RU2517971C1 - Nozzle-free solid-propellant rocket engine - Google Patents
Nozzle-free solid-propellant rocket engine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2517971C1 RU2517971C1 RU2012158078/06A RU2012158078A RU2517971C1 RU 2517971 C1 RU2517971 C1 RU 2517971C1 RU 2012158078/06 A RU2012158078/06 A RU 2012158078/06A RU 2012158078 A RU2012158078 A RU 2012158078A RU 2517971 C1 RU2517971 C1 RU 2517971C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- charge
- central channel
- smaller
- combustion chamber
- fuel
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к ракетной технике и может быть использовано при создании стартово-разгонных ступеней для ракет с прямоточными воздушно-реактивными двигателями (ПВРД) и во вспомогательных РДТТ.The invention relates to rocket technology and can be used to create launch-booster stages for rockets with ramjet engines and in auxiliary solid propellant rocket engines.
В настоящее время в ПВРД наиболее распространены конструкции с вкладным стартово-разгонным РДТТ, который вставляется в камеру сгорания ПВРД, центрируется и фиксируется в ней. После окончания работы фиксаторы срезаются и корпус РДТТ выталкивается через сопло ПВРД скоростным напором воздуха. По такой схеме работают стартово-разгонные ступени ракет с ИПВРДЖ "Х-31" и "Москит". Стартово-разгонный РДТТ может быть встроен в камеру сгорания ПВРД и оставаться в ней до полного окончания работы двигательной установки. Данные конструктивные схемы не позволяют использовать весь объем камеры сгорания и потеря объема составляет более 4,5%-5%. От указанного недостатка свободна схема стартово-разгонной ступени с вкладным или скрепленным со стенкой камеры сгорания ПВРД зарядом твердого топлива. Первый в мире интегральный прямоточный воздушно-реактивный двигатель (ИПВРД) советской зенитной ракеты 3М9 имеет вкладной, бронированный по наружной поверхности заряд ТТ и отстреливаемое сопло.Currently, in ramjet engines, the most common are designs with a plug-in start-and-run solid propellant rocket engine that is inserted into the ramjet combustion chamber, centered and fixed in it. After the end of the operation, the clamps are cut off and the solid-propellant rocket motor housing is pushed out through the ramjet nozzle by high-speed air pressure. According to this scheme, the start-up and launch stages of missiles with IPVRDZH “X-31” and “Mosquito” work. The starting and booster solid propellant rocket engine can be built into the ramjet combustion chamber and remain in it until the propulsion system is fully operational. These structural schemes do not allow the use of the entire volume of the combustion chamber and the volume loss is more than 4.5% -5%. From this drawback, the free starting-booster stage circuit with a solid fuel charge or attached to the wall of the ramjet combustion chamber is free. The world's first integral ramjet engine (IPVRD) of the Soviet 3M9 anti-aircraft missile has a separate TT charge armored on the outer surface and a firing nozzle.
В развитии этой схемы был предложен заряд, имеющий внутренний канал в виде цилиндра с профилированным выходным участком, который в процессе горения создает эффект расходно-геометрического сопла (Интегральные прямоточные воздушно-реактивные двигатели на твердых топливах (Основы теории и расчета) / В.Н. Александров, В.М. Быцкевич, В.К. Верхоломов и др. - М. / ИКЦ "Академкнига", 2006, с.191-193).In the development of this scheme, a charge was proposed that has an internal channel in the form of a cylinder with a profiled output section, which during the combustion process creates the effect of a flow-nozzle (Integrated ramjet solid propellant engines (Fundamentals of theory and calculation) / V.N. Aleksandrov, V.M.Bytskevich, V.K. Verkholomov, etc. - M. / IKC "Akademkniga", 2006, p.191-193).
В цилиндрической части канала продукты сгорания твердого топлива ускоряются до скорости звука за счет подвода массы и до сверхзвуковой скорости - в профилированной части канала. Такой РДТТ не имеет жесткого сопла и называется - бессопловой РДТТ (БСРДТТ). Использование его в качестве стартово-разгонной ступени в ИПВРД считается весьма перспективным.In the cylindrical part of the channel, solid fuel combustion products are accelerated to the speed of sound due to the supply of mass and to supersonic speed in the profiled part of the channel. Such a solid propellant rocket motor does not have a rigid nozzle and is called a non-nozzle solid propellant rocket motor (BSDRTT). Using it as a starting-booster stage in the ICREP is considered very promising.
Преимуществами данной конструкции являются:The advantages of this design are:
- отсутствие сбрасываемых элементов во время полета;- lack of discharged elements during the flight;
- простота конструкции и, как следствие, ее дешевизна;- simplicity of design and, as a consequence, its cheapness;
- высокое массовое совершенство и коэффициент заполнения топливом.- high mass excellence and fuel fill ratio.
К недостаткам БСРДТТ следует отнести:The disadvantages of BSRTT include:
- более низкий среднеинтегральный удельный импульс тяги двигателя по сравнению с удельным импульсом РДТТ с соплом;- lower average integral specific impulse of engine thrust in comparison with specific impulse of solid propellant rocket engine with nozzle;
- диаграмма давления в камере БСРДТТ существенно неравномерна (дегрессивна) по времени работы, в силу чего увеличивается масса конструкции двигателя.- the pressure diagram in the chamber of the BSRDTT is substantially uneven (degressive) in operating time, which increases the mass of the engine structure.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение удельного импульса тяги БСРДТТ и уменьшение дегрессивности зависимости давление-время, то есть максимального и минимального давления в камере сгорания. Кроме того, данное изобретение позволит повысить удельный импульс тяги БСРДТТ на 5%÷10% по сравнению с аналогом из-за уменьшения разгара минимального сечения на выходе из канала.The objective of the invention is to increase the specific impulse of the thrust BSRDTT and reduce the degressiveness of the pressure-time relationship, that is, the maximum and minimum pressure in the combustion chamber. In addition, this invention will increase the specific thrust impulse BSRDTT by 5% ÷ 10% compared with the analogue due to the reduction of the height of the minimum cross section at the outlet of the channel.
Технический результат состоит в увеличении геометрической степени расширения потока в выходном сечении за счет уменьшения разгара критического сечения канала, что повышает эффективность использования заряда твердого топлива.The technical result consists in increasing the geometric degree of expansion of the flow in the output section by reducing the height of the critical section of the channel, which increases the efficiency of use of the charge of solid fuel.
Технический результат достигается заявленной конструкцией бессоплового ракетного двигателя твердого топлива. Бессопловой ракетный двигатель твердого топлива содержит камеру сгорания с передним днищем, цилиндрической частью, задним торцом и скрепленный с камерой сгорания заряд с центральным каналом. Заряд выполнен из двух последовательно расположенных частей. Большая часть заряда, расположенная у переднего днища, выполнена с цилиндрическим центральным каналом. Меньшая часть заряда расположена у заднего торца камеры сгорания, снабжена центральным каналом, площадь проходного сечения которого плавно увеличивается в сторону выходного сечения, при этом увеличивается геометрическая степень расширения канала (сопла). Кроме того, эта часть заряда изготовлена из топлива, имеющего скорость горения, на 30%÷50% меньшую, чем скорость горения большей части заряда, а ее масса составляет 2%÷10% от общей массы заряда. Такое соотношение характеристик зарядов позволит обеспечить повышение удельного импульса тяги двигателя и снизить дегрессивность диаграммы давления двигателя.The technical result is achieved by the claimed design of a nozzle-free rocket engine of solid fuel. The non-fuel solid fuel rocket engine contains a combustion chamber with a front bottom, a cylindrical part, a rear end and a charge attached to the combustion chamber with a central channel. The charge is made of two sequentially arranged parts. Most of the charge located at the front bottom is made with a cylindrical central channel. A smaller part of the charge is located at the rear end of the combustion chamber, equipped with a central channel, the area of the passage section of which gradually increases towards the output section, while the geometric degree of expansion of the channel (nozzle) increases. In addition, this part of the charge is made of fuel having a burning rate 30% ÷ 50% lower than the burning rate of most of the charge, and its mass is 2% ÷ 10% of the total mass of the charge. This ratio of the characteristics of the charges will allow to increase the specific impulse of the engine thrust and reduce the degressiveness of the engine pressure diagram.
Применение заряда из медленногорящего топлива, размещенного на выходе из канала, способствует уменьшению разгара выходного сечения канала и, как следствие, повышению среднеинтегрального давления продуктов сгорания за время работы.The use of a charge from a slow-burning fuel placed at the outlet of the channel helps to reduce the height of the output section of the channel and, as a result, increase the average integral pressure of the combustion products during operation.
Оценки, проведенные с использованием формулы Бори (зависимость давления в камере от характеристик топлива), показывают, что уменьшение скорости горения заряда, расположенного у заднего торца камеры сгорания, на ≈30% при показателе степени в законе горения ν, равном 0,4, приводит к повышению среднеинтегрального давления на 50%, что снижает эффект падения давления в камере сгорания по времени. Причем этот эффект усиливается с увеличением показателя ν. Оценки удельного импульса БСРДТТ для данного варианта показывают, что возможно увеличение удельного импульса тяги на ≈10%.Estimates made using the Bori formula (dependence of the pressure in the chamber on the characteristics of the fuel) show that a decrease in the burning rate of the charge located at the rear end of the combustion chamber by ≈30% with a degree in the combustion law ν equal to 0.4 leads to increase the average integral pressure by 50%, which reduces the effect of a pressure drop in the combustion chamber over time. Moreover, this effect increases with an increase in ν. Estimates of the specific impulse BSRDTT for this option show that it is possible to increase the specific impulse of thrust by ≈10%.
Кроме того, внутренний канал меньшей части заряда может быть выполнен в виде усеченного конуса с основанием, расположенным у заднего торца камеры сгорания, либо в виде сверхзвуковой части сопла Лаваля, что дает возможность дополнительно повысить удельный импульс тяги в связи с уменьшением потерь на рассеяние [Газодинамические и теплофизические процессы в ракетных двигателях твердого топлива / A.M. Губертов, В.В. Миронов, Д.М. Борисов и др.; Под ред. А.С. Коротеева. М.: Машиностроение, 2004]. Прирост удельного импульса при этом оценивается в 2%÷4%.In addition, the inner channel of the smaller part of the charge can be made in the form of a truncated cone with a base located at the rear end of the combustion chamber, or in the form of a supersonic part of the Laval nozzle, which makes it possible to further increase the specific impulse of thrust due to a decrease in scattering losses [Gas-dynamic and thermophysical processes in solid propellant rocket engines / AM Hubertov, V.V. Mironov, D.M. Borisov et al .; Ed. A.S. Koroteeva. M .: Engineering, 2004]. The increase in specific impulse is estimated at 2% ÷ 4%.
Кроме того, граница раздела большего и меньшего зарядов представляет собой либо коническую поверхность, образующая которой перпендикулярна образующей соплового контура, для конического центрального канала меньшей части заряда, либо коническую поверхность, образующая которой перпендикулярна касательной к образующей центрального канала в точке, принадлежащей окружности, формирующей критическое сечение, для центрального канала меньшей части заряда в виде сверхзвуковой части сопла Лаваля. Это дает дополнительную возможность повысить удельный импульс тяги за счет образования входного конуса в сопловой участок канала заряда.In addition, the interface between the larger and smaller charges is either a conical surface, the generatrix of which is perpendicular to the generatrix of the nozzle contour, for the conical central channel of the smaller part of the charge, or a conical surface, which is perpendicular to the tangent to the generatrix of the central channel at a point belonging to the circle forming the critical section, for the central channel of the smaller part of the charge in the form of a supersonic part of the Laval nozzle. This gives an additional opportunity to increase the specific impulse of thrust due to the formation of an input cone in the nozzle portion of the charge channel.
Изобретение поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.
На фиг.1 представлен общий вид предлагаемой конструкции БСРДТТ, где центральный канал меньшей части заряда выполнен в виде усеченного конуса.Figure 1 presents a General view of the proposed design BSRTT, where the Central channel of the smaller part of the charge is made in the form of a truncated cone.
На фиг.2 представлен общий вид предлагаемой конструкции РДТТ, где центральный канал меньшей части заряда выполнен в виде сверхзвуковой части сопла Лаваля.Figure 2 presents a General view of the proposed design of the solid propellant rocket motor, where the central channel of the smaller part of the charge is made in the form of a supersonic part of the Laval nozzle.
Двигатель (фиг.1, 2) состоит из камеры сгорания 1, в которой установлен скрепленный с ее стенками заряд твердого топлива, состоящий из двух частей 2, 3. Часть 2 - заряд твердого топлива с высокой температурой горения, расположенный у переднего днища 7, а часть 3 - заряд твердого топлива с низкой температурой горения, расположенный у заднего торца 8, имеет контур 4 (фиг.1), площадь проходного сечения которого плавно увеличивается в сторону выходного отверстия, либо профилированную сверхзвуковую часть 4 (фиг.2). Граница раздела большего и меньшего зарядов представляет собой коническую поверхность 5 (фиг.1, 2). Твердое топливо поджигается воспламенителем 6.The engine (Fig. 1, 2) consists of a combustion chamber 1, in which a solid fuel charge is installed, fastened with its walls, consisting of two
Двигатель работает следующим образом. После срабатывания воспламенительного устройства 6, установленного в переднем днище 7 камеры сгорания 1, воспламеняются части заряда 2 и 3. Продукты сгорания части заряда 3 формируют поток низкотемпературных продуктов сгорания, а горящий заряд 2 создает высокотемпературный поток.The engine operates as follows. After the
В настоящее время изготовлены модели БСРДТТ и проводятся экспериментальные исследования для определения эффективности предлагаемых вариантов конструкции.Currently, BSRDTT models have been manufactured and experimental studies are being conducted to determine the effectiveness of the proposed design options.
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012158078/06A RU2517971C1 (en) | 2012-12-29 | 2012-12-29 | Nozzle-free solid-propellant rocket engine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012158078/06A RU2517971C1 (en) | 2012-12-29 | 2012-12-29 | Nozzle-free solid-propellant rocket engine |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2517971C1 true RU2517971C1 (en) | 2014-06-10 |
Family
ID=51216244
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012158078/06A RU2517971C1 (en) | 2012-12-29 | 2012-12-29 | Nozzle-free solid-propellant rocket engine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2517971C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2707648C1 (en) * | 2019-01-09 | 2019-11-28 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской академии наук | Non-nozzle solid-propellant rocket engine |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4574700A (en) * | 1984-11-15 | 1986-03-11 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Solid rocket motor with nozzle containing aromatic amide fibers |
US4856276A (en) * | 1987-06-12 | 1989-08-15 | Morton Thiokol, Inc. | Variable mass flow rate solid propellant grain |
RU2125175C1 (en) * | 1998-02-20 | 1999-01-20 | Пермский завод им.С.М.Кирова | Solid-propellant rocket engine |
RU2225524C1 (en) * | 2003-06-03 | 2004-03-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Исследовательский центр им. М.В.Келдыша" | Solid-propellant rocket engine |
EP1707788A2 (en) * | 2005-03-30 | 2006-10-04 | Bayern-Chemie Gesellschaft für flugchemische Antriebe mbH | Configuration of a solid propellant charge |
-
2012
- 2012-12-29 RU RU2012158078/06A patent/RU2517971C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4574700A (en) * | 1984-11-15 | 1986-03-11 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Solid rocket motor with nozzle containing aromatic amide fibers |
US4856276A (en) * | 1987-06-12 | 1989-08-15 | Morton Thiokol, Inc. | Variable mass flow rate solid propellant grain |
RU2125175C1 (en) * | 1998-02-20 | 1999-01-20 | Пермский завод им.С.М.Кирова | Solid-propellant rocket engine |
RU2225524C1 (en) * | 2003-06-03 | 2004-03-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Исследовательский центр им. М.В.Келдыша" | Solid-propellant rocket engine |
EP1707788A2 (en) * | 2005-03-30 | 2006-10-04 | Bayern-Chemie Gesellschaft für flugchemische Antriebe mbH | Configuration of a solid propellant charge |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
И.ТИМНАТ, Ракетные двигатели на химическом топливе, Москва, "Мир", 1990, стр. 129-131. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2707648C1 (en) * | 2019-01-09 | 2019-11-28 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской академии наук | Non-nozzle solid-propellant rocket engine |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8683780B2 (en) | Gas turbine engine and pulse detonation combustion system | |
US4722261A (en) | Extendable ram cannon | |
US3535881A (en) | Combination rocket and ram jet engine | |
US20140338348A1 (en) | Rotary pulse detonation engine | |
CN108869095B (en) | Boundary suction control method with stable and self-sustaining supersonic detonation | |
US9726115B1 (en) | Selectable ramjet propulsion system | |
US3095694A (en) | Reaction motors | |
CN106168185A (en) | Air turbine punching press combined engine and method of work thereof | |
US7752835B2 (en) | Pulsed combustion engine | |
RU2517971C1 (en) | Nozzle-free solid-propellant rocket engine | |
RU2623134C1 (en) | Solid fueled integrated straight-jet engine | |
RU2445492C1 (en) | Dual-mode power plant | |
US20130145746A1 (en) | Vortex cannon with enhanced ring vortex generation | |
RU2461728C2 (en) | Solid-propellant rocket engine | |
RU163848U1 (en) | Pulsating Air-Jet Engine | |
RU173530U1 (en) | Powerplant hypersonic aircraft | |
CN114352437A (en) | Solid fuel stamping combined engine suitable for wide Mach number flight | |
US2998705A (en) | Pressure gain valveless combustior | |
RU2681733C1 (en) | Camera lpr | |
CN109931185B (en) | Integral detonation ramjet engine | |
RU2645373C1 (en) | Turbo-jet engine and control method thereof | |
CN113153577A (en) | Multistage rotary detonation rocket stamping combined engine | |
WO2021146779A1 (en) | Pulse detonation jet engine (propulsor) vujin | |
RU2799263C1 (en) | Integrated direct-flow air-jet engine | |
US20130047625A1 (en) | Enhanced pulse detonation engine system |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PD4A | Correction of name of patent owner |