Заряд ракетного твердого топлива

Изобретение относится к военной технике и предназначено для использования в ракетных двигателях твердого топлива (РДТТ) ракет реактивных систем залпового огня.

Одной из основных задач, решаемых при создании зарядов ракетного топлива, является повышение объемного заполнения при обеспечении надежного функционирования РДТТ. Решение данной задачи особенно актуально для современных зарядов большого относительного удлинения из высокоэнергетических высокоэластичных топлив. Проведенные теоретико-экспериментальные работы и опыт отработки зарядов показывают, что при работе РДТТ радиальные деформации канала заряда из высокоэластичных топлив, особенно в области донной и сопловой частей зарядов достигают существенных значений, что приводит к частичному перекрытию канала, аномальному подъему давления и демонтажу РДТТ.

Известна конструкция заряда ракетного твердого топлива, содержащая корпус, торцевые манжеты, защитно-крепящий слой, звездообразный канал в донной части заряда, переходный и цилиндрический участки (см. патент РФ №2150599 от 14.10.99 авторов Макаровца Н.А. и др.).

Такое техническое решение позволяет обеспечить получение требуемых характеристик заряда, однако может быть применено только для зарядов со сравнительно невысокой плотностью заполнения, не отвечающей современным требованиям, поскольку не обеспечивает надежности работы заряда при применении высокоэластичных топлив ввиду неучета существенных радиальных деформаций канала при работе заряда.

Таким образом, задача данного технического решения заключалась в разработке заряда ракетного твердого топлива для РДТТ со сравнительно невысокими характеристиками.

Общими признаками с предлагаемым зарядом ракетного твердого топлива являются наличие в нем корпуса, торцевых манжет, защитно-крепящего слоя, звездообразного канала в донной части заряда, переходного и цилиндрического участков.

Наиболее близким по технической сути и достигаемому техническому результату является заряд ракетного твердого топлива, содержащий корпус, торцевые манжеты, защитно-крепящий слой, звездообразный канал в донной части заряда, цилиндрический и конический участки (см. патент РФ №2152529 от 29.03.99 авторов Макаровца Н.А. и др.), принятый авторами за прототип.

Известный заряд работает следующим образом.

После зажжения заряда за счет выбранного сочетания параметров звездообразного канала, цилиндрического и конического участков обеспечивается заданный закон изменения горящей поверхности заряда по времени. Однако, как показал опыт отработки, применение данной конструкции заряда при разработке зарядов с высокой плотностью заполнения из высокоэнергетических высокоэластичных топлив приводит к аномальному росту давления в начальный момент работы, обусловленному радиальными деформациями канала, что вызывает необходимость снижения плотности заполнения топливом ввиду возможности демонтажа заряда.

Таким образом, задачей данного технического решения (прототипа) являлось создание конструкции заряда с заданной зависимостью изменения горящей поверхности заряда по времени горения заряда.

Общими признаками с предлагаемым авторами зарядом является наличие в заряде корпуса, торцевых манжет, защитно-крепящего слоя, звездообразного канала в донной части заряда, цилиндрического и конического участков канала заряда.

В отличие от прототипа в предлагаемом заряде начальная толщина горящего свода в области соплового торца заряда составляет 0,2...0,5 e₁, донная часть заряда выполнена с консольным участком длиной 0,6...1,8 e₁, расстояние между поперечным сечением заряда с максимальным значением отношения поверхности горения до данного сечения к площади проходного сечения канала в данном сечении и донным торцом заряда составляет 0,8...0,9 L, где e₁ - средняя по длине заряда начальная толщина горящего свода, L - длина заряда.

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 обеспечение надежности функционирования зарядов из высокоэнергетических высокоэластичных топлив при одновременном увеличении объемной плотности заряжания.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном заряде ракетного твердого топлива, содержащем корпус, торцевые манжеты, защитно-крепящий слой, звездообразный канал в донной части заряда, цилиндрический и конический участки канала, особенность заключается в том, что в нем начальная толщина горящего свода в области соплового торца заряда составляет 0,2...0,5 e₁, донная часть заряда выполнена с консольным участком длиной 0,6...1,8 e₁, расстояние между поперечным сечением заряда с максимальным значением отношения поверхности горения до данного сечения к площади проходного сечения канала в данном сечении и донным торцом заряда составляет 0,8...0,9 L, где e₁ - средняя по длине заряда начальная толщина горящего свода, L - длина заряда.

Новая совокупность конструктивных элементов, а также наличие связей между ними позволяет, в частности, за счет

- выполнения начальной толщины горящего свода в области соплового торца заряда, равной 0,2...0,5 e₁, исключить влияние возникающих при горении заряда радиальных деформаций канала в области соплового торца заряда на протекание рабочего процесса ввиду отсутствия перекрытия области канала заряда, прилегающей к его оси. При увеличении начальной толщины горящего свода в области соплового торца заряда свыше 0,5 e₁ возможно перекрытие канала заряда, приводящее к аномальному росту давления, при снижении начальной толщины горящего свода в области соплового торца заряда менее 0,2 e₁ увеличение плотности объемного заполнения становится незначительным;

- выполнения донной части заряда с консольным участком длиной 0,6...1,8 e₁ обеспечить увеличение объемного заполнения топливом при сохранении допустимого уровня деформаций в области донной части заряда. При увеличении длины консольного участка свыше 1,8 e₁ недопустимо возрастают радиальные деформации канала заряда в донной части заряда за счет увеличения радиального перепада давления, действующего на консольный участок. При уменьшении длины консольного участка менее 0,6 e₁ увеличение плотности объемного заполнения становится незначительным;

- размещения поперечного сечения заряда с максимальным значением отношения поверхности горения до данного сечения к площади проходного сечения канала в данном сечении на расстоянии 0,8...0,9 L от донного торца заряда обеспечить рациональное распределение статического давления по длине заряда за счет создания локальной зоны с высокой скоростью течения газа и пониженным давлением, что обеспечивает минимизацию радиальных деформаций канала заряда, следствием чего является резкое снижение уровня давления в начальный период горения заряда. При смещении зоны с пониженным давлением на расстояние более 0,9 L увеличиваются деформации канала заряда, при смещении зоны на расстояние менее 0,8 L увеличиваются деформации соплового участка канала заряда, что вызывает аномальный рост давления.

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 "новизна".

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, следовательно, можно сделать вывод о соответствии критерию "изобретательский уровень".

Сущность изобретения заключается в том, что в заряде ракетного твердого топлива, содержащем корпус, торцевые манжеты, защитно-крепящий слой, звездообразный канал в донной части заряда, цилиндрический и конический участки канала, согласно изобретению, начальная толщина горящего свода в области соплового торца заряда составляет 0,2...0,5 e₁, донная часть заряда выполнена с консольным участком длиной 0,6...1,8 e₁, расстояние между поперечным сечением заряда с максимальным значением отношения поверхности горения до данного сечения к площади проходного сечения канала в данном сечении и донным торцом заряда составляет 0,8...0,9 L, где e₁ - средняя по длине заряда начальная толщина горящего свода, L - длина заряда.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображен продольный разрез заряда.

Предлагаемый заряд ракетного твердого топлива содержит корпус 1, торцевые манжеты 2, защитно-крепящий слой 3, звездообразный канал 4 в донной части заряда, цилиндрический 5 и конический 6 участки канала. Начальная толщина горящего свода e₂ в области соплового торца заряда составляет 0,2...0,5 e₁. Донная часть заряда выполнена с консольным участком А длиной L₁, равной 0,6...1,8 e₁. Расстояние (L₂) между поперечным сечением Б-Б заряда с максимальным значением отношения поверхности горения до данного сечения к площади проходного сечения канала в данном сечении и донным торцом заряда составляет 0,8...0,9 L.

Функционирование предложенного заряда происходит следующим образом.

После зажжения заряда продукты сгорания движутся по каналам 4, 5, 6 к сопловому срезу заряда. Под действием осевого перепада давления и полетных перегрузок происходит деформация заряда, в том числе и радиальные перемещения точек поверхности каналов 4, 5, 6 к оси заряда. За счет выполнения начальной толщины горящего свода в области соплового торца заряда e₂ в пределах 0,2...0,5 e₁, донной части заряда с консольным участком А длиной L₁, равной 0,6... 1,8 e₁, размещения поперечного сечения Б-Б заряда с максимальным значением отношения поверхности горения до данного сечения к площади проходного сечения канала в данном сечении на расстоянии от донного торца, равном 0,8...0,9 L, обеспечивается минимизация радиальных перемещений точек поверхности каналов 4, 5, 6 к оси заряда и исключения за счет этого возрастания давления при использовании заряда повышенной плотности заполнения из высокоэнергетических высокоэластичных топлив.

Выполнение заряда ракетного твердого топлива в соответствии с изобретением позволило повысить энергетические характеристики за счет увеличения плотности заполнения топливом при применении высокоэнергетических высокоэластичных топлив при одновременном выполнении требований по уровню максимального давления.

Изобретение может быть использовано при разработке различных зарядов ракетного твердого топлива, в том числе для РДТТ ракет реактивных систем залпового огня.

Указанный положительный эффект подтвержден испытаниями опытных образцов зарядов, выполненных в соответствии с предлагаемым изобретением.

В настоящее время разработана конструкторская документация, проведены государственные испытания, намечено серийное производство.