RU2415290C1 - Ignition device of sample of solid rocket propellant, and ignition method by using such device - Google Patents
Ignition device of sample of solid rocket propellant, and ignition method by using such device Download PDFInfo
- Publication number
- RU2415290C1 RU2415290C1 RU2009132160/06A RU2009132160A RU2415290C1 RU 2415290 C1 RU2415290 C1 RU 2415290C1 RU 2009132160/06 A RU2009132160/06 A RU 2009132160/06A RU 2009132160 A RU2009132160 A RU 2009132160A RU 2415290 C1 RU2415290 C1 RU 2415290C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sample
- ignition
- charge
- aircraft
- supply openings
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Non-Biological Materials By The Use Of Chemical Means (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к ракетной технике, более конкретно к воспламенительным устройствам (ВУ) твердых ракетных топлив (ТРТ) и способам воспламенения для малых модельных установок и стендовых испытаний.The invention relates to rocket technology, and more particularly to ignition devices (WU) of solid rocket fuels (TRT) and ignition methods for small model installations and bench tests.
Известны способ запуска ракетного двигателя на твердом топливе (РДТТ) и воспламенительное устройство для его осуществления (патент РФ №2324067, опубл. 10.05.2008), рассматриваемые в качестве ближайшего аналога предлагаемого изобретения.A known method of starting a solid propellant rocket engine (RTTT) and an ignition device for its implementation (RF patent No. 2324067, publ. 10.05.2008), considered as the closest analogue of the invention.
ВУ включает корпус, в котором размещен заряд, и расходные отверстия, предшествующие расходным отверстиям каналы переменного сечения и направления истекающего потока продуктов сгорания заряда.WU includes a housing in which the charge is placed, and consumable openings preceding the consumable openings with channels of variable cross-section and the direction of the outflowing stream of combustion products of the charge.
Соответствующий способ включает срабатывание заряда ВУ, истечение продуктов сгорания через каналы переменного сечения и направления, далее через расходные отверстия в основную камеру и воспламенение основного заряда.The corresponding method includes the activation of the charge of the WU, the expiration of the combustion products through channels of variable cross-section and direction, then through the supply openings to the main chamber and ignition of the main charge.
Существенным недостатком устройства и способа при их использовании в исследовании образцов ТРТ СВЧ-методами измерения скорости горения ТРТ является наличие в высокотемпературной зоне измерительного тракта конструктивных элементов ВУ, от которых возникают отражения СВЧ электромагнитной волны, что приводит к снижению точности измерения скорости горения.A significant drawback of the device and method when they are used in the study of TRT samples by microwave methods for measuring the TRT burning rate is the presence in the high-temperature zone of the measuring path of the structural elements of the HF, from which reflections of the microwave electromagnetic wave arise, which reduces the accuracy of the measurement of the burning rate.
Также разворот потока продуктов сгорания заряда ВУ в профилированных каналах переменного сечения и направления приводит к увеличению времени пребывания продуктов сгорания в корпусе ВУ и, как следствие, охлаждению потока продуктов сгорания, что снижает надежность гарантированного воспламенения основного заряда.Also, the reversal of the flow of the products of combustion of the charge of the WU in the profiled channels of variable cross-section and direction leads to an increase in the residence time of the products of combustion in the body of the WU and, as a result, the cooling of the flow of products of combustion, which reduces the reliability of the guaranteed ignition of the main charge.
Кроме того, недостатком прототипа является технологическая сложность масштабного уменьшения для малых исследовательских модельных установок его большого ВУ с малыми профилированными каналами.In addition, the disadvantage of the prototype is the technological complexity of large-scale reduction for small research model installations of its large WU with small profiled channels.
Задачами, решаемыми предлагаемыми устройством и способом, являются:The tasks solved by the proposed device and method are:
- обеспечение высокоточного измерения скорости горения ТРТ,- providing high-precision measurement of the speed of combustion TRT,
- обеспечение надежного и равномерного воспламенения и горения образца ТРТ,- ensuring reliable and uniform ignition and combustion of the TPT sample,
- упрощение конструкции и уменьшение массово-габаритных характеристик ВУ.- simplifying the design and reducing the mass-dimensional characteristics of the WU.
Технический эффект достигается тем, что устройство воспламенения включает корпус, в котором размещен заряд воспламенительного состава (ВС), а также расходные отверстия, причем расходные отверстия расположены в волноводной втулке, а корпус и заряд ВС прижаты снаружи к втулке поджимной гайкой и расположены снаружи вокруг расходных отверстий и таким образом вне высокотемпературной зоны измерительного тракта скорости горения основного заряда во втулке, также внутри ВС расположена накаливаемая металлическая проволока электрозапала.The technical effect is achieved by the fact that the ignition device includes a housing in which a charge of the igniter composition (BC) is located, as well as consumable openings, wherein the consumable openings are located in the waveguide sleeve, and the housing and the charge of the aircraft are pressed externally to the sleeve by a compression nut and are located outside around the consumables holes and thus outside the high-temperature zone of the measuring path of the burning rate of the main charge in the sleeve, also inside the aircraft there is an incandescent metal wire of an electric igniter.
Радиус расходных отверстий во втулке определен из условия закритичности отверстий для используемой частоты излучения в измерительном тракте по формулеThe radius of the supply openings in the sleeve is determined from the condition of hole criticality for the used radiation frequency in the measuring path according to the formula
, ,
где Rкр - максимальный радиус расходных отверстий, необходимый для обеспечения условия закритичности расходных отверстий, ε - относительная диэлектрическая проницаемость, λ - длина волны в СВЧ-тракте,where R kr is the maximum radius of the supply openings necessary to ensure the conditions of criticality of the supply openings, ε is the relative dielectric constant, λ is the wavelength in the microwave path,
Количество расходных отверстий определено из условия дозвукового истечения продуктов сгорания ВС по формулеThe number of supply openings is determined from the conditions of subsonic outflow of combustion products of the aircraft according to the formula
, где where
, ,
, ,
Где n - необходимое число расходных отверстий, - минимальная суммарная площадь расходных отверстий, необходимая для обеспечения дозвукового истечения продуктов сгорания, - массовый газоприход от ВС, R - газовая постоянная продуктов сгорания ВС, Т - температура продуктов сгорания ВС, рк - давление создаваемое воспламенителем, γ - показатель процесса расширения продуктов сгорания ВС.Where n is the required number of supply holes, - the minimum total area of the supply openings necessary to ensure the subsonic flow of combustion products, - mass gas intake from the aircraft, R - gas constant of the combustion products of the aircraft, T - temperature of the combustion products of the aircraft, p to - pressure created by the igniter, γ - indicator of the expansion process of the combustion products of the aircraft.
Способ воспламенения образца ТРТ включает срабатывание заряда ВС, истечение продуктов его сгорания через расходные отверстия к воспламеняемой поверхности образца и воспламенение поверхности образца, причем для этого используют предлагаемое устройство, в котором одновременное воспламенение всего заряда ВС в районе расходных отверстий обеспечивают накаливаемой металлической проволокой электрозапала внутри заряда ВС, а при воспламенении образца формируется застойная зона в области воспламеняемой поверхности.The method of igniting a TPT sample includes triggering the charge of the aircraft, the expiration of its combustion products through the supply openings to the combustible surface of the sample and igniting the surface of the sample, using the proposed device in which the simultaneous ignition of the entire aircraft charge in the area of the supply openings provides an incandescent metal wire inside the charge BC, and when the sample is ignited, a stagnant zone is formed in the area of the flammable surface.
Перечень чертежейList of drawings
Фиг.1 - ВУ газофакельного типа;Figure 1 - WU gas torch type;
Фиг.2, 3 - варианты расположения накаливаемой проволоки в ВС;Figure 2, 3 - options for the location of incandescent wire in the sun;
Фиг.4 - результаты моделирования распределения скорости горения образца ТРТ.Figure 4 - simulation results of the distribution of the burning rate of the sample TRT.
Обозначены сквозной нумерацией позиций: 1 - ВС; 2 - расходные отверстия; 3 - поверхность воспламенения образца ТРТ; 4 - волноводная втулка; 5 - образец ТРТ; 6 - корпус ВУ; 7 - поджимная гайка; 8 - изоляционная втулка; 9 - накаливаемая проволока.Indicated by continuous numbering of positions: 1 - aircraft; 2 - consumable holes; 3 - ignition surface of the TPT sample; 4 - waveguide sleeve; 5 - sample TRT; 6 - WU case; 7 - clamping nut; 8 - insulating sleeve; 9 - incandescent wire.
На фиг.1 показана конструкция ВУ, используемая в предлагаемом способе воспламенения образца ТРТ. ВУ содержит волноводную втулку (4), в которой размещен образец ТРТ (5). ВС (1) расположен в корпусе (6) и поджимается гайкой (7). Для изоляции накаливаемой металлической проволоки (9) электрозапала, воспламеняющей ВС, в корпусе (6) установлены изоляционные втулки (8).Figure 1 shows the design of the WU used in the proposed method of ignition of the sample TRT. The VU contains a waveguide sleeve (4), in which a TPT sample (5) is placed. The aircraft (1) is located in the housing (6) and is tightened by a nut (7). For insulation of a heated metal wire (9) of an electric igniter igniting an aircraft, insulating sleeves (8) are installed in the housing (6).
Существенно новым является то, что в отличие от прототипа малая протяженность цилиндрических расходных отверстий (2) малой теплообменной длины во втулке (4) обеспечивает соответствующее малое время нахождения продуктов сгорания ВС в контакте с корпусом (6), что снижает потери температуры продуктов сгорания на теплопроводность, а формирование застойной зоны практически нулевой скорости движения газа в области поверхности воспламенения (3) образца (фиг.4, нижний край диаграммы моделирования движения газа, полученной с помощью программного пакета ANSYS CFX) положительно сказывается на равномерности и надежности воспламенения образца. Диаграмма характера движения газа около поверхности горения торцевого типа показывает формирование застойной зоны газа у поверхности воспламенения и горения, что повышает равномерность воспламенения и горения и обеспечивает отсутствие возможности возникновения эрозионного горения образца ТРТ.Significantly new is that, unlike the prototype, the small length of the cylindrical flow openings (2) of small heat transfer length in the sleeve (4) provides a correspondingly short residence time of the combustion products of the aircraft in contact with the housing (6), which reduces the loss of temperature of the combustion products on thermal conductivity and the formation of the stagnant zone of almost zero gas velocity in the region of the ignition surface (3) of the sample (Fig. 4, the lower edge of the gas motion simulation diagram obtained using software Aket ANSYS CFX) positively affects the uniformity and reliability of ignition of the sample. The diagram of the nature of the gas movement near the end-type combustion surface shows the formation of a stagnant gas zone at the ignition and combustion surface, which increases the uniformity of ignition and combustion and ensures that there is no possibility of erosive combustion of the TPT sample.
Кроме того, воспламенение ВС (1) обеспечивают не локально стандартным пиропатроном электрозапала, а накаливаемой металлической проволокой достаточной длины, что дает одновременное воспламенение всего ВС и равномерный расход продуктов его сгорания через все расходные отверстия. Также конструкция ВУ не имеет в высокотемпературной зоне измерительного тракта скорости горения образца никаких элементов, от которых могли бы возникнуть отражения СВЧ электромагнитной волны, что приводило бы к снижению точности измерения скорости горения образца ТРТ.In addition, the ignition of the aircraft (1) is provided not by a locally standard pyroelectric gun igniter, but by an incandescent metal wire of sufficient length, which gives simultaneous ignition of the entire aircraft and uniform consumption of its combustion products through all the supply openings. Also, the design of the VU does not have any elements in the high-temperature zone of the measuring path of the sample burning rate, from which reflections of the microwave electromagnetic wave could arise, which would lead to a decrease in the accuracy of measuring the burning speed of the TRT sample.
В волноводной втулке (4) расположены осесимметричные радиальные расходные отверстия (2), направленные под углом к поверхности воспламенения (3) образца ТРТ.In the waveguide sleeve (4), axisymmetric radial flow openings (2) are located, directed at an angle to the ignition surface (3) of the TPT sample.
Пример расчета радиуса и количества расходных отверстийExample of calculating the radius and number of supply holes
Относительная диэлектрическая проницаемость воздуха ε=1.The relative dielectric constant of air is ε = 1.
Длина волны в СВЧ-тракте λ=0,033 м.The wavelength in the microwave path is λ = 0.033 m.
из технологических соображений выбираем Rкр=1 мм.from technological considerations, choose R cr = 1 mm.
Показатель процесса расширения γ=1,39.The exponent of the expansion process is γ = 1.39.
Газовая постоянная .Gas constant .
Температура продуктов сгорания Т=2800 К.The temperature of the combustion products T = 2800 K.
Давление создаваемое воспламенителем рк=2 МПа.The pressure generated by the igniter p k = 2 MPa.
Массовый газоприход от ВС .Mass gas inlet from aircraft .
, ,
, ,
. .
Округляя до ближайшего большего целого, принимаем число отверстий n=10.Rounding to the nearest larger integer, we take the number of holes n = 10.
Способ воспламенения образца ТРТ с применением предлагаемого ВУ реализуют следующим образом.The method of ignition of the TPT sample using the proposed WU is implemented as follows.
Воспламенение ВС осуществляют путем электрического нагрева металлической проволоки, расположенной в объеме ВС. Продукты сгорания ВС, проходя расходные отверстия, направляются на воспламеняемый торец образца ТРТ. В результате обеспечивается равномерное истечение продуктов сгорания через расходные отверстия, что способствует надежному воспламенению образца ТРТ.Ignition of the aircraft is carried out by electric heating of a metal wire located in the bulk of the aircraft. The combustion products of the aircraft, passing through the supply openings, are sent to the flammable end face of the TRT sample. The result is a uniform flow of combustion products through the supply openings, which contributes to reliable ignition of the TPT sample.
А размещение элементов конструкции ВУ вне высокотемпературной зоны измерительного тракта значительно повышает точность измерения скорости горения образца при малых массогабаритных характеристиках устройства.And the placement of the design elements of the VU outside the high-temperature zone of the measuring path significantly increases the accuracy of measuring the burning rate of the sample with small mass and size characteristics of the device.
Claims (3)
,
где Rкр - максимальный радиус расходных отверстий, необходимый для обеспечения условия закритичности расходных отверстий, ε - относительная диэлектрическая проницаемость, λ - длина волны в СВЧ-тракте;
а количество расходных отверстий определено из условия дозвукового истечения продуктов сгорания ВС по формуле:
где
n - необходимое число расходных отверстий, - минимальная суммарная площадь расходных отверстий, необходимая для обеспечения дозвукового истечения продуктов сгорания, - массовый газоприход от ВС, R - газовая постоянная продуктов сгорания ВС, Т - температура продуктов сгорания ВС, рк - давление, создаваемое воспламенителем, γ - показатель процесса расширения продуктов сгорания ВС.2. The device according to claim 1, characterized in that the radius of the supply holes in the sleeve is determined from the condition of criticality of the holes for the used radiation frequency in the measuring path according to the formula:
,
where R kr is the maximum radius of the supply openings necessary to ensure the conditions of criticality of the supply openings, ε is the relative permittivity, λ is the wavelength in the microwave path;
and the number of supply openings is determined from the conditions of subsonic outflow of combustion products of the aircraft according to the formula:
Where
n is the required number of consumable holes, - the minimum total area of the supply openings necessary to ensure the subsonic flow of combustion products, is the mass gas inlet from the aircraft, R is the gas constant of the combustion products of the aircraft, T is the temperature of the combustion products of the aircraft, p to is the pressure created by the igniter, γ is an indicator of the expansion process of the combustion products of the aircraft.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009132160/06A RU2415290C1 (en) | 2009-08-27 | 2009-08-27 | Ignition device of sample of solid rocket propellant, and ignition method by using such device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009132160/06A RU2415290C1 (en) | 2009-08-27 | 2009-08-27 | Ignition device of sample of solid rocket propellant, and ignition method by using such device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2415290C1 true RU2415290C1 (en) | 2011-03-27 |
Family
ID=44052894
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009132160/06A RU2415290C1 (en) | 2009-08-27 | 2009-08-27 | Ignition device of sample of solid rocket propellant, and ignition method by using such device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2415290C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2724070C1 (en) * | 2019-08-01 | 2020-06-19 | Акционерное общество "Энергия" | Device for measurement of combustion rate of pyrotechnic mixture of thermal chemical current source |
-
2009
- 2009-08-27 RU RU2009132160/06A patent/RU2415290C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2724070C1 (en) * | 2019-08-01 | 2020-06-19 | Акционерное общество "Энергия" | Device for measurement of combustion rate of pyrotechnic mixture of thermal chemical current source |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Wang et al. | Experimental investigation on detonation combustion patterns of hydrogen/vitiated air within annular combustor | |
Peng et al. | The effect of cavity on ethylene-air continuous rotating detonation in the annular combustor | |
US8082725B2 (en) | Electro-dynamic swirler, combustion apparatus and methods using the same | |
CN104330519B (en) | A kind of particle pneumatic floating laser ignition experimental provision | |
RU2517790C1 (en) | Application of heat stress to rocket cowls of nonmetals | |
Troshin et al. | Burning velocity of methane-hydrogen mixtures at elevated pressures and temperatures | |
Bradley et al. | Measurement of turbulent burning velocities in implosions at high pressures | |
Xia et al. | Visual experimental investigation on stable operating process of the plane-radial rotating detonation engine | |
Yuasa et al. | Effects of energy deposition schedule on minimum ignition energy in spark ignition of methane/air mixtures | |
Korytchenko et al. | Experimental research into the influence of two-spark ignition on the deflagration to detonation transition process in a detonation tube | |
Zhang et al. | Impact of nozzles on a valveless pulse detonation rocket engine without the purge process | |
RU2415290C1 (en) | Ignition device of sample of solid rocket propellant, and ignition method by using such device | |
Zhou et al. | Numerical study of nonequilibrium plasma assisted detonation initiation in detonation tube | |
Kang et al. | Thermomechanical characterization of hot surface ignition device using phenomenological heat flux model | |
Munir et al. | A numerical study of propane-air combustion in meso-scale tube combustors with concentric rings | |
EP3619471B1 (en) | Engine comprising auto-driven plasma actuator for transition from deflagration to detonation combustion regime and method for driving such an engine | |
Guan et al. | Design and experiments of plasma jet igniter for aeroengine | |
Huang et al. | Experimental investigation on electrical characteristics and ignition performance of multichannel plasma igniter | |
Wang et al. | Propagation characteristics of continuous rotating detonation wave under different temperature air | |
Bulat et al. | Multi-point ignition of air/fuel mixture by the initiated subcritical streamer discharge | |
Cai et al. | Experimental study on energy characteristics and ignition performance of recessed multichannel plasma igniter | |
Wu et al. | Experimental investigation of abrupt change in a scramjet with variable Mach-number flow | |
Xiao et al. | Experimental investigation on the ignition delay time of plasma-assisted ignition | |
Davidenko et al. | Continuous detonation wave engine studies for space application | |
Zheng | The advantages of non-thermal plasma for detonation initiation compared with spark plug |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180828 |