RU2687500C1 - Двухрежимный ракетный двигатель твердого топлива - Google Patents

Двухрежимный ракетный двигатель твердого топлива Download PDF

Info

Publication number
RU2687500C1
RU2687500C1 RU2017143566A RU2017143566A RU2687500C1 RU 2687500 C1 RU2687500 C1 RU 2687500C1 RU 2017143566 A RU2017143566 A RU 2017143566A RU 2017143566 A RU2017143566 A RU 2017143566A RU 2687500 C1 RU2687500 C1 RU 2687500C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
starting
chamber
diaphragm
combustion chamber
gas ducts
Prior art date
Application number
RU2017143566A
Other languages
English (en)
Inventor
Борис Андреевич Белобрагин
Вадим Рашитович Аляжединов
Олег Григорьевич Борисов
Олег Львович Захаров
Сергей Викторович Попов
Евгений Константинович Павлов
Александр Александрович Каширкин
Владимир Евгеньевич Ерохин
Алексей Николаевич Базарный
Андрей Александрович Евланов
Original Assignee
Акционерное общество "Научно-производственное объединение "СПЛАВ"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Научно-производственное объединение "СПЛАВ" filed Critical Акционерное общество "Научно-производственное объединение "СПЛАВ"
Priority to RU2017143566A priority Critical patent/RU2687500C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2687500C1 publication Critical patent/RU2687500C1/ru

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02KJET-PROPULSION PLANTS
    • F02K9/00Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof
    • F02K9/08Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof using solid propellants
    • F02K9/28Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof using solid propellants having two or more propellant charges with the propulsion gases exhausting through a common nozzle

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Testing Of Engines (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области ракетной техники, а именно к ракетным двигателям твердого топлива – РДТТ, и предназначено для использования в ракетах различного назначения. Технический результат – повышение эффективности работы РДТТ. Устройство содержит цилиндрический корпус, стартовую и маршевую камеры сгорания, диафрагму. По периферии диафрагмы равномерно расположены газоводы. Они снабжены мембранами со стороны стартовой камеры сгорания. Имеется также сопло и теплозащитное покрытие. Газоводы расположены под углом 5…15 градусов к оси двигателя, а их длина составляет (0,1…0,2)D. В передней части стартовой камеры на расстоянии не менее 10h толщина теплозащитного покрытия составляет 1,5…2,5 толщины теплозащитного покрытия в средней части стартовой камеры, при h=(D-d)/2, где h - высота выходного отверстия газоводов; D - внутренний диаметр стартовой камеры сгорания у диафрагмы; d - диаметр наружной описывающей окружности газоводов. 1 ил.

Description

Изобретение относится к области ракетной техники, а именно к ракетным двигателям твердого топлива (РДТТ) и предназначено для использования в ракетах различного назначения.
Известен двухрежимный ракетный двигатель (патент РФ №2084676 МПК F02K 9/30) содержащий камеру сгорания с зарядом стартового режима, камеру сгорания с зарядом маршевого режима, размещенную между камерами сгорания перегородку и сопловой блок, содержащий трубопровод, соединенный с камерой сгорания маршевого режима.
Задачей данного технического решения являлось создание двухрежимного ракетного двигателя твердого топлива.
Общими признаками с предлагаемым РДТТ является наличие стартовой и маршевой камеры сгорания с размещенными в них зарядами и перегородки между камерами сгорания.
Основными недостатками данной конструкции является наличие трубопровода, что увеличивает пассивную массу конструкции.
Наиболее близким по технической сути и достигаемому результату является двухрежимный РДТТ по патенту РФ №2390646, БИ №15, опубл. 27.05.2010 г. принятый за прототип. Он содержит цилиндрический корпус, стартовую камеру сгорания с зарядом и соплом, маршевую камеру сгорания с зарядом, разделительное днище (промежуточную диафрагму) с перфорированными заглушками с большим числом отверстий малого диаметра (газоводами) и мембраны, установленные со стороны стартовой камеры сгорания, прилегающие к заглушкам.
Принятый за прототип двухрежимный РДТТ функционирует следующим образом. После зажжения и сгорания заряда стартовой камеры сгорания осуществляется зажжение заряда маршевой камеры сгорания, продукты сгорания маршевой камеры сгорания проходят через перфорации заглушек разделительного днища, воздействуют на мембраны заглушек, вскрывают мембрану, втекают в стартовую камеру сгорания и истекают через сопло стартовой камеры сгорания, создавая тягу. Однако, как показали проведенные исследования, использование данной конструкции РДТТ в современных РДТТ с зарядами из топлив, имеющих высокую температуру сгорания, являются неэффективным. Причина этого заключается в том, что при работе маршевой камеры сгорания, при истечении продуктов сгорания маршевого заряда через перфорации заглушек разделительного днища за разделительным днищем образуется система рециркуляционных зон, в том числе у корпуса стартовой камеры сгорания с интенсивностью теплообмена с корпусом в 4…5 раз превышающим теплообмен при стабилизированном течении. При этом данная конструкция РДТТ не позволяет сформировать поток продуктов сгорания рациональным путем с целью снижения уровня тепловых потоков за разделительным днищем ввиду того, что перфорации (отверстия) выполнены в тонкостенных заглушках, что независимо от ориентации перфораций, как показывают результаты экспериментальных исследований, приводит к движению продуктов сгорания в осевом направлении с образованием рециркуляционных зон с высокой интенсивностью теплообмена, что вызывает необходимость существенного увеличения толщины теплозащитного покрытия за разделительным днищем (в 5-6 раз по сравнению со средней толщиной теплозащитного покрытия стартовой камеры сгорания) и приводит к увеличению пассивной массы РДТТ.
Таким образом, задачей данного технического решения (прототипа) являлось создание конструкции двухрежимного РДТТ, позволяющей снизить пассивную массу за счет исключения из конструкции РДТТ газовода.
Общими признаками с предлагаемым РДТТ являются наличие в РДТТ прототипе цилиндрического корпуса, стартовой камеры сгорания с соплом, маршевой камеры сгорания и диафрагмы с газоводами и мембранами со стороны стартовой камеры сгорания.
В отличии от прототипа в предлагаемом двухрежимном РДТТ газоводы расположены под углом 5…15 градусов к оси двигателя, а их длина составляет (0,1…0,2)D, при этом в передней части стартовой камеры на расстоянии не менее 10h толщина теплозащитного покрытия составляет 1,5…2,5 толщины теплозащитного покрытия в средней части стартовой камеры, где h=(D-d)/2 - высота выходного отверстия газоводов, D -внутренний диаметр стартовой камеры сгорания у диафрагмы, d - диаметр наружной описывающей окружности газоводов, а газоводы выполнены в виде сектора кольца.
Именно это позволяет сделать вывод о наличии причинно-следственной связи между совокупностью существенных признаков заявляемого технического решения и достигаемым техническим результатом.
Указанные признаки, отличительные от прототипа, и на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны, во всех случаях достаточны.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности РДТТ за счет снижения пассивной массы, повышение надежности функционирования.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в двухрежимном ракетном двигателе твердого топлива, содержащем цилиндрический корпус, стартовую и маршевую камеры сгорания, диафрагму по периферии которой равномерно расположены газоводы, снабженные мембранами со стороны стартовой камеры сгорания, сопло и теплозащитное покрытие, особенность заключается в том, что газоводы расположены под углом 5…15 градусов к оси двигателя, а их длина составляет (0,1…0,2)D, при этом в передней части стартовой камеры на расстоянии не менее 10h толщина теплозащитного покрытия составляет 1,5…2,5 толщины теплозащитного покрытия в средней части стартовой камеры, где h=(D-d)/2 - высота выходного отверстия газоводов, D - внутренний диаметр стартовой камеры сгорания у диафрагмы, d - диаметр наружной описывающей окружности газоводов, а газоводы выполнены в виде сектора кольца.
Новая совокупность конструктивных элементов, а также наличие связей между ними, позволяет, в частности, за счет:
- выполнения газоводов под углом 5…15 градусов к оси двигателя с длиной (0,1…0,2)D обеспечить ввод продуктов сгорания маршевого заряда в область за диафрагмой под углом 5…15 градусов к оси РДТТ, что, как показали проведенные экспериментальные работы на специализированной модельной установке, позволяет снизить уровень теплообмена с корпусом стартовой камеры в 2…2,5 раза по сравнению с вводом продуктов сгорания параллельно оси РДТТ, дает возможность уменьшить толщину теплозащитного покрытия на участке за диафрагмой, а следовательно и пассивную массу РДТТ. При уменьшении указанного угла менее 5 градусов интенсивность теплообмена продуктов сгорания с теплозащитным покрытием корпуса стартовой камеры сгорания существенно возрастает и приближается к величине, соответствующей вводу продуктов сгорания параллельно оси РДТТ. При увеличении указанного угла свыше 15 градусов снижение теплообмена становится незначительным, однако при этом существенно возрастают потери полного давления при резких поворотах газового потока при течении по газоводам, а следовательно, и уровень давления в маршевом РДТТ. При уменьшении длины газоводов менее 0,1 внутреннего диаметра стартовой камеры сгорания у диафрагмы не обеспечивается поворот потока на требуемый угол при движении по газоводам ввиду короткой длины газоводов, а при увеличении длины газоводов свыше 0,2 указанного внутреннего диаметра - нерационально возрастает пассивная масса РДТТ ввиду увеличения длины диафрагмы. Выполнение газоводов в виде сектора кольца позволяет обеспечить максимально возможную достаточно большую площадь проходного сечения газоводов для обеспечения снижения скорости потока в выходных сечениях газоводов, что позволяет снизить значения коэффициентов теплоотдачи, а следовательно и нагрев теплозащитного покрытия.
- выполнения в передней части стартовой камеры на расстоянии не менее 10h толщины теплозащитного покрытия, равной 1,5…2,5 толщины теплозащитного покрытия в средней части стартовой камеры, где h=(D-d)/2 - высота выходного отверстия газоводов, D - внутренний диаметр стартовой камеры сгорания у диафрагмы, d - диаметр наружной описывающей окружности газоводов обеспечить тепловую защиту корпуса стартовой камеры сгорания при работе маршевого РДТТ в зоне с локальной интенсификацией теплообмена (область конца рециркуляционной зоны) поскольку длина рециркуляционной зоны, как показали выполненные экспериментальные исследования, обусловлена прежде всего высотой выходного отверстия газоводов h и для параметров газового потока, характерных для современных РДТТ, лежит в пределах (5…10)h. Увеличение в передней части стартовой камеры сгорания длины участка с увеличенной толщиной теплозащитного покрытия свыше 10h нерационально в связи с увеличением пассивной массы при незначительном снижении температуры корпуса.
Признаки, отличающие предлагаемое техническое решение от прототипа, не выявлены в других технических решениях и не известны из уровня техники в процессе проведения патентных исследований, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию «новизны».
Исследуя уровень техники в ходе проведения патентного поиска по всем видам сведений, доступных в странах бывшего СССР и зарубежных странах, обнаружено, что предлагаемое техническое решение явным образом не следует из известного уровня техники, а следовательно, можно сделать вывод о соответствии критерию «изобретательский уровень».
Сущность изобретения заключается в том, что в двухрежимном ракетном двигателе твердого топлива, содержащем цилиндрический корпус, стартовую и маршевую камеры сгорания, диафрагму, по периферии которой равномерно расположены газоводы, снабженные мембранами со стороны стартовой камеры сгорания, сопло и теплозащитное покрытие, согласно изобретению газоводы расположены под углом 5… 15 градусов к оси двигателя, а их длина составляет (0,1…0,2)D, при этом в передней части стартовой камеры на расстоянии не менее 10h толщина теплозащитного покрытия составляет 1,5…2,5 толщины теплозащитного покрытия в средней части стартовой камеры, где h=(D-d)/2 - высота выходного отверстия газоводов, D - внутренний диаметр стартовой камеры сгорания у диафрагмы, d - диаметр наружной описывающей окружности газоводов, а газоводы выполнены в виде сектора кольца.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображен предложенный РДТТ с частичным вырезом.
Предложенный двухрежимный РДТТ содержит маршевую камеру сгорания 1, диафрагму 2 по периферии которой равномерно расположены газоводы 3, снабженные мембранами 4 со стороны стартовой камеры сгорания 5 с соплом 6, теплозащитное покрытие в средней части стартовой камеры 7, теплозащитное покрытие передней части стартовой камеры 8. Газоводы 3 расположены под углом 5…15 градусов, их длина составляет 0,1…0,2 внутреннего диаметра стартовой камеры сгорания D у диафрагмы. В передней части стартовой камеры 5 на расстоянии не менее 10h толщина 5 теплозащитного покрытия 8 составляет 1,5…2,5 толщины δ1 теплозащитного покрытия в средней части стартовой камеры 5, а газоводы 3 выполнены в виде сектора кольца.
Предложенный двухрежимный РДТТ функционирует следующим образом. После срабатывания стартовой камеры сгорания 5 начинает работать маршевая камера сгорания 1, при этом продукты сгорания проходят через газоводы 3, прорывают мембраны 4, втекают в стартовую камеру сгорания 5 и истекают через сопло 6. За счет предложенного выполнения диафрагмы 2 с газоводами 3 с поперечным сечением в виде сектора кольца, причем длина газоводов составляет 0,1…0,2 внутреннего диаметра стартовой камеры сгорания 5 у диафрагмы 2, а углы между газоводами 3 и осью двигателя - 5…15 градусов обеспечивается снижение уровня теплообмена с корпусом стартовой камеры 5 в 2…2,5 раза по сравнению с вводом продуктов сгорания параллельно оси двухрежимного РДТТ, что дает возможность уменьшить толщину теплозащитного покрытия 8 на участке за диафрагмой 2, по сравнению с РДТТ - прототипом, а следовательно и пассивную массу РДТТ. За счет предложенного выполнения толщины теплозащитного покрытия 8 корпуса стартовой камеры сгорания 5 на расстоянии не менее 10h, равной 1,5…2,5 толщины теплозащитного покрытия в средней части стартовой камеры 7, обеспечивается тепловая защита корпуса стартовой камеры сгорания 5 при работе маршевого РДТТ в зоне с локальной интенсификацией теплообмена (область конца рециркуляционной зоны) при уменьшенной толщине теплозащитного покрытия 8 на большей части стартовой камеры сгорания по сравнению с РДТТ - прототипом.
Выполнение двухрежимного РДТТ в соответствии с изобретением позволило повысить его эффективность за счет снижения пассивной массы, повысить надежность функционирования.
Изобретение может быть использовано при разработке двухрежимного РДТТ с высокими энергомассовыми характеристиками.
Указанный положительный эффект подтвержден испытаниями двух режимных РДТТ, выполненных в соответствии с изобретением.
В настоящее время разработана конструкторская документация, проведены испытания, намечено производство.

Claims (1)

  1. Двухрежимный ракетный двигатель твердого топлива, содержащий цилиндрический корпус, стартовую и маршевую камеры сгорания, диафрагму, по периферии которой равномерно расположены газоводы, снабженные мембранами со стороны стартовой камеры сгорания, сопло и теплозащитное покрытие, отличающийся тем, что газоводы расположены под углом 5…15 градусов к оси двигателя, а их длина составляет (0,1…0,2)D, при этом в передней части стартовой камеры на расстоянии не менее 10h толщина теплозащитного покрытия составляет 1,5…2,5 толщины теплозащитного покрытия в средней части стартовой камеры, а газоводы выполнены в виде сектора кольца при h=(D-d)/2, где h - высота выходного отверстия газоводов; D - внутренний диаметр стартовой камеры сгорания у диафрагмы; d - диаметр наружной описывающей окружности газоводов.
RU2017143566A 2017-12-13 2017-12-13 Двухрежимный ракетный двигатель твердого топлива RU2687500C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017143566A RU2687500C1 (ru) 2017-12-13 2017-12-13 Двухрежимный ракетный двигатель твердого топлива

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017143566A RU2687500C1 (ru) 2017-12-13 2017-12-13 Двухрежимный ракетный двигатель твердого топлива

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2687500C1 true RU2687500C1 (ru) 2019-05-14

Family

ID=66578986

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017143566A RU2687500C1 (ru) 2017-12-13 2017-12-13 Двухрежимный ракетный двигатель твердого топлива

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2687500C1 (ru)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115421543A (zh) * 2022-11-02 2022-12-02 北京宇航系统工程研究所 一种低温贮箱压力控制方法及系统
RU2789097C1 (ru) * 2022-06-02 2023-01-30 Акционерное общество "Машиностроительное конструкторское бюро "Искра" имени Ивана Ивановича Картукова" (АО "МКБ "Искра") Двухкамерный ракетный двигатель на твердом топливе (РДТТ)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3224681A (en) * 1963-05-20 1965-12-21 Thiokol Chemical Corp Alterable thrust nozzle attachment
US5160070A (en) * 1988-08-11 1992-11-03 Fike Corporation Reverse bulged forward acting scored rupture disc bulkhead structure for multi-stage rocket motor
RU2183762C1 (ru) * 2000-12-07 2002-06-20 Государственное унитарное предприятие Машиностроительное конструкторское бюро "Факел" им. акад. П.Д. Грушина Двухрежимный сопловой блок для ракетного двигателя
RU2272927C1 (ru) * 2004-07-30 2006-03-27 Открытое акционерное общество Научно-производственное объединение "Искра" Двухрежимный ракетный двигатель твердого топлива
RU2379539C1 (ru) * 2008-06-10 2010-01-20 Открытое акционерное общество Научно-производственное объединение "Искра" Двухрежимный ракетный двигатель твердого топлива
RU2390646C1 (ru) * 2008-12-29 2010-05-27 Открытое акционерное общество "Машиностроительное конструкторское бюро "Искра" имени Ивана Ивановича Картукова" Двухрежимный ракетный двигатель твердого топлива

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3224681A (en) * 1963-05-20 1965-12-21 Thiokol Chemical Corp Alterable thrust nozzle attachment
US5160070A (en) * 1988-08-11 1992-11-03 Fike Corporation Reverse bulged forward acting scored rupture disc bulkhead structure for multi-stage rocket motor
RU2183762C1 (ru) * 2000-12-07 2002-06-20 Государственное унитарное предприятие Машиностроительное конструкторское бюро "Факел" им. акад. П.Д. Грушина Двухрежимный сопловой блок для ракетного двигателя
RU2272927C1 (ru) * 2004-07-30 2006-03-27 Открытое акционерное общество Научно-производственное объединение "Искра" Двухрежимный ракетный двигатель твердого топлива
RU2379539C1 (ru) * 2008-06-10 2010-01-20 Открытое акционерное общество Научно-производственное объединение "Искра" Двухрежимный ракетный двигатель твердого топлива
RU2390646C1 (ru) * 2008-12-29 2010-05-27 Открытое акционерное общество "Машиностроительное конструкторское бюро "Искра" имени Ивана Ивановича Картукова" Двухрежимный ракетный двигатель твердого топлива

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2789097C1 (ru) * 2022-06-02 2023-01-30 Акционерное общество "Машиностроительное конструкторское бюро "Искра" имени Ивана Ивановича Картукова" (АО "МКБ "Искра") Двухкамерный ракетный двигатель на твердом топливе (РДТТ)
RU2791165C1 (ru) * 2022-09-26 2023-03-03 Акционерное общество "Научно-производственное объединение "СПЛАВ" им. А.Н. Ганичева" Корпус ракетной части реактивного снаряда
RU2790916C1 (ru) * 2022-10-24 2023-02-28 Акционерное общество "Научно-производственное объединение "СПЛАВ" им. А.Н. Ганичева" Двухрежимный ракетный двигатель твердого топлива
CN115421543A (zh) * 2022-11-02 2022-12-02 北京宇航系统工程研究所 一种低温贮箱压力控制方法及系统
CN115421543B (zh) * 2022-11-02 2023-05-16 北京宇航系统工程研究所 一种低温贮箱压力控制方法及系统

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6170562B2 (ja) タービンエンジンの燃焼室のための2つの回路の噴射器
CN101806260B (zh) 一种多管并联脉冲爆震燃烧室及其点火起爆方法
RU2687500C1 (ru) Двухрежимный ракетный двигатель твердого топлива
RU2016140562A (ru) Ракетный двигатель с универсальным воспламенителем
US5010728A (en) Solid fuel turbine engine
CN201696167U (zh) 一种多管并联脉冲爆震燃烧室
RU2445492C1 (ru) Двухрежимная двигательная установка
RU2383764C1 (ru) Ракетный двигатель твердого топлива
US3267676A (en) Fuel burner structure
US3166904A (en) Combustion chamber for gas turbine engines
US20220252004A1 (en) Radial pre-detonator
RU2313685C1 (ru) Ракетный двигатель твердого топлива
RU2604772C1 (ru) Твердотопливный импульсный двигатель
RU2675983C1 (ru) Двигатель кумулятивно-фугасного заряда
RU2806232C1 (ru) Реактивный снаряд, запускаемый из трубчатой направляющей
RU2726835C2 (ru) Ракетный двигатель твердого топлива
RU2790916C1 (ru) Двухрежимный ракетный двигатель твердого топлива
RU2783054C1 (ru) Двухрежимный ракетный двигатель на твердом топливе
RU2816347C1 (ru) Ракетный двигатель твердого топлива
RU161009U1 (ru) Двигательная установка
CN105756806A (zh) 一种带有加力燃烧功能的轴对称喷管
RU2624682C1 (ru) Кольцевая камера сгорания газотурбинного двигателя и способ осуществления рабочего процесса
RU2791165C1 (ru) Корпус ракетной части реактивного снаряда
RU2790914C1 (ru) Ракетный двигатель твердого топлива
CN115355081B (zh) 一种预燃室及缸盖