RU28896U1 - Заряд твердого топлива ракетного двигателя - Google Patents

Abstract

Заряд твердого топлива ракетного двигателя с осевым цилиндрическим каналом и выполненными на части заряда продольными щелями, при этом длина каждой щели в вершине щелевого выреза больше длины щели в основании на величину, превосходящую половину высоты щели, отличающийся тем, что в основании щелей заряд имеет наклонную осесимметричную кольцевую проточку высотой до вершины щелей и шириной 0,95-2,55 ширины щелей.

Description

0021 6112 /

II

ЗАРЯД ТВЕРДОГО ТОПЛИВА РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ

Предлагаемая полезная модель относится к конструкции зарядов твердого топлива ракетных двигателей, и может быть использована при проектировании, отработке и изготовлении зарядов смесевого твердого топлива стартовых ступеней ракетных двигателей.

Для зарядов твердого топлива стартовых ступеней ракетных двигателей характерным является обеспечение максимальной тяги в момент старта ракеты, что требует наличия наиболее развитой поверхности горения заряда при высоком весовом совершенстве двигателя и ограниченных его габаритах.

Развитую поверхность горения и максимальную массу заряда в двигателе при ограниченных его размерах наиболее выгодно обеспечивают канально-щелевые заряды (см. книгу Д.И. Абугова, В.М. Бобылева «Теория и расчет ракетных двигателей твердого топлива М. «Машиностроение, 1987, стр. 85). Однако основным недостатком таких зарядов является ярко выраженная концентрация деформаций и напряжений в зоне перехода шелевой части в круглый канал - зона основания шелевых вырезов. Максимальный уровень концентрации находится непосредственно в зоне

перехода, но остается достаточно высоким по всей высоте щели и в ее вершине.

Для снижения уровней напряжения и деформации в канально-щелевых зарядах используют ряд мер, например, увеличение диаметра канала и ширины ш;ели, что отрицательно сказывается на весовом совершенстве двигателя.

Известен способ снижения концентраторов напряжения и деформации по свидетельству .№ 18092 на полезную модель «Заряд твердого топлива ракетного двигателя, где в зоне основания щелей заряд имеет кольцевую поперечную проточку, радиус которой составляет 0,125...0,2 высоты щелей, а расстояние от центра окружности равно 0.. .0,2 высоты щелей.

Недостатком такой конструкции является то, что при снижении концентраторов в основании щели, их уровень остается высоким по высоте щели и, особенно, в ее вершине.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является заряд твердого топлива ракетного двигателя по свидетельству Ь17715 на полезную модель «Заряд твердого топлива ракетного двигателя, который авторами взят за прототип.

Конструкция заряда-прототипа представляет собой заряд твердого топлива с осевым цилиндрическим каналом и выполненными на части заряда продольными щелями. Длина щелевого выреза в вершине больще длины

щели в основании на величину, превосходящую половину высоты щели, а число щелей составляет не более 8.

Недостатком конструкции заряда-прототипа является то, что концентратор смещается в вершину щелевых вырезов.

На фиг, 1 показаны изолинии безразмерной интенсивности напряжений в продольном разрезе канально-щелевого заряда-прототипа.

Аналогичное явление наблюдается и для интенсивности деформаций, т.к. они связаны прямо пропорциональной зависимостью.

Задачей предлагаемого решения является создание заряда смесевого твердого топлива, с круглым каналом и продольными щелевыми проточками (вырезами), не имеющего концентраторов напряжений и деформаций по всей высоте щелевых вырезов и снижение концентраторов в вершине щели.

Задача решается за счет того, что в известном заряде твердого топлива ракетного двигателя с осевым цилиндрическим каналом и выполненными на части заряда продольными щелями, длина каждой из которых в вершине щелевого выреза больше длины щели в основании на величину, превосходящую половину высоты щели, а в основании щелей заряд имеет наклонную осесимметричную кольцевую проточку высотой до вершины щелей и шириной, равной 0,95...2,55 ширины щелей.

На фиг. 2 представлена конструкция предполагаемого заряда, имеющего осевой цилиндрический канал 1, продольные щели 2, зоны вершины щели 3 и основания 4, кольцевую осесимметричную проточку 5.

На фиг. 3 показаны изолинии безразмерной интенсивности напряжений в продольном разрезе предлагаемого заряда, где цифрами 2, 3, 4... изображена степень интенсивности напряжений в заряде при действии силовых факторов. Интенсивность деформаций носит такой же характер, как и напряжений, так как между этими компонентами имеется известная прямая связь.

Из фиг. 1, 3 видно, что при одинаковых условиях эксплуатации (воздействие силовых факторов на заряд) заряда-прототипа (фиг. 1) и предлагаемого заряда (фиг. 3) концентраторы напряжений в зарядепрототипе находятся в зоне вершины щелей (кривые 5,6 фиг. 1), а в предлагаемом заряде данные кривые удалены от щелей (фиг. 3), что свидетельствует о снижении степени напряженно-деформированного состояния. Кроме того в заряде-прототипе в районе вершин щелей существует зона повышенной концентрации напряжений, которая характеризуется замкнутостью изолиний 5 и 6 на данном участке, что увеличивает вероятность возникновения трещин при действии максимальных нагрузок, а в предлагаемом заряде напряжения равномерно распределены по телу заряда.

Объемная задача структурного анализа напряженно-деформированного состояния в зарядах решена методом конечных элементов и подтверждена натурными испытаниями при экстремальных нагрузках на опытных образцах.

Преимуществом такого решения, наряду с разгрузкой зоны перехода основания щели в круглый канал, является существенная разгрузка самой щелевой части.

При ширине кольцевой проточки менее 0,95 ширины щели возможно «захлапывание кольцевой проточки при хранении и транспортировке заряда, а также снижение эффекта разгрузки вершины щелей.

При ширине кольцевой проточки более 2,55 снижается весовое совершенство двигателя.

Пеобходимо также отметить, что нижний предел ширины кольцевой проточки (0,95) назначается для зарядов со щелями небольшой высоты (менее половины свода топлива), а верхний (2,55) - для конструкций с высокими щелевыми вырезами.

Кроме того, предлагаемый заряд с кольцевой осесимметричной проточкой дает возможность значительно развивать начальную поверхность горения.

5 Ol/-t ilt

Claims (1)

1. Заряд твердого топлива ракетного двигателя с осевым цилиндрическим каналом и выполненными на части заряда продольными щелями, при этом длина каждой щели в вершине щелевого выреза больше длины щели в основании на величину, превосходящую половину высоты щели, отличающийся тем, что в основании щелей заряд имеет наклонную осесимметричную кольцевую проточку высотой до вершины щелей и шириной 0,95-2,55 ширины щелей.