RU2725129C1 - Device for protection against ingress of water into inner space of nozzle of solid-propellant engine of rocket carrier with mortar start circuit from underwater position and check valve - Google Patents
Device for protection against ingress of water into inner space of nozzle of solid-propellant engine of rocket carrier with mortar start circuit from underwater position and check valve Download PDFInfo
- Publication number
- RU2725129C1 RU2725129C1 RU2019127034A RU2019127034A RU2725129C1 RU 2725129 C1 RU2725129 C1 RU 2725129C1 RU 2019127034 A RU2019127034 A RU 2019127034A RU 2019127034 A RU2019127034 A RU 2019127034A RU 2725129 C1 RU2725129 C1 RU 2725129C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- nozzle
- check valve
- annular
- passage channel
- membrane
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02K—JET-PROPULSION PLANTS
- F02K9/00—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof
- F02K9/97—Rocket nozzles
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F41—WEAPONS
- F41F—APPARATUS FOR LAUNCHING PROJECTILES OR MISSILES FROM BARRELS, e.g. CANNONS; LAUNCHERS FOR ROCKETS OR TORPEDOES; HARPOON GUNS
- F41F3/00—Rocket or torpedo launchers
- F41F3/04—Rocket or torpedo launchers for rockets
- F41F3/07—Underwater launching-apparatus
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F42—AMMUNITION; BLASTING
- F42B—EXPLOSIVE CHARGES, e.g. FOR BLASTING, FIREWORKS, AMMUNITION
- F42B15/00—Self-propelled projectiles or missiles, e.g. rockets; Guided missiles
- F42B15/20—Missiles having a trajectory beginning below water surface
Abstract
Description
Настоящее изобретение относится к ракетной технике и может быть использовано при разработке конструкции защиты сопла стартового твердотопливного двигателя от попадания воды во внутренний объем сопла при "выныривании" ракеты и "схлопывании" воздушной каверны за кормой ракетного носителя.The present invention relates to rocket technology and can be used to develop a design for protecting the nozzle of the starting solid propellant engine from water entering the internal volume of the nozzle when the rocket “emerges” and “collapses” the air cavity behind the stern of the rocket carrier.
Известна конструкция «Ракетного носителя с минометной схемой старта из подводного положения» (см. пат. RU №2351890, 2007 г.), принятая авторами за прототип, содержащая двигатель с хвостовым отсеком и соплом с заглушкой, в полости сопла которого установлен газогенератор (пороховой аккумулятор давления, ПАД старта), закрепленный на дне пусковой трубы, над которым имеется устройство защиты от попадания воды во внутренний объем сопла твердотопливного двигателя ракетного носителя с минометной схемой старта из подводного положения, выполненное в виде эластичной термостойкой газонепроницаемой мембраны в форме шатра, размещенной внутри сопла между заглушкой критического сечения и пороховым аккумулятором давления (ПАД) старта ракеты и герметично закрепленной вдоль среза сопла. Площадь диска мембраны равна площади круга у среза сопла, которая (мембрана) с помощью термостойких тросов, закрепленных на поверхности мембраны, равномерно по периметру растянута и соединена с витыми пружинами натяжения, закрепленными на шпангоуте снаружи сопла (через направляющие приливы с отверстиями, размещенными на срезе сопла). Продукты сгорания топлива ПАД (Тпс~2600 К) при запуске в трубе поступают в хвостовой отсек и в сопло над мембраной. Как только нижний срез хвостового отсека оказывается над ПАД при движении ракеты в трубе, силовая мембрана занимает горизонтальное положение, перекрывает срез сопла и удерживается в таком положении под воздействием силы натяжения витых пружин и тросов. При этом давление газов в объеме сопла ~ равно давлению внутри пусковой трубы во время движения ракеты.The known design of "Missile launcher with mortar launch from underwater position" (see US Pat. RU No. 2351890, 2007), adopted by the authors as a prototype, containing an engine with a tail section and a nozzle with a plug, in the cavity of the nozzle of which a gas generator (powder pressure accumulator, launch pad), mounted on the bottom of the launch tube, over which there is a device to protect against water entering the internal volume of the nozzle of the solid rocket engine of the rocket launcher with a mortar launch scheme from the underwater position, made in the form of an elastic heat-resistant gas-tight membrane in the form of a tent, located inside nozzles between the critical section plug and the powder pressure accumulator (PAD) of the rocket launch and hermetically fixed along the nozzle exit. The area of the membrane disk is equal to the area of the circle at the nozzle exit, which (the membrane) is stretched uniformly along the perimeter with the help of heat-resistant cables mounted on the membrane surface and connected to twisted tension springs attached to the frame outside the nozzle (through guide tides with holes located on the exit nozzle). The products of combustion of fuel PAD (T ps ~ 2600 K) when launched in the pipe enter the tail section and into the nozzle above the membrane. As soon as the lower tail section of the tail section is above the PAD when the rocket moves in the tube, the power membrane occupies a horizontal position, overlaps the nozzle section and is held in this position under the influence of the tension force of the coil springs and cables. In this case, the gas pressure in the nozzle volume ~ is equal to the pressure inside the launch tube during rocket movement.
Для варианта мембраны конической формы (см. фиг. 8, пат. RU №2351890, 2007 г.) к центру сопловой заглушки 40 прикреплена термостойкая пружина (например, из ниобиевого сплава) 41, которая соединена с вершиной конической мембраны у пересечения строп. Пружина 41 может находиться внутри гофрированной трубки-кожуха (например, из резины) для дополнительной термозащиты пружины от воздействия высокотемпературных продуктов сгорания топлива порохового газогенератора.For a conical-shaped membrane variant (see FIG. 8, Pat. RU No. 2351890, 2007), a heat-resistant spring (for example, from a niobium alloy) 41 is attached to the center of the nozzle plug 40, which is connected to the top of the conical membrane at the intersection of the lines. The
При выходе ракетного носителя за срез корпуса-трубы давление в полости сопла сбрасывается через кольцевой зазор между периметром мембраны и внутренним диаметром среза сопла, и по мере продвижения к поверхности воды давление в полости сопла равно гидростатическому давлению в данный момент.When a rocket carrier leaves the pipe-shell section, the pressure in the nozzle cavity is released through the annular gap between the membrane perimeter and the nozzle section inner diameter, and as it moves toward the water surface, the pressure in the nozzle cavity is equal to the hydrostatic pressure at the moment.
При запуске стартового двигателя ракеты над поверхностью воды мембрана разрывается на части от силового ударного воздействия истекающего из сопла потока продуктов сгорания твердотопливного заряда двигателя и постепенно догорает в горячем потоке газов в течение нескольких секунд.When the rocket’s starting engine starts above the surface of the water, the membrane is torn to pieces from the force of the impact of the solid-propellant charge flowing out from the nozzle of the combustion product and gradually burns out in a hot gas stream for several seconds.
Недостатком этого устройства является возникновение нагрузок при вскрытии заглушки сопла во время запуска двигателя до разрушения мембраны.The disadvantage of this device is the occurrence of loads when opening the nozzle plug during engine start until the membrane is destroyed.
Кроме этого, в течение всего срока эксплуатации ракеты пружины мембраны находятся в растянутом состоянии и длительный срок (15…20 лет) скажется на снижении надежности функционирования этой системы. К тому же автономная отработка такой конструкции устройства защиты требует значительных трудозатрат и времени, т.е. - дорогое мероприятие.In addition, during the entire life of the rocket, the membrane springs are in a stretched state and a long period (15 ... 20 years) will affect the decrease in the reliability of this system. In addition, the autonomous development of such a design of the protection device requires considerable labor and time, i.e. - an expensive event.
Задача предложенного технического решения - упростить конструкцию устройства защиты, снизить нагрузки при запуске двигателя, повысить надежность его работы и значительно уменьшить стоимость отработки.The objective of the proposed technical solution is to simplify the design of the protection device, reduce the load on engine startup, increase the reliability of its operation and significantly reduce the cost of mining.
Указанная задача решается за счет того, что в устройстве защиты (фиг. 1) от попадания воды во внутренний объем сопла твердотопливного двигателя ракетного носителя с минометной схемой старта из подводного положения, содержащем эластичную термостойкую газонепроницаемую мембрану, размещенную внутри сопла между заглушкой критического сечения и пороховым аккумулятором давления (ПАД) старта ракеты и герметично закрепленную у среза сопла, мембрана выполнена в виде купола, над которым смонтирован силовой, реберный каркас, скрепленный с ним, в вершине которого установлен обратный клапан, скрепленный с силовым, реберным каркасом и связывающий герметичную полость Wгп, образованную между куполом мембраны и заглушкой сопла, с внутренней полостью сопла над ПАД, силовой реберный каркас с мембраной поджат к внутренней конусообразной поверхности сопла по кольцевому поясу прижимным кольцом, при этом объем герметичной полости Wгп равен 0,25…0,35 полного внутреннего объема Wc сопла от заглушки до среза, а закрепление мембраны у среза сопла выполнено в виде установленного снаружи сопла разъемного сжимающего кольца с расфиксирующим элементом, срабатывающим по команде от системы управления ракетного носителя.This problem is solved due to the fact that in the protection device (Fig. 1) from water entering the internal volume of the nozzle of the solid rocket engine of the rocket launcher with the mortar launch circuit from the underwater position, containing an elastic heat-resistant gas-tight membrane located inside the nozzle between the critical section plug and the powder the pressure accumulator (PAD) of the rocket launch and hermetically fixed at the nozzle exit, the membrane is made in the form of a dome over which a power, rib frame is mounted, fastened to it, at the top of which a check valve is mounted, fastened to the power, rib frame and connecting the airtight cavity W GP , formed between the membrane dome and the nozzle plug, with the internal cavity of the nozzle above the PAD, the power rib cage with the membrane is pressed against the inner cone-shaped surface of the nozzle by an annular ring with a pressure ring, while the volume of the sealed cavity W GP is 0.25 ... 0.35 full internal volume W c nozzle from plug to cut a, and the membrane is fixed at the nozzle exit in the form of a detachable compression ring mounted on the outside of the nozzle with a release element that is triggered by a command from the rocket launcher control system.
Обратный клапан предназначен для обеспечения за контрольное время необходимого заполнения газами ПАД старта из пусковой трубы (ПТ) герметичной полости Wгп, ограниченной стенками сопловой заглушки, сопла и эластичной защитной мембраны устройства, в количестве - достаточном для осуществления осевого смещения реберного каркаса с выворачиванием защитной эластичной мембраны.The non-return valve is designed to provide, for a control time, the necessary filling of launch pad PAD from the launch tube (ПТ) of the sealed cavity W gp , limited by the walls of the nozzle plug, nozzle and elastic protective membrane of the device, in an amount sufficient to effect axial displacement of the rib cage with the protective elastic membranes.
Известна конструкция обратного клапана (Политехнический словарь./Гл. ред. акад. А.Ю. Ишлинский. - П 50 2-е изд. - М. Советская Энциклопедия, 1980 - 656 с., илл.), представленная на стр. 223 и принятая авторами за прототип. Прототип включает корпус с седловиной, затвор, между которыми образован пропускной канал. Пропускное отверстие обратного клапана-прототипа выполнено в основании корпуса с седловиной, перекрывается затвором с герметичным поджатием его к корпусу с седловиной с помощью прижимной пружины.The design of the check valve is known (Polytechnical Dictionary. / Gl. Red. Acad. A.Yu. Ishlinsky. - P 50 2nd ed. - M. Sovetskaya Encyclopedia, 1980 - 656 p., Ill.), Presented on page 223 and accepted by the authors for the prototype. The prototype includes a housing with a saddle, a shutter, between which a passage channel is formed. The throughput hole of the non-return valve of the prototype is made at the base of the housing with a saddle, is blocked by a shutter with hermetically pressing it to the housing with a saddle using a clamping spring.
Согласно результатам технического анализа оптимальный режим заполнения полости Wгп газами ПАД старта через обратный клапан из пусковой трубы включает открытие обратного клапана при воспламенении заряда ПАД старта (начало заполнения), а закрытие обратного клапана (окончание заполнения) - во время быстротечного выхода ракеты из ПТ.According to the technical analysis of the optimal mode of filling cavities W r gases PAD start through the check valve of the launch tube includes opening the check valve in the ignition charge PAD start (top field), and the closing of the check valve (end of fill) - during transience output missile from TP.
Исходя из этого, к недостаткам обратного клапана-прототипа относятся задержки открытия и закрытия его, связанные с инерционностью работы исполнительного упругого элемента обратного клапана.Based on this, the disadvantages of the non-return valve-prototype include delays in opening and closing it, associated with the inertia of the actuating elastic element of the non-return valve.
При выходе ракеты из пусковой трубы задержка закрытия обратного клапана может привести к недопустимой утечке горячего газа из полости Wгп и, соответственно, к запредельному уменьшению давления в ней.When the rocket leaves the launch tube, the delay in closing the check valve can lead to an unacceptable leakage of hot gas from the cavity W gp and, consequently, to an overwhelming decrease in pressure in it.
Перечисленные недостатки, снижают надежность работы устройства защиты и носят систематический характер.These shortcomings reduce the reliability of the protection device and are systematic.
В дополнение необходимо отметить, что в процессе хранения эксплуатационные характеристики упругого элемента обратного клапана могут ухудшаться, что негативно повлияет на надежность герметичного контакта затвора с корпусом с седловиной обратного клапана, то есть на надежность безотказной работы устройства защиты.In addition, it should be noted that during storage, the operational characteristics of the elastic element of the non-return valve may deteriorate, which will negatively affect the reliability of the tight contact of the shutter with the housing with the seat of the non-return valve, that is, the reliability of the fail-safe operation of the protection device.
Задачей изобретения относительно обратного клапана является повышение надежности его работы и устройства защиты в целом за счет обеспечения гарантированного открытия обратного клапана для заполнения газами ПАД старта за контрольное время герметичной полости Wгп до расчетного давления (с своевременным гарантированным закрытием обратного клапана) с целью реализации защиты от попадания воды внутрь сопла твердотопливного двигателя при минометном старте ракетного носителя из подводного положения.The objective of the invention regarding the non-return valve is to increase the reliability of its operation and the protection device as a whole by providing guaranteed opening of the non-return valve to fill the start pad gases with a start-up during the control time of the sealed cavity W GP to the design pressure (with timely guaranteed closing of the non-return valve) in order to protect water getting inside the nozzle of a solid fuel engine with a mortar launch of a rocket carrier from an underwater position.
Поставленная задача решается за счет того, что в известном обратном клапане, содержащем корпус с седловиной и затвор, между которыми образован пропускной канал, корпус включает перфорированную крышку, установленную с закреплением на корпусе с седловиной, а пропускной канал клапана образован наружной профилированной кольцевой стенкой затвора и внутренней профилированной кольцевой стенкой корпуса с седловиной, имеет относительную радиальную длину и равномерные кольцевые проходные сечения, высота Δr которых обратно пропорциональна удалению «r» их от центральной вертикальной оси обратного клапана, угол наклона оси радиального центрального сечения канала к плоскости входного отверстия обратного клапана, перпендикулярной к его центральной оси, ϕк=10°…13°, половина угла конусности кольцевого входа в пропускной канал Θвх=60°…70°, ширина кольцевых стенок затвора hз и седловины hc, образующих конический кольцевой вход в пропускной канал, составляет (0,4…0,6)⋅Δвхк - высоты входного кольцевого сечения пропускного канала, причем высота выходного кольцевого сечения пропускного канала определяется по формуле расстояние между входом в кольцевой пропускной канал обратного клапана и центральной его осью равно rвхк=(0,5…0,55) dвх, а гдеThe problem is solved due to the fact that in the known non-return valve comprising a housing with a saddle and a shutter, between which a passage channel is formed, the housing includes a perforated cover mounted with fastening on the housing with a saddle, and the valve passage is formed by an external profiled annular valve wall and internal profiled annular wall of the housing with a saddle, has a relative radial length and uniform annular passage sections, the height Δ r of which is inversely proportional to the distance "r" them from the central vertical axis of the check valve, the angle of inclination of the axis of the radial central section of the channel to the plane of the inlet of the check valve perpendicular to its central axis, ϕ to = 10 ° ... 13 °, half the taper angle of the annular entrance to the passage channel Θ in = 60 ° ... 70 °, the width of the annular walls of the shutter h h and the saddle h c forming a conical ring entrance to the passage channel is (0.4 ... 0.6) ⋅ Δ vhk - the height of the input annular section of the passage channel, and the height of the output annular section of the passage channel is determined by the formula the distance between the entrance to the annular pass-through channel of the non- return valve and its central axis is r vhk = (0.5 ... 0.55) d vh , and Where
Δвхк - высота входного кольцевого сечения пропускного канала обратного клапана;Δ vhk is the height of the inlet annular section of the check valve passage channel;
μвх - коэффициент расхода газа, поступающего в обратный клапан через его входное отверстие;μ I - the coefficient of gas flow entering the check valve through its inlet;
μк - коэффициент расхода газа, поступающего в кольцевой пропускной канал обратного клапана через его кольцевой конический вход;μ to - the coefficient of gas flow entering the annular passage channel of the check valve through its annular conical inlet;
dвх - диаметр входного отверстия обратного клапана;d I - the diameter of the inlet of the check valve;
rвхк - расстояние от центральной вертикальной оси обратного клапана до входного кольцевого сечения пропускного канала;r vhk is the distance from the central vertical axis of the check valve to the inlet annular section of the passage channel;
rвых - расстояние от центральной вертикальной оси обратного клапана до выходного кольцевого сечения пропускного канала.r o - the distance from the Central vertical axis of the check valve to the output annular section of the passage channel.
Предложенное устройство поясняется чертежами.The proposed device is illustrated by drawings.
На фиг. 1 схематично изображено защитное устройство сопла стартового двигателя в исходном состоянии ракеты. (Положение ПАД старта на дне пусковой трубы показано условно).In FIG. 1 schematically shows the protective device of the nozzle of the starting engine in the initial state of the rocket. (The position of the launch pad at the bottom of the launch tube is shown conditionally).
На фиг. 2 схематично показано промежуточное положение защитного устройства во время выворачивания мембраны после выхода ракеты из пусковой трубы.In FIG. 2 schematically shows the intermediate position of the protective device during the eversion of the membrane after the rocket leaves the launch tube.
На фиг. 3 показана схема защитного устройства с вывернутой мембраной при выходе ракеты из воды.In FIG. 3 shows a diagram of a protective device with an inverted membrane when the rocket leaves the water.
На фиг. 4 изображен вертикальный разрез обратного клапана в закрытом состоянии (исходное и конечное состояния).In FIG. 4 shows a vertical section through the check valve in the closed state (initial and final state).
На фиг. 5 изображен вертикальный разрез обратного клапана в открытом состоянии.In FIG. 5 shows a vertical section through a check valve in an open state.
На фиг. 6 изображен затвор обратного клапана.In FIG. 6 shows a check valve shutter.
На фиг. 7 приведены основные геометрические параметры пропускного канала обратного клапана.In FIG. 7 shows the basic geometric parameters of the check valve passage channel.
Предложенное устройство защиты от попадания воды во внутренний объем сопла твердотопливного двигателя ракетного носителя с минометной схемой старта из подводного положения содержит (см. фиг. 1) размещенную в сопле 1 с заглушкой 2 эластичную, термостойкую (на основе угольной ткани), газонепроницаемую мембрану 3, купол 4, которой снаружи закреплен на силовом реберном каркасе 5 с помощью клея. В центре купола мембраны установлен обратный клапан 6 заполнения объема сопла между сопловой заглушкой и поверхностью купола 4 продуктами сгорания заряда ПАД 7, установленного на дне 8 пусковой трубы 9 на стойках 10 и имеющего отражатель 11 продуктов сгорания заряда ПАД 7 в объем сопла и пусковой трубы. Кольцевое основание реберного каркаса 5 с прилегающей к ней мембраной 3 плотно поджимается к конусообразной поверхности сопла прижимным разрезным термостойким металлическим кольцом 12, в разрезе которого (между торцами) установлен резьбовой регулятор 13 прижима кольца.The proposed device against water ingress into the internal volume of the nozzle of a solid propellant rocket launcher with a mortar start circuit from an underwater position contains (see Fig. 1) an elastic, heat-resistant (based on carbon fabric) placed in the nozzle 1 with a
У среза сопла мембрана закрепляется снаружи с помощью сжимающего силового кольца 14 с расфиксатором 15 (с пиропатроном, связанным с системой управления ракеты).At the nozzle exit, the membrane is secured externally by means of a
Обратный клапан 6 (см. фиг. 4, фиг. 5, фиг. 6, фиг. 7) содержит корпус с седловиной 16 и затвор 17, между которыми образован пропускной канал. Корпус с седловиной 16 снабжен перфорированной крышкой 18, установленной с закреплением на корпусе с седловиной 16, в которой по скользящей посадке установлен затвор 17. Пропускной канал обратного клапана образован наружной профилированной кольцевой стенкой затвора 17 и внутренней профилированной кольцевой стенкой корпуса с седловиной 16, имеет относительную радиальную длину и равномерные кольцевые проходные сечения, высота Δr которых обратно пропорциональна удалению «r» их от центральной вертикальной оси обратного клапана 6. Угол наклона оси радиального центрального сечения канала к плоскости входного отверстия dвх обратного клапана, перпендикулярной к его центральной оси, ϕк=10°…13°. Половина угла конусности кольцевого входа в канал Θвх=60°…70°, ширина кольцевых стенок затвора hз и седловины hc, образующих конический кольцевой вход в канал, составляет (0,4…0,6)⋅Δвхк - высоты входного кольцевого сечения канала. Высота выходного кольцевого сечения канала определяется по формуле расстояние между входом в кольцевой канал обратного клапана и центральной его осью равно rвхк=(0,5…0,55) dвх, а гдеThe check valve 6 (see Fig. 4, Fig. 5, Fig. 6, Fig. 7) contains a housing with a
Δвхк - высота входного кольцевого сечения пропускного канала обратного клапана;Δ vhk is the height of the inlet annular section of the check valve passage channel;
μвх - коэффициент расхода газа, поступающего в обратный клапан через его входное отверстие;μ I - the coefficient of gas flow entering the check valve through its inlet;
μк - коэффициент расхода газа, поступающего в кольцевой канал обратного клапана через его кольцевой конический вход;μ to is the coefficient of gas flow entering the annular channel of the check valve through its annular conical inlet;
dвх - диаметр входного отверстия обратного клапана;d I - the diameter of the inlet of the check valve;
гвхк - расстояние от центральной вертикальной оси обратного клапана до входного кольцевого сечения канала;g vhk - the distance from the Central vertical axis of the check valve to the inlet annular section of the channel;
rвых - расстояние от центральной вертикальной оси обратного клапана до выходного кольцевого сечения канала.r o - the distance from the Central vertical axis of the check valve to the output annular section of the channel.
Перфорированная крышка 18 крепится к корпусу с седловиной 16 винтами (на фиг. 4 не показаны), равномерно распределенными по окружности диаметром (диаметр крепления крышки). Суммарная площадь перфораций крышки 18 в виде круглых отверстий диаметром dвых (фиг. 4), симметрично расположенных по поверхности крышки, не меньше площади входного отверстия dвх обратного клапана.The
Контактные связи (см. фиг. 4) между затвором 17, корпусом с седловиной 16, цельным кольцом реберного каркаса 5 (см. фиг. 1) и мембраной 3 при закрытом обратном клапане 6 обеспечивают герметичность полости Wгп.Contact connections (see Fig. 4) between the
Затвор 17 (на фиг. 4, фиг. 5 и на фиг. 6) имеет конструкцию, сопряженную с конструкцией корпуса с седловиной 16, что обеспечивает образование расчетных форкамеры 19, кольцевого пропускного канала с равномерными проходными сечениями и коническим кольцевым входом (фиг. 5), а также возможность герметичного закрытия пропускного канала при контакте затвора 17 с корпусом с седловиной 16 по кольцу шириной Нз=0,5 (dнз - dкпз) (см. фиг. 4, фиг. 6).The shutter 17 (in Fig. 4, Fig. 5 and Fig. 6) has a design associated with the design of the housing with a
Форкамера 19 (фиг. 5), включающая полузамкнутую полость затвора 17 и внутреннюю полость корпуса с седловиной 16 с границей по плоскости входного отверстия диаметром dвх обратного клапана 6, способствует выравниванию расходов газовых струй, втекающих в кольцевой пропускной канал, и повышает защиту полости Wгп от попадания в нее морской воды при выходе ракеты из пусковой трубы 9. Объем форкамеры 19 составляет ~0,6 внутреннего объема кольцевого пропускного канала обратного клапана 6, ограниченного профилированными конусообразными стенками затвора 17 и корпуса с седловиной 16.The prechamber 19 (Fig. 5), which includes a
Радиальная длина Lк кольцевого пропускного канала измеряется вдоль оси "Ок"(фиг. 7). Относительная величина ее равна Здесь Δкср - средняя высота кольцевого проходного сечения пропускного канала: Δвхк и Δвых - высоты входного и выходного кольцевых сечений пропускного канала.The radial length L k of the annular passage channel is measured along the axis "About to " (Fig. 7). Its relative value is Here Δ ksr is the average height of the annular passage section of the passage channel: HHC and Δ Δ O - height of the inlet and outlet sections of annular passageway.
Равномерность площадей проходных кольцевых сечений пропускного канала обратного клапана обеспечивает перед выходом ракеты из пусковой трубы формирование в канале дозвукового газового потока с сжатием и, соответственно, с пониженным статическим давлением. При этом на затворе 17 устанавливается расчетный перепад давлений - необходимый для своевременного, герметичного закрытия клапана. Равномерные кольцевые проходные сечения пропускного канала нормально ориентированы к радиальному вектору скорости газового потока и реализуются при выполнении соотношения (см. фиг. 7): где const=Δвхк⋅rвхк, то есть равномерные кольцевые проходные сечения пропускного канала имеют переменный зазор Δr между стенками затвора и седловины - обратно пропорциональный расстоянию "r" от сечения до центральной оси обратного клапана, то есть кольцевой пропускной канал сужается по высоте в радиальном направлении от его входного кольцевого сечения к выходному.The uniformity of the areas of the passage annular sections of the check valve passage channel ensures that a subsonic gas stream is formed in the channel with compression and, accordingly, with reduced static pressure before the rocket leaves the launch tube. At the same time, a calculated differential pressure is set on the
Обратный клапан 6 имеет кольцевой конический вход в пропускной канал, образованный нормированными по ширине кольцевыми стенками затвора hз и седловины hc, которые формируют вход с расчетным углом конусности 2Θвх (см. фиг. 5, фиг. 7).The
Обратный клапан 6 устанавливается на цельном кольце реберного каркаса 5, имеющем внутренний диаметр dук установки клапана (см. фиг. 4), и крепится к нему (к кольцу) винтами 20. При этом обеспечивается прочное и герметичное соединение цельного кольца каркаса 5 с эластичной защитной мембраной 3.The
Отрезок значений параметра (см. фиг. 7) определен с учетом рекомендации [1]: А.А. Шишков. Газодинамика пороховых ракетных двигателей. М., «Машиностроение», 1974. См. стр. 33 [1] или прилагаемую копию - использовать удлиненную трубку Борда (~10 калибров) при исследовании сжимаемости газовой струи.Parameter value line (see Fig. 7) is determined taking into account the recommendations [1]: A.A. Bumps. Gas dynamics of powder rocket engines. M., "Mechanical Engineering", 1974. See page 33 [1] or the attached copy — use an elongated Bord tube (~ 10 gauges) when studying the compressibility of a gas stream.
Согласно полученному решению составленного дифференциального уравнения, определяющего площадь кольцевого проходного сечения пропускного канала обратного клапана в зависимости от его (сечения) удаления от вертикальной оси обратного клапана, у равномерных кольцевых проходных сечений их высоты обратно пропорциональны расстояниям до центральной вертикальной оси обратного клапана: According to the obtained solution of the compiled differential equation that determines the area of the annular passage section of the check valve passage channel depending on its (section) distance from the vertical axis of the check valve, for uniform ring cross sections, their heights are inversely proportional to the distances to the central vertical axis of the check valve:
Отрезок величин [0,4…0,6]⋅Δвхк параметров hз и hc (фиг. 7) определен с использованием геометрических размеров дозвуковой части поворотного управляющего сопла твердотопливного двигателя, обеспечивающих скоростную равномерность газового потока в конце сужения.The range of values [0.4 ... 0.6] ⋅Δ vhk of the parameters h s and h c (Fig. 7) was determined using the geometrical dimensions of the subsonic part of the rotary control nozzle of the solid-fuel engine, ensuring a uniform gas flow at the end of the narrowing.
Из геометрического построения вертикального сечения канала обратного клапана определен угол ϕк=10°…13°, обеспечивающий возможность конического входа в пропускной канал обратного клапана с одинаковой шириной кольцевых стенок затвора hз и седловины hc из отрезка значений [0,4…0,6]⋅Δвхк (см. фиг. 7).From the geometrical construction of the vertical cross section of the check valve channel, the angle ϕ k = 10 ° ... 13 ° was determined, which provides the possibility of a conical entry into the check channel of the check valve with the same width of the annular walls of the shutter h s and saddle h c from the range of values [0.4 ... 0, 6] ⋅Δ vhk (see Fig. 7).
Параметр Θвх=60°…70°(см. фиг. 7) определен из построения симметричного конического кольцевого входа в пропускной канал обратного клапана для обеспечения расчетной приведенной скорости потока с сжатием согласно уравнениям [1] на стр. 35, 81, копии прилагаются:The parameter Θ in = 60 ° ... 70 ° (see Fig. 7) is determined from the construction of a symmetrical conical ring inlet to the check valve passage to provide the calculated reduced flow rate with compression according to equations [1] on pages 35, 81, copies are attached :
где Where
pовх=~pпт; pвых=~pгп, p ovh = ~ p pt ; p out = ~ p gp ,
z(λвых), z(λсж), ƒкр⋅q(λсж) - газодинамические функции.z (λ out ), z (λ squ ), ƒ cr ⋅ q (λ squ ) are gas-dynamic functions.
Выражение для высоты выходного кольцевого сечения (см. фиг. 5, фиг. 7) получено из условия равенства площадей «живых» сечений газового потока в входном отверстии обратного клапана и в сжатом сечении кольцевого пропускного канала.Expression for the height of the output ring section (see Fig. 5, Fig. 7) is obtained from the condition that the areas of the "live" cross sections of the gas stream are equal in the inlet of the non-return valve and in the compressed section of the annular passage channel.
Соотношение rвхк=(0,5…0,55)dвх получено при разработке форкамеры обратного клапана с упрощенным алгоритмом расчета и построения кольцевого пропускного канала с коническим входом.The ratio r vhk = (0.5 ... 0.55) d vh was obtained when developing the check valve chamber with a simplified algorithm for calculating and constructing an annular passage channel with a conical inlet.
Работа устройства защиты от попадания воды во внутренний объем сопла твердотопливного двигателя ракетного носителя с минометной схемой старта из подводного положения осуществляется следующим образом.The operation of the device of protection against ingress of water into the internal volume of the nozzle of a solid propellant rocket carrier engine with a mortar scheme for starting from an underwater position is as follows.
В исходном положении, перед запуском ПАД 7 старта (фиг. 1), обратный клапан 6 закрыт(фиг. 4): под действием силы тяжести затвор 17 перекрывает пропускной канал обратного клапана, контактирует по кольцу с корпусом с седловиной 16 и отделяет полость Wгп, заполненную атмосферным воздухом.In the initial position, before starting
После воспламенения заряда ПАД 7 старта горячие газы поступают в форкамеру 19 обратного клапана 6 через входное отверстие диаметром dвх, (фиг. 4), открывают обратный клапан 6 (фиг. 5) и втекают в полость Wгп, ограниченную заглушкой 2 критического сечения сопла 1, стенками сопла 1 и купола 4 мембраны 3.After ignition of the
Заполнение полости Wгп газами ПАД старта происходит от момента открытия обратного клапана 6 до момента его закрытия непосредственно перед выходом ракеты из пусковой трубы 9.The filling of the cavity W GP with the gases of the launch pad falls from the moment the
По мере заполнения газом полости Wгп и повышения давления в ней на всей радиальной длине пропускного канала обратного клапана устанавливается дозвуковое течение. Благодаря коническому входу в кольцевой канал обратного клапана газовая струя в канале имеет сжатие, повышенную скорость и пониженное статическое давление. Это обеспечивает установление расчетного перепада давлений на противоположных стенках затвора 17 для своевременного закрытия обратного клапана 6.As the gas cavity W gp is filled with gas and pressure increases in it, a subsonic flow is established over the entire radial length of the check valve passage channel. Due to the conical entry into the annular channel of the non-return valve, the gas jet in the channel has compression, increased speed and reduced static pressure. This ensures the establishment of the calculated differential pressure on the opposite walls of the
Процесс закрытия обратного клапана 6 начинается при подходе двигателя с устройством защиты к выходу из пусковой трубы 9 (см. фиг. 5, фиг. 4). Он включает режим с кратковременным (импульсным) поступлением газа из пусковой трубы 9 в полость Wгп. Во время такого единичного поступления газа затвор 17 под действием результирующей силы от перепада давлений на его стенках на «мгновение» перекрывает канал обратного клапана 6. Такой режим с автоматически повторяющимся «импульсным» закрытием обратного клапана возникает при подходе ракеты к выходу из пусковой трубы 9, когда давление ргп в Wгп близко к полному давлению на входе в обратный клапан и выполняется неравенство:The process of closing the
где Where
ргпSнз - осевая сила от давления ргп в полости Wгп; - площадь; mз - масса затвора 17; g - ускорение свободного падения; аизд - ускорение ракеты в пусковой трубе 9; ргг - давление горячих газов у стенок затвора 17, со стороны входного отверстия обратного клапана 6, - осевая сила давления горячих газов, препятствующая закрытию обратного клапана 6.p gp S nz - axial force from the pressure p gp in the cavity W gp ; - area; m s - the mass of the
Прекращение подпитки полости Wгп горячими газами и герметичное закрытие обратного клапана 6 произойдет сразу после выхода ракеты из ПТ 9. При этом исключаются утечка горячих газов из полости Wгп и попадание в нее морской воды.The cessation of the replenishment of the W gp cavity by hot gases and the tight closing of the
При выходе ракеты за срез пусковой трубы 9 давление в сопле 1 резко понижается (~ в 2 раза), и на мембрану 3 начинает действовать сила от перепада давлений в объеме Wгп и в сопле 1. Это приводит к движению мембраны с реберным каркасом 5 к срезу сопла 1, сопровождающимся постепенным выворачиванием мембраны 3. Смещаясь и выворачиваясь, мембрана воздействует на прижимное кольцо 12, которое сдвигается на больший внутренний диаметр сопла и свободно выпадает из него.When the rocket leaves the section of the
По мере продвижения ракеты к поверхности воды мембрана 3 под действием давления внутри объема Wгп продолжает выворачиваться, реберный каркас 5 двигается вместе с куполом 4 мембраны 3 (см. фиг. 2).As the rocket advances to the surface of the water, the
Перед выходом ракеты на поверхность воды мембрана 3 (см. фиг. 3) "вывернута" полностью и давление внутри сопла [в объеме Wc+(0,65…0,75)Wc] равно ргп≈(1,05…1,1) ата. При этом сохраняется герметичное сцепление мембраны 3 с наружными стенками сопла 1 вдоль его среза, что обеспечивает отсутствие воды внутри сопла.Before the rocket exits to the water surface, the membrane 3 (see Fig. 3) is completely “turned out” and the pressure inside the nozzle [in the volume W c + (0.65 ... 0.75) W c ] is p rp ≈ (1.05 ... 1.1) ata. This retains the tight adhesion of the
Когда расстояние над поверхностью воды до среза сопла 1 становится равным ~10…20 м, по команде системы управления срабатывает пиропатрон в узле расфиксации и происходит полное расцепление вывернутой мембраны 3 с наружными стенками сопла 1 вдоль его среза (происходит снятие сжимающих сил на мембрану 3 со стороны сжимающего кольца 14).When the distance above the water surface to the nozzle exit 1 becomes equal to ~ 10 ... 20 m, the pyro cartridge in the release unit is triggered by the control system command and the
Таким образом, происходит плавное отсоединение защитной мембраны 3 и обеспечивается отсутствие воды внутри сопла 1 перед запуском стартового двигателя, тем самым создаются штатные условия для нормального его запуска.Thus, the
Предложенное техническое решение позволит упростить конструкцию устройства защиты сопла, повысить надежность его в эксплуатации и снизить затраты на автономную отработку.The proposed technical solution will simplify the design of the nozzle protection device, increase its reliability in operation and reduce the cost of autonomous testing.
Claims (8)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019127034A RU2725129C1 (en) | 2019-08-28 | 2019-08-28 | Device for protection against ingress of water into inner space of nozzle of solid-propellant engine of rocket carrier with mortar start circuit from underwater position and check valve |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019127034A RU2725129C1 (en) | 2019-08-28 | 2019-08-28 | Device for protection against ingress of water into inner space of nozzle of solid-propellant engine of rocket carrier with mortar start circuit from underwater position and check valve |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2725129C1 true RU2725129C1 (en) | 2020-06-29 |
Family
ID=71510116
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019127034A RU2725129C1 (en) | 2019-08-28 | 2019-08-28 | Device for protection against ingress of water into inner space of nozzle of solid-propellant engine of rocket carrier with mortar start circuit from underwater position and check valve |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2725129C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN116070353A (en) * | 2023-03-07 | 2023-05-05 | 河北工业大学 | Method, equipment and medium for analyzing charging reliability of wing-column-shaped solid rocket engine |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2195628C1 (en) * | 2001-04-16 | 2002-12-27 | Открытое акционерное общество Научно-производственное объединение "Искра" | Device for sealing of jet engine nozzle |
RU2338917C1 (en) * | 2007-04-12 | 2008-11-20 | Открытое акционерное общество Центральный научно-исследовательский институт специального машиностроения (ОАО ЦНИИСМ) | Device to protect rocket engine nozzle against sea water ingress (versions) |
RU2351890C1 (en) * | 2007-10-16 | 2009-04-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Московский институт теплотехники" | Rocker carrier with mortor-type launching from underwater position |
US10442554B2 (en) * | 2012-06-07 | 2019-10-15 | Aerovironment, Inc. | System for detachably coupling an unmanned aerial vehicle within a launch tube |
-
2019
- 2019-08-28 RU RU2019127034A patent/RU2725129C1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2195628C1 (en) * | 2001-04-16 | 2002-12-27 | Открытое акционерное общество Научно-производственное объединение "Искра" | Device for sealing of jet engine nozzle |
RU2338917C1 (en) * | 2007-04-12 | 2008-11-20 | Открытое акционерное общество Центральный научно-исследовательский институт специального машиностроения (ОАО ЦНИИСМ) | Device to protect rocket engine nozzle against sea water ingress (versions) |
RU2351890C1 (en) * | 2007-10-16 | 2009-04-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Московский институт теплотехники" | Rocker carrier with mortor-type launching from underwater position |
US10442554B2 (en) * | 2012-06-07 | 2019-10-15 | Aerovironment, Inc. | System for detachably coupling an unmanned aerial vehicle within a launch tube |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN116070353A (en) * | 2023-03-07 | 2023-05-05 | 河北工业大学 | Method, equipment and medium for analyzing charging reliability of wing-column-shaped solid rocket engine |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2725129C1 (en) | Device for protection against ingress of water into inner space of nozzle of solid-propellant engine of rocket carrier with mortar start circuit from underwater position and check valve | |
RU2375664C1 (en) | Destructible cover of starting pipe | |
JPS5914720B2 (en) | Launch assembly for reaction propulsion vehicles | |
RU2390646C1 (en) | Two-mode solid propellant rocket engine | |
RU2460960C1 (en) | Launch tube collapsible cap | |
RU2513052C2 (en) | Solid-propellant rocket engine to withdraw rocket jettisonable parts | |
US4495763A (en) | Dual-thrust nozzle apparatus for rockets | |
RU2675983C1 (en) | Cumulative-high-explosive charge engine | |
RU2443895C1 (en) | Adjustable solid-propellant rocket engine | |
US2841953A (en) | System for pressurizing the fluid propellant tank of a self-propelled missile | |
RU2671449C2 (en) | Ampoule with starting fuel for ignition of fuel components of liquid fuel rocket engine | |
US2944390A (en) | Termination of thrust in solidpropellant rockets | |
RU2620613C1 (en) | Rocket engine of rocket-assisted projectile | |
RU2751045C1 (en) | Aircraft starting fuel valve | |
RU2075742C1 (en) | Altitude stand to test rocket engines | |
RU2127821C1 (en) | Jet engine ignition device | |
RU198029U1 (en) | Device for starting a combustion chamber of a gas turbine engine | |
US3345822A (en) | Burning rate control of solid propellants | |
RU212932U1 (en) | Nozzle plug for solid propellant rocket engine | |
RU2195628C1 (en) | Device for sealing of jet engine nozzle | |
RU2372513C1 (en) | Rocket engine nozzle plug | |
RU2213241C2 (en) | Rocket engine nozzle sealing devise | |
RU2347931C1 (en) | Solid-propellant dual-mode rocket engine | |
KR102449276B1 (en) | Two-stage pulse rocket motor for high altitude firing test | |
Bach et al. | Development of a Liduid-Propellant Student Sounding Rocket |