RU2493400C1

RU2493400C1 - Composite solid propellant charge

Info

Publication number: RU2493400C1
Application number: RU2012113828/06A
Authority: RU
Inventors: Геннадий Константинович Балабанов; Георгий Николаевич Амарантов; Владимир Иванович Пашин; Екатерина Гавриловна Ведерникова; Сергей Владимирович Пашин; Николай Васильевич Державинский
Original assignee: Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт полимерных материалов"
Priority date: 2012-04-09
Filing date: 2012-04-09
Publication date: 2013-09-20

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: composite solid propellant charge comprises head and nozzle half-charges fixed to the body. The rear end of the head half-charge is perforated with dead holes evenly arranged on two concentric circumferences. Holes with depth of 1.2 of the maximum thickness of the half-charge web that are nearest to the channel are distant from the channel at the distance of 0.21-0.22 of the maximum thickness of half-charge web. Holes that are distant from the channel with depth equal to the maximum thickness of the half-charge thickness are distant from the previous holes at the distance equal to the doubled distance, by which the holes nearest to the channel are distant from the half-charge channel. In the nozzle half-charge, at the length equal to 0.65-0.7 of the nozzle half-charge length there are slots that increase by height to the rear end of up to 0.9 of the maximum thickness of the half-charge web.

EFFECT: invention makes it possible to increase coefficient of combustion chamber filling with fuel.

3 dwg

Description

Изобретение относится к области ракетной техники, а именно к зарядам смесевого твердого топлива для ракетных двигателей различного назначения, в том числе для метеорологических ракет.The invention relates to the field of rocket technology, namely to charges of mixed solid fuel for rocket engines for various purposes, including meteorological rockets.

Известны заряды твердого ракетного топлива, содержащие последовательно расположенные топливные секции, прочно скрепленные с корпусом двигателя, горящие по каналам и торцам, представленные в патентах RU 2145673, RU 2391530. Конструкция заряда, представленная в патенте RU 2391530 МПК F02K 9/18, заявленная 13.11.2008 г., опубликованная 10.06.2010 г., принята авторами за прототип. В конструкции прототипа заряд содержит головной полузаряд со звездообразным каналом и хвостовой полузаряд с цилиндрическим каналом. Недостатками прототипа являются невысокий коэффициент объемного заполнения камеры топливом, что следует из соотношения радиуса заряда к радиусу канала, составляющего 2,8-3,1 (для звездообразного канала принят радиус эквивалентный), недополучение энергетических характеристик, т.е. полного импульса тяги, за счет низкого коэффициента объемного заполнения камеры топливом, продолжительность участка спада кривой давления за счет догорания дегрессивных остатков топлива головного полузаряда, составляющего около 30% времени работы заряда.Known charges of solid rocket fuel containing sequentially arranged fuel sections, firmly bonded to the engine housing, burning along the channels and ends, presented in patents RU 2145673, RU 2391530. The charge design presented in patent RU 2391530 IPC F02K 9/18, filed 13.11. 2008, published on 06/10/2010, was accepted by the authors as a prototype. In the design of the prototype, the charge contains a head half charge with a star-shaped channel and a tail half charge with a cylindrical channel. The disadvantages of the prototype are the low coefficient of volumetric filling of the chamber with fuel, which follows from the ratio of the radius of the charge to the radius of the channel, which is 2.8-3.1 (the radius is equivalent for a star-shaped channel), lack of energy characteristics, i.e. full thrust impulse, due to the low coefficient of volumetric filling of the chamber with fuel, the duration of the section of the decline of the pressure curve due to the burning out of the degressive residual fuel of the head semi-charge, which is about 30% of the charge time.

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание конструкции заряда смесевого твердого ракетного топлива, обеспечивающего высокую степень объемного заполнения камеры топливом, постоянство закона давления на отрезке времени работы двигателя от 0 до (0,3-0,35)τ_з, (где τ_з - время работы заряда) высокие энергетические характеристики ракетного двигателя.The technical task of the invention is the creation of a charge design of mixed solid rocket fuel, providing a high degree of volumetric filling of the chamber with fuel, the constancy of the pressure law over the time period of the engine from 0 to (0.3-0.35) τ _s , (where τ _s is the time work charge) high energy characteristics of a rocket engine.

Технический результат достигается за счет того, что заряд смесевого твердого ракетного топлива выполнен из головного и соплового канальных полузарядов, скрепленных с корпусом, при этом задний торец головного полузаряда перфорирован глухими отверстиями, равномерно расположенными на двух концентрических окружностях, при этом ближайшие к каналу отверстия глубиной L₁=1,2·e_max отстоят от канала на расстоянии L₂=(0,21-0,22)·e_max, удаленные от канала отверстия глубиной L₃=1,0·e_max отстоят от предыдущих отверстий на расстоянии L₄=2·L₂, а в сопловом полузаряде на длине (0,65-0,7)·L выполнены щелевые прорези, увеличивающиеся по высоте к заднему торцу до 0,9·e_max,The technical result is achieved due to the fact that the charge of the mixed solid rocket fuel is made of the head and nozzle channel half-charges attached to the body, while the rear end of the head half-charge is perforated by blind holes evenly spaced on two concentric circles, while the holes L ₁ = 1.2 · e _max are distant from the channel at a distance L ₂ = (0.21-0.22) · e _max , holes with a depth L ₃ = 1.0 · e _max remote from the channel are distant from previous holes at a distance L ₄ = 2 · L ₂ , and in the nozzle half a row along the length (0.65-0.7) · L, slotted slots are made, increasing in height to the rear end to 0.9 · e _max ,

где e_max - максимальная толщина свода полузаряда,where e _max - the maximum thickness of the arch of the semi-charge,

L - длина соплового иолузаряда.L is the length of the nozzle and charge.

Сущность изобретения поясняется графическими материалами.The invention is illustrated graphic materials.

Фиг.1. Конструкция заряда:Figure 1. Charge design:

1 - головной полузаряд;1 - head half charge;

2 - сопловой полузаряд;2 - nozzle half charge;

3 - глухие отверстия;3 - blind holes;

4 - щелевые прорези;4 - slotted slots;

e_max - максимальная толщина свода;e _max is the maximum thickness of the arch;

L - длина соплового полузарядаL - nozzle half charge length

L₁ - глубина ближайших к каналу отверстий,L ₁ - the depth of the holes closest to the channel,

L₂, - расстояние от ближайших к каналу отверстий до канала заряда,L ₂ , is the distance from the holes closest to the channel to the charge channel,

L₃ - глубина удаленных от канала отверстий,L ₃ - the depth of the holes remote from the channel,

L₄ - расстояние от отверстий, удаленных от канала, до ближайших к каналу.L ₄ - the distance from the holes remote from the channel to the nearest to the channel.

R_K - радиус канала,R _K is the radius of the channel,

P_з - радиус заряда.P _s is the radius of the charge.

Фиг.2. Изменение геометрии поверхности горения на торце с глухими отверстиями в процессе горения:Figure 2. Changing the geometry of the combustion surface at the end with blind holes during combustion:

Предложенный заряд в составе двигателя функционирует следующим образом. Воспламенение головного (1) и соплового (2) нолузарядов происходит одновременно. Горение головного полузаряда происходит по торцам, каналу и глухим отверстиям (3). При этом с увеличением свода поверхность горения канала увеличивается, поверхность горения торцов уменьшается за счет увеличения диаметра канала и выгорания отверстий, поверхность горения отверстий сначала увеличивается, а после смыкания с каналом начинает уменьшаться (Фиг.2). Данная конструкция головного полузаряда позволяет получить прогрессивный характер поверхности горения (Фиг.3 (5)) за счет подбора длины глухих отверстий, расстояний отверстий от канала и расстояний между отверстиями. Глубина отверстий (L_b L₃) выбрана из обеспечения конечной поверхности горения заряда. При увеличении глубины отверстий конечная поверхность будет ниже требуемой, при уменьшении - выше. Расстояния глухих отверстий от канала и между собой подобраны таким образом, чтобы удаленные от канала отверстия выгорали после выгорания близлежащих к нему, обеспечивая равномерный характер подъема поверхности. Изменение расстояний отверстий от канала и между отверстиями от выбранных приведут к искажению прогрессивности поверхности горения в зависимости от сводаThe proposed charge in the engine operates as follows. Ignition of the head (1) and nozzle (2) null charges occurs simultaneously. The combustion of the head half-charge occurs along the ends, the channel and the blind holes (3). In this case, with the increase of the arch, the combustion surface of the channel increases, the combustion surface of the ends decreases due to an increase in the diameter of the channel and burnout of the holes, the combustion surface of the holes first increases, and after closing with the channel begins to decrease (Figure 2). This design of the head semi-charge allows you to get a progressive nature of the combustion surface (Figure 3 (5)) due to the selection of the length of the blind holes, the distance of the holes from the channel and the distances between the holes. The depth of the holes (L _b L ₃ ) is selected from providing the final surface of the combustion of the charge. With an increase in the depth of the holes, the final surface will be lower than required, with a decrease, it will be higher. The distances of the blind holes from the channel and between each other are selected so that the holes removed from the channel burn out after burning nearby to it, providing a uniform surface rise. Changing the distance of the holes from the channel and between the holes from the selected ones will lead to a distortion of the progressivity of the combustion surface depending on the arch

Фиг.3. Зависимости поверхности горения от свода S=f(e):Figure 3. Dependences of the combustion surface on the roof S = f (e):

5 - S₁=f(e) головного полузаряда;5 - S ₁ = f (e) of the cerebral hemisphere;

6 - S₂=f(е) соплового полузаряда;6 - S ₂ = f (e) nozzle half charge;

7 - S=f(е) заряда.7 - S = f (e) charge.

В сопловом полузаряде горение происходит по торцам, каналу и щелевым прорезям (4). Форма щели состоит из участка с постоянной высотой (I) и двух участков (II и III) с конически расходящимися щелями. В начальный период горения постоянство закона изменения поверхности горения на своде от 0 до (0,3-0,35)·e_max достигается компенсацией прогрессивной поверхности горения канала убыванием поверхности перфорированного канала преимущественно на участке с постоянной высотой щели. Эффект дегрессивности по достижении фронтом горения внутренней поверхности корпуса достигается за счет поочередного уменьшения длин участков II и III. Длина щелевого участка составляет (0,65-0,70) длины полузаряда, обеспечивая тем самым требуемую конечную поверхность горения заряда и дегрессивный характер поверхности горения полузаряда на своде от (0,3-0,35)·e_max до e_max (6).In a nozzle semi-charge, combustion occurs along the ends, channel, and slotted slots (4). The shape of the gap consists of a section with a constant height (I) and two sections (II and III) with conically diverging slots. In the initial period of combustion, the constancy of the law of change of the combustion surface on the arch from 0 to (0.3-0.35) · e _{max is} achieved by compensating for the progressive surface of the combustion channel by decreasing the surface of the perforated channel mainly in the area with a constant gap height. The effect of degressiveness when the combustion front reaches the inner surface of the housing is achieved by alternately reducing the lengths of sections II and III. The length of the gap section is (0.65-0.70) the length of the semi-charge, thereby providing the desired final surface of the charge burning and the degressive nature of the surface of the burning of the charge on the arch from (0.3-0.35) · e _max to e _max (6 )

Суммарная поверхность горения заряда (7) на своде от 0 до (0,2-0,25)·e_maxимеет прогрессивный характер, на своде (0,25-0,35)·e_max - постоянна, затем снижается до уровня начальной поверхности.The total surface of the charge burning (7) on the arch from 0 to (0.2-0.25) · _max is progressive, on the arch (0.25-0.35) · _max is constant, then decreases to the initial level surface.

Постоянный закон изменения давления на начальном участке горения от 0 до (0,3-0,35)·τ_з достигается совместным горением поверхностей головного и соплового полузарядов и эрозионным эффектом в начальный период работы РДТТ (соотношение длины заряда к его диаметру составляет 10).The constant law of pressure change in the initial combustion section from 0 to (0.3-0.35) · τ _{s is} achieved by the joint combustion of the surfaces of the head and nozzle half charges and the erosion effect in the initial period of operation of the solid propellant rocket motor (the ratio of the charge length to its diameter is 10).

Положительный эффект изобретения - высокий коэффициент заполнения камеры сгорания топливом (0,9-0,93), высокие энергетические характеристики заряда за счет максимального заполнения объема камеры сгорания топливом, одновременное окончание работы полузарядов (время спада давления составляет (0,06-0,07) от времени работы заряда).The positive effect of the invention is a high filling factor of the combustion chamber with fuel (0.9-0.93), high energy characteristics of the charge due to the maximum filling of the volume of the combustion chamber with fuel, the simultaneous termination of the work of half charges (pressure drop time is (0.06-0.07) ) from the operating time of the charge).

Указанный положительный эффект подтверждается огневыми стендовыми испытаниями заряда, проведенными в условиях ФГУП «НИИПМ».The indicated positive effect is confirmed by fire bench tests of the charge carried out in the conditions of FSUE "NIIPM".

Claims

A mixed solid rocket fuel charge containing a head and a nozzle half-charge fastened to the housing, characterized in that the rear end of the head half-charge is perforated with blind holes evenly spaced on two concentric circles, with the holes closest to the channel with a depth of L ₁ = 1.2 · e _max spaced from the channel at a distance L ₂ = (0,21-0,22) · e _max, remote from the opening of the channel depth L ₃ = 1,0 e _max spaced from previous holes at a distance L ₄ = 2 · L _2, and in the nozzle half-charge along the length (0.65-0.7) · L, slotted slots are made, uve ichivayuschiesya adjustment to the rear end to 0,9 e _max, where e _max - maximum thickness arch poluzaryada, L - length of the nozzle poluzaryada.