стр.321-325 [3]). Эти ЗСК частично лишены вышеуказанных недостатков. Как правило, канальные заряды горят прогрессивно, поэтому для получения постоянной диаграммы тяги в таких зарядах увеличивают начальную площадь поверхности горения с применением различных компенсирующих углублений и выемок в канале заряда. Однако заполнение твердым топливом корпуса РДТТ (характеризуемое коэффициентом объемного заполнения Коб=Vзар/Vкорп, где Vзар и Vкорп объемы, занимаемые зарядом и корпусом соответственно) остается небольшим (Коб=0,8...0,9), что в целом снижает массовое совершенство РДТТ.Analogs also include cylindrical channel ZSKs, in which combustion occurs from the channel to the body wall (see Yu.M. Milekhin, A.N. Klyuchnikov, V.I. Kalashnikov, and others. "Charge bonded to the solid-propellant rocket hull". RF patent, No. 2192554 dated November 10, 2002 [2] and V.I. Tsutsuran, N.V. Petrukhin, S.A. Gusev “Military-technical analysis of the state and prospects of development of rocket fuels.” Ministry of Defense of the Russian Federation, Moscow , 1999, pp. 321-325 [3]). These KYCs are partially devoid of the above disadvantages. As a rule, channel charges burn progressively, therefore, to obtain a constant traction diagram in such charges, the initial combustion surface area is increased using various compensating recesses and recesses in the charge channel. However, solid propellant filling of the solid propellant solid propellant body (characterized by the volumetric filling coefficient Kob = Vzar / Vcorp, where Vzar and Vcorp are the volumes occupied by the charge and the casing, respectively) remains small (Cob = 0.8 ... 0.9), which generally reduces the mass perfection of solid propellant rocket motors.
Наиболее близким к данному изобретению принят телескопический заряд (см. В.И.Цуцуран, Н.В.Петрухин, С.А.Гусев «Военно-технический анализ состояния и перспективы развития ракетных топлив». Министерство обороны РФ, Москва, 1999 г., стр.321-325), выбранный в качестве прототипа. Выбор обусловлен тем, что такой заряд может обеспечивать постоянство диаграммы тяги P(t) при постоянном критическом сечении сопла. Однако в настоящее время часто используются разгораемые сопла, которые дешевле обычных и применяются в РДТТ с высокотемпературными продуктами сгорания, способными размывать любые современные жаропрочные материалы, из которых изготавливаются критические сечения сопел. Поэтому применение прототипа не позволяет решить проблему постоянства тяги для РДТТ с разгорающимся во время работы критическим сечением сопла. Кроме того, в таких ЗСК реализуется недостаточно большой коэффициент Коб=0,84 [3]. Массовое совершенство такого заряда также невелико из-за большой массы теплозащитного покрытия, необходимого для защиты корпуса. Для обеспечения концентричного крепления внутреннего телескопического элемента в таких зарядах используют центральный пассивный стержень или сопловые решетки, наличие которых также увеличивает пассивную массу РДТТ. Для удлиненных телескопических зарядов к концу горения имеют место разрушения из-за тонкого остаточного свода горения и потери импульса тяги, вызванные вылетом осколков заряда за пределы сопла.The telescopic charge was adopted closest to this invention (see V.I. Tsutsuran, N.V. Petrukhin, S.A. Gusev “Military-technical analysis of the state and prospects of development of rocket fuels.” Ministry of Defense of the Russian Federation, Moscow, 1999 , p. 321-325), selected as a prototype. The choice is due to the fact that such a charge can provide a constant thrust diagram P (t) at a constant critical nozzle section. However, flammable nozzles are often used today, which are cheaper than conventional nozzles and are used in solid propellant rocket motors with high-temperature combustion products that can erode any modern heat-resistant materials from which critical nozzle sections are made. Therefore, the use of the prototype does not allow to solve the problem of constancy of thrust for solid propellant rocket engines with a critical nozzle section flaring up during operation. In addition, an insufficiently large coefficient Kob = 0.84 [3] is realized in such ZSKs. The mass excellence of such a charge is also small due to the large mass of heat-protective coating necessary to protect the case. To ensure concentric fastening of the internal telescopic element in such charges, a central passive rod or nozzle arrays are used, the presence of which also increases the passive mass of solid propellant rocket motors. For elongated telescopic charges, destruction occurs due to a thin residual burning arch and loss of traction impulse due to the escape of charge fragments beyond the nozzle by the end of combustion.
Технической задачей изобретения является создание ЗСК, который можно использовать в РДТТ с разгорающимся критическим сечением сопла. В таком РДТТ должна быть обеспечена практически постоянная кривая тяги P(t), исключена возможность разрушений заряда в конце горения и использована минимально возможная пассивная масса теплозащитного покрытия. При этом будет обеспечен более высокий коэффициент заполнения корпуса топливом по сравнению с прототипом.An object of the invention is the creation of a ZKS, which can be used in solid propellant rocket engines with flaring critical section of the nozzle. In such a solid propellant rocket motor an almost constant thrust curve P (t) should be provided, the possibility of charge destruction at the end of combustion should be excluded, and the minimum possible passive mass of the heat-shielding coating should be used. This will provide a higher fill factor of the housing with fuel compared to the prototype.
Поставленная задача решается тем, что в заряде, скрепленном с корпусом ракетного двигателя твердого топлива, содержащем топливный элемент (ТЭ), концентрически расположенным в канале заряда, ТЭ изготовлен в виде цилиндра, консольно закрепленного в донной части канала. ТЭ дополнительно крепится к каналу заряда с помощью продольных перемычек из твердого топлива, имеющих ширину больше или равную удвоенному своду горения ТЭ. В торце ТЭ концентрически выполнена выточка глубиной до половины длины ТЭ. В районе сопловой части канала ЗСК выполнены радиальные, равномерно расположенные по окружности канала конусообразные углубления такого размера, что начальная площадь Sнач поверхности горения ЗСК не превышает средней площади поверхности горения Scp за полное время работы.The problem is solved in that in a charge bonded to a solid fuel rocket engine housing containing a fuel cell (TE) concentrically located in the charge channel, the TE is made in the form of a cylinder cantilevered in the bottom of the channel. The fuel cell is additionally attached to the charge channel using longitudinal jumpers made of solid fuel having a width greater than or equal to twice the arch of the fuel cell. At the end of the FC, a recess is made concentrically with a depth of up to half the length of the FC. In the area of the nozzle part of the ZSC channel, there are made radial cone-shaped recesses uniformly located around the channel circumference of such a size that the initial area S of the combustion surface of the ZSC does not exceed the average burning surface area Scp for the entire operating time.
Отличительные признаки изобретения позволяют реализовать следующие преимущества перед прототипом. ТЭ изготовлен в виде консольно закрепленного цилиндра в донной части канала и дополнительно крепится к каналу заряда с помощью продольных перемычек из твердого топлива. Такое изготовление позволяет отказаться от крепления ТЭ с использованием центрального пассивного стержня или сопловой решетки, увеличивающих пассивную массу РДТТ. Использование консольного закрепления ТЭ и дополнительных крепящих продольных перемычек позволяет получить высокую степень заполнения корпуса топливом по сравнению с прототипом. Кроме того, наличие дополнительного крепления ТЭ перемычками из твердого топлива, выгорающими дегрессивно, позволяет снизить прогрессивный рост во времени кривой тяги P(t). Ширина этих перемычек, больше или равная удвоенному своду горения ТЭ, позволяет удерживать ТЭ в первоначальном положении до конца горения ТЭ. В момент выгорания ТЭ на зависимости тяги P(t) реализуется пик тяги, превышающий максимальное значение тяги за время работы РДТТ. Поэтому в торце ТЭ концентрически выполнена выточка глубиной до половины длины ТЭ. Горение топлива в этой выточке позволяет почти в два раза снизить площадь поверхности горения ТЭ в этот момент и соответственно снизить максимальное значение пика P(t) в момент полного выгорания ТЭ. Глубина выточки не превышает половины длины ТЭ. В противном случае к концу горения ТЭ может изменить свое первоначальное концентрическое расположение относительно оси РДТТ и разрушиться. В районе сопловой части канала ЗСК выполнены радиальные, равномерно расположенные по окружности канала, конусообразные углубления. Они увеличивают начальную площадь Sнач поверхности горения ЗСК. Изготовление конусообразных углублений технологически намного проще изготовления кольцевых проточек или углублений другой формы. Кроме того, при одинаковой дополнительной начальной площади конусообразные углубления обеспечивают больший коэффициент заполнения корпуса. В данной конструкции этот коэффициент составляет Коб=0,93...096, вместо Коб=0.84 в прототипе. При этом значение начальной площади Sнач поверхности горения ЗСК не превышает средней площади поверхности горения Scp, рассчитанной за полное время работы ЗСК, и выбирается в зависимости от скорости разгара критического сечения сопла. В этом случае зависимость поверхности горения от времени при работе РДТТ становится прогрессивной, что компенсируется увеличением критического сечения сопла, и этим достигается приблизительно постоянная зависимость тяги от времени P(t). Таким образом, предлагаемый ЗСК позволяет использовать более дешевые и надежные разгораемые сопла. Описанные выше отличительные признаки увеличивают прочность и работоспособность ЗСК.Distinctive features of the invention allow to realize the following advantages over the prototype. The fuel cell is made in the form of a cantilever fixed cylinder in the bottom of the channel and is additionally attached to the charge channel using longitudinal jumpers made of solid fuel. Such a manufacture makes it possible to refuse to attach a fuel cell using a central passive rod or nozzle array, which increase the passive mass of a solid propellant rocket motor. The use of cantilever mounting TE and additional fastening longitudinal jumpers allows you to get a high degree of filling the body with fuel compared to the prototype. In addition, the presence of additional fastening of the fuel cells with jumpers made of solid fuel, which burn out degressively, can reduce the progressive increase in the thrust curve P (t) over time. The width of these jumpers, greater than or equal to twice the arch of combustion of the fuel cell, allows you to keep the fuel cell in its original position until the end of the combustion of the fuel cell. At the moment of fuel cell burnup, the thrust peak is realized on the thrust dependence P (t), exceeding the maximum thrust value during the operation of the solid propellant rocket motor. Therefore, in the end face of the fuel cell, a recess is made concentrically with a depth of up to half the length of the fuel cell. The combustion of fuel in this undercut allows one to almost halve the surface area of the fuel cell burning at this moment and, accordingly, reduce the maximum value of the peak P (t) at the time of complete burnout of the fuel cell. The depth of the undercut does not exceed half the length of the fuel cell. Otherwise, by the end of combustion, the fuel cell can change its initial concentric location relative to the axis of the solid propellant rocket engine and collapse. In the region of the nozzle part of the ZSC channel, conical recesses are made radially uniformly spaced around the channel circumference. They increase the initial area S beginning of the combustion surface of the KSK. The manufacture of cone-shaped recesses is technologically much simpler than the manufacture of annular grooves or recesses of another shape. In addition, with the same additional initial area, the cone-shaped recesses provide a larger fill factor of the housing. In this design, this coefficient is Kob = 0.93 ... 096, instead of Kob = 0.84 in the prototype. In this case, the value of the initial area S of the combustion surface of the ZSC does not exceed the average surface area of the combustion Scp calculated for the total operating time of the ZSC and is selected depending on the rate of burning of the critical section of the nozzle. In this case, the dependence of the burning surface on time during operation of the solid propellant rocket motor becomes progressive, which is compensated by an increase in the critical section of the nozzle, and this achieves an approximately constant dependence of the thrust on time P (t). Thus, the proposed ZSK allows the use of cheaper and more reliable flammable nozzles. The distinguishing features described above increase the strength and performance of the KSK.
На Фиг.1 показан общий вид ЗСК в составе РДТТ с разгорающимся соплом 5. Заряд из твердого топлива 1 скреплен с корпусом типа «кокон», облицованным изнутри теплозащитным покрытием 8. Топливный элемент (ТЭ) 2 дополнительно крепится к каналу заряда 4 с помощью продольных перемычек 7 из твердого топлива. В торце ТЭ концентрически выполнена выточка 3. В районе сопловой части канала ЗСК выполнены радиальные равномерно расположенные по окружности конусообразные углубления 6.Figure 1 shows a General view of the KCC in the composition of the solid propellant rocket engine with a flaring nozzle 5. The charge of solid fuel 1 is bonded to the housing type "cocoon", lined with a heat-insulating coating 8. The fuel cell (TE) 2 is additionally attached to the charge channel 4 using longitudinal jumpers 7 made of solid fuel. A recess 3 is made concentrically in the end face of the fuel cell. In the region of the nozzle part of the ZSK channel, conical recesses 6 are radially uniformly spaced around the circumference.
Работа ЗСК показана на следующем примере. В корпусе типа «кокон» твердое топливо 1 прикрывает большую часть внутренней поверхности корпуса, что обеспечивает стойкость к прогарам стенок корпуса при минимально возможной массе теплозащитного покрытия 8 и увеличивает коэффициент заполнения корпуса. Размеры ТЭ и конусообразных радиальных углублений 6, в районе сопловой части канала 4, выбраны так, что начальная площадь поверхности горения Sнач составляет 80% от средней поверхности горения Scp за полное время работы. ЗСК работает следующим образом. После срабатывания воспламенителя заряд загорается и его поверхность горения начинает увеличиваться. На Фиг.2 показаны графики изменений тяги P(t) при работе ЗСК с концентрической выточкой 3 в торце ТЭ, глубина которой равна половине длины ТЭ (сплошная линия), и без такой выточки (пунктир). Реализуется прогрессивная зависимость поверхности от свода горения, которая частично компенсируется увеличением критического сечения разгораемого сопла. Этим достигается близкая к П-образной зависимость тяги от времени P(t). Когда свод горения в районе выточки смыкается, то происходит исчезновение части поверхности горения ТЭ. После этого в момент выгорания ТЭ реализуется пик тяги, существенно меньший по сравнению с пиком на кривой P(t) при отсутствии выточки.The operation of the KYC is shown in the following example. In the case of the type "cocoon" solid fuel 1 covers most of the inner surface of the body, which provides resistance to burnout of the walls of the body with the smallest possible mass of heat-protective coating 8 and increases the fill factor of the body. The dimensions of the FC and cone-shaped radial recesses 6, in the region of the nozzle part of the channel 4, are selected so that the initial combustion surface area Sstart is 80% of the average burning surface Scp for the entire operating time. KYC works as follows. After the igniter is activated, the charge ignites and its combustion surface begins to increase. Figure 2 shows the graphs of changes in thrust P (t) during operation of the ZSK with a concentric groove 3 in the end face of the fuel cell, the depth of which is half the length of the fuel cell (solid line), and without such a groove (dashed line). A progressive dependence of the surface on the arch of combustion is realized, which is partially offset by an increase in the critical section of the flammable nozzle. This achieves a close to U-shaped dependence of thrust on time P (t). When the combustion arch closes in the undercut area, part of the combustion surface of the fuel cell disappears. After that, at the moment of burning out of the fuel cell, the peak of traction is realized, which is significantly lower than the peak in the curve P (t) in the absence of undercut.
С использованием описанных технических решений были спроектированы, изготовлены и испытаны ЗСК в составе крупногабаритных РДТТ с разгораемыми соплами. Огневые стендовые испытания этих РДТТ прошли с положительным результатом и подтвердили работоспособность выбранной конструкции ЗСК.Using the described technical solutions, ZSKs were designed, manufactured and tested as part of large-size solid propellant rocket engines with flammable nozzles. The fire bench tests of these solid propellant rocket engines passed with a positive result and confirmed the operability of the selected design of the ZSK.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006127101/06A RU2326260C2 (en) | 2006-07-26 | 2006-07-26 | Charge molded within solid-fuel rocket engine case |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006127101/06A RU2326260C2 (en) | 2006-07-26 | 2006-07-26 | Charge molded within solid-fuel rocket engine case |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2006127101A RU2006127101A (en) | 2008-02-10 |
RU2326260C2 true RU2326260C2 (en) | 2008-06-10 |
Family
ID=39265617
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2006127101/06A RU2326260C2 (en) | 2006-07-26 | 2006-07-26 | Charge molded within solid-fuel rocket engine case |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2326260C2 (en) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2517469C2 (en) * | 2012-07-11 | 2014-05-27 | Николай Евгеньевич Староверов | Staroverov's rocket engine 13 |
RU2527280C1 (en) * | 2013-07-02 | 2014-08-27 | Открытое акционерное общество "Федеральный научно-производственный центр "Алтай" | Solid propellant rocket engine |
RU2570991C1 (en) * | 2014-06-26 | 2015-12-20 | Николай Евгеньевич Староверов | STAROVEROV'S ROCKET ENGINE-13a |
RU2644804C1 (en) * | 2016-10-24 | 2018-02-14 | Борис Сергеевич Ермолаев | Small-pulse impulse rpre working in the low-speed detonation mode |
CN110617160A (en) * | 2019-08-30 | 2019-12-27 | 南京理工大学 | Step type combustion chamber and inner wall of engine without spray pipe |
RU2711328C1 (en) * | 2018-11-15 | 2020-01-16 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Федеральный центр двойных технологий "Союз" (ФГУП "ФЦДТ "Союз") | Charge rocket engine for de-mining charge |
-
2006
- 2006-07-26 RU RU2006127101/06A patent/RU2326260C2/en active
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2517469C2 (en) * | 2012-07-11 | 2014-05-27 | Николай Евгеньевич Староверов | Staroverov's rocket engine 13 |
RU2527280C1 (en) * | 2013-07-02 | 2014-08-27 | Открытое акционерное общество "Федеральный научно-производственный центр "Алтай" | Solid propellant rocket engine |
RU2570991C1 (en) * | 2014-06-26 | 2015-12-20 | Николай Евгеньевич Староверов | STAROVEROV'S ROCKET ENGINE-13a |
RU2644804C1 (en) * | 2016-10-24 | 2018-02-14 | Борис Сергеевич Ермолаев | Small-pulse impulse rpre working in the low-speed detonation mode |
RU2711328C1 (en) * | 2018-11-15 | 2020-01-16 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Федеральный центр двойных технологий "Союз" (ФГУП "ФЦДТ "Союз") | Charge rocket engine for de-mining charge |
CN110617160A (en) * | 2019-08-30 | 2019-12-27 | 南京理工大学 | Step type combustion chamber and inner wall of engine without spray pipe |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2006127101A (en) | 2008-02-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2326260C2 (en) | Charge molded within solid-fuel rocket engine case | |
RU2312999C1 (en) | Solid-propellant rocket engine | |
RU2383764C1 (en) | Solid propellant rocket engine | |
RU2461728C2 (en) | Solid-propellant rocket engine | |
RU2298110C2 (en) | Solid-propellant rocket engine | |
RU2382222C1 (en) | Rocket projectile pulsed micro engine | |
RU2422663C1 (en) | Solid-propellant rocket engine | |
RU2675983C1 (en) | Cumulative-high-explosive charge engine | |
RU2351788C1 (en) | Guided missile solid-propellant rocket engine, solid propellant igniter and rocket engine nozzle assembly | |
RU2133864C1 (en) | Solid-propellant rocket engine | |
RU2743670C1 (en) | Rocket engine of solid fuel with two modes of consumption of combustion products | |
RU2317433C1 (en) | Solid-propellant rocket engine | |
RU2783054C1 (en) | Dual-mode solid propellant rocket engine | |
RU2690472C1 (en) | Solid-propellant charge for starting jet engines | |
RU2313685C1 (en) | Solid-propellant rocket engine | |
RU2308608C1 (en) | Solid-propellant rocket engine | |
RU2322604C2 (en) | Solid-propellant rocket engine | |
RU2724629C1 (en) | Armor-piercing active-jet projectile | |
RU2003134978A (en) | SOLID FUEL ROCKET ENGINE | |
RU2727116C1 (en) | Solid fuel rocket engine | |
RU2251627C1 (en) | Solid-propellant charge connected to housing of impulse engine | |
RU2251628C1 (en) | Solid-propellant impulse rocket engine | |
RU2276768C2 (en) | Artillery fixed round | |
RU2810847C1 (en) | Liquid rocket engine chamber | |
RU2493400C1 (en) | Composite solid propellant charge |