Результат интеллектуальной деятельности: ЗАРЯД РАКЕТНОГО ТВЕРДОГО ТОПЛИВА

Изобретение относится к ракетной технике, а именно к зарядам ракетных двигателей твердого топлива (РДТТ) и предназначено для использования в РДТТ с высокими энергетическими характеристиками снарядов систем залпового огня.

Повышение энергетических характеристик РДТТ связано с применением скрепленных зарядов из твердого топлива с высоким коэффициентом заполнения.

Известен заряд ракетного твердого топлива, содержащий последовательно расположенные топливные секции, диаметр канала которых увеличивается к соплу, скрепленные с корпусом РДТТ (см., например А.А.Шишков и др. Рабочие процессы в РДТТ. - М., Машиностроение, 1989, с.82), принятый за аналог.

Задачей данного технического решения явилось достижение высокого значения коэффициента объемного заполнения.

Общими признаками с предлагаемым зарядом является наличие корпуса и последовательно расположенных секций, горящих по каналам и торцам.

Однако подобную конструкцию заряда отличает ввиду существенного различия толщин горящего свода секций большая величина остатков заряда, догорающих при пониженном давлении в конце работы РДТТ, а также значительное изменение давления в РДТТ, что приводит к недопустимому разбросу энергетических характеристик.

Наиболее близким по технической сути и достигаемому результату является заряд по патенту №2145674, F02K 9/18, принятый за прототип. Он содержит корпус, головной полузаряд со звездообразным каналом и хвостовой полузаряд с цилиндрическим каналом, торцевые манжеты и защитно-крепящий слой.

Принятый за прототип заряд функционирует следующим образом. После зажжения заряда происходит его горение по торцам головного и хвостового полузарядов, звездообразному каналу головного полузаряда и цилиндрическому каналу хвостового полузаряда, что обеспечивает практически постоянную поверхность горения. В области торцов хвостового и головного полузарядов горение сводов происходит в радиальном и осевом направлении (со стороны торцов). Однако при создании зарядов с высоким коэффициентом заполнения (в том числе за счет минимизации толщины защитно-крепящего слоя) были обнаружены существенные недостатки данной конструкции. При горении полузарядов в случае, если начальная толщина горящего свода хвостового полузаряда в сечении, проходящем через зону контакта сопловой торцевой манжеты с защитно-крепящим слоем будет превышать длину зоны контакта в осевом продольном сечении указанной манжеты с хвостовым полузарядом, фронт горения выходит на поверхность тонкослойного защитно-крепящего слоя со стороны сопловой манжеты. При этом поверхность горения полузарядов, следовательно, и давление в РДТТ, близки к максимальным значениям, что обусловливает высокий уровень тепловых потоков от продуктов сгорания к защитно-крепящему слою, толщина которого для современных РДТТ с высоким коэффициентом заполнения не превышает долей миллиметра, что, как показывает опыт отработки, приводит к прогару корпуса в указанном сечении. Аналогичная картина наблюдается и при горении головного полузаряда в области торца, обращенного к хвостовому полузаряду.

Таким образом, задачей данного технического решения (прототипа) являлось создание конструкции заряда, обеспечивающего практически постоянную поверхность горения и давление в РДТТ.

Общими признаками с предлагаемым авторами устройством является наличие в заряде корпуса, головного полузаряда со звездообразным каналом, хвостового полузаряда с цилиндрическим каналом, торцевых манжет и защитно-крепящего слоя.

В отличие от прототипа в предлагаемом заряде хвостовой полузаряд выполнен с начальной толщиной горящего свода в сечении, проходящем через зону контакта сопловой торцевой манжеты с защитно-крепящим слоем, составляющей 0,85...0,99 длины зоны контакта в осевом продольном сечении сопловой торцевой манжеты с хвостовым полузарядом, а головной полузаряд выполнен с максимальной начальной толщиной горящего свода в сечении, проходящем через зону контакта торцевой манжеты, обращенной к хвостовому полузаряду, с защитно-крепящим слоем, составляющей 0,85...0,99 длины зоны контакта в осевом продольном сечении данной манжеты с головным полузарядом.

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 надежности функционирования заряда с высоким объемным заполнением.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном заряде, содержащем корпус, головной полузаряд со звездообразным каналом и хвостовой полузаряд с цилиндрическим каналом, торцевые манжеты и защитно-крепящий слой, особенность заключается в том, что в нем хвостовой полузаряд выполнен с начальной толщиной горящего свода в сечении, проходящем через зону контакта сопловой торцевой манжеты с защитно-крепящим слоем, составляющей 0,85...0,99 длины зоны контакта в осевом продольном сечении сопловой торцевой манжеты с хвостовым полузарядом, а головной полузаряд выполнен с максимальной начальной толщиной горящего свода в сечении, проходящем через зону контакта торцевой манжеты, обращенной к хвостовому полузаряду, с защитно-крепящим слоем, составляющей 0,85...0,99 длины зоны контакта в осевом продольном сечении данной манжеты с головным полузарядом.

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

- выполнения хвостового полузаряда с начальной толщиной горящего свода в сечении, проходящем через зону контакта сопловой торцевой манжеты с защитно-крепящим слоем, составляющей 0,85...0,99 длины зоны контакта в осевом продольном сечении сопловой торцевой манжеты с хвостовым полузарядом, обеспечить выход фронта горения хвостового полузаряда в области соплового торца на поверхность защитно-крепящего слоя в радиальном направлении при малых толщинах догорающего свода хвостового полузаряда, чем достигается минимизация времени воздействия продуктов сгорания на тонкослойное защитно-крепящее покрытие. При увеличении начальной толщиной горящего свода в сечении, проходящем через зону контакта сопловой торцевой манжеты с защитно-крепящим слоем свыше 0,99, возникает вероятность выхода фронта горения на защитно-крепящий слой со стороны сопловой манжеты из-за разброса теплофизических характеристик материалов и технологических допусков. При уменьшении начальной толщиной горящего свода в сечении, проходящем через зону контакта сопловой торцевой манжеты с защитно-крепящим слоем ниже 0,85, нерационально уменьшается плотность заполнения, поскольку в этом случае часть объема занимает не топливо, а сопловая манжета;

- выполнения головного полузаряда с максимальной начальной толщиной горящего свода в сечении, проходящем через зону контакта торцевой манжеты, обращенной к хвостовому полузаряду, с защитно-крепящим слоем, составляющей 0,85...0,99 длины зоны контакта в осевом продольном сечении данной манжеты с головным полузарядом обеспечивать выход фронта горения головного полузаряда в области соплового торца на поверхность защитно-крепящего слоя в радиальном направлении при незначительных толщинах догорающего свода головного полузаряда, что минимизирует время воздействия продуктов сгорания на защитно-крепящее покрытие головного полузаряда. При увеличении максимальной начальной толщины горящего свода головного полузаряда в сечении, проходящем через зону контакта торцевой манжеты, обращенной к хвостовому полузаряду, с защитно-крепящим слоем, свыше 0,99, появляется вероятность выхода фронта горения на защитно-крепящий слой со стороны торцевой манжеты, обращенной к хвостовому полузаряду, в силу наличия разброса характеристик материала манжеты, защитно-крепящего слоя и топлива, а также технологических допусков. При уменьшении максимальной начальной толщины горящего свода в сечении, проходящем через зону контакта торцевой манжеты, обращенной к хвостовому полузаряду, с защитно-крепящим слоем, ниже 0,85, также нерационально уменьшается плотность заполнения.

Сущность изобретения заключается в том, что в заряде ракетного топлива, содержащем корпус, головной полузаряд со звездообразным каналом и хвостовой полузаряд с цилиндрическим каналом, торцевые манжеты и защитно-крепящий слой, хвостовой полузаряд выполнен с начальной толщиной горящего свода в сечении, проходящем через зону контакта сопловой торцевой манжеты с защитно-крепящим слоем, составляющей 0,85...0,99 длины зоны контакта в осевом продольном сечении сопловой торцевой манжеты с хвостовым полузарядом, а головной полузаряд выполнен с максимальной начальной толщиной горящего свода в сечении, проходящем через зону контакта торцевой манжеты, обращенной к хвостовому полузаряду, с защитно-крепящем слоем, составляющей 0,85...0,99 длины зоны контакта в осевом продольном сечении данной манжеты с головным полузарядом.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображен предлагаемый заряд с частичным вырезом.

Предлагаемый заряд содержит корпус 1, защитно-крепящий слой 2, головной полузаряд со звездообразным каналом 3, хвостовой полузаряд с цилиндрическим каналом 4, торцевую манжету головного полузаряда 5, торцевую манжету хвостового полузаряда 6. Хвостовой полузаряд 4 выполнен с начальной толщиной горящего свода в сечении, проходящем через зону контакта сопловой торцевой манжеты 6 с защитно-крепящим слоем 2, составляющей 0,85...0,99 длины зоны контакта в осевом продольном сечении сопловой торцевой манжеты 6 с хвостовым полузарядом 4, а головной полузаряд 3 выполнен с максимальной начальной толщиной горящего свода в сечении, проходящем через зону контакта торцевой манжеты 5, обращенной к хвостовому полузаряду 4, с защитно-крепящим слоем, составляющей 0,85...0,99 длины зоны контакта в осевом продольном сечении данной манжеты с головным полузарядом 3.

Предложенный заряд функционирует следующим образом.

После зажжения головного полузаряда 3 и хвостового полузаряда 4 хвостовой полузаряд 4 в области торцевой манжеты 6 горит в радиальном направлении и по сопловому торцу. За счет предложенного выполнения хвостового полузаряда 4 обеспечивается выход фронта горения хвостового полузаряда 4 в области соплового торца на поверхность защитно-крепящего слоя 2 в радиальном направлении при малых толщинах догорающего свода хвостового полузаряда 4, чем достигается минимизация времени воздействия продуктов сгорания на тонкослойное защитно-крепящее покрытие 2, что исключает прогар корпуса 1. За счет предлагаемого выполнения головного полузаряда 3 обеспечивается выход фронта горения головного полузаряда 3 в области соплового торца на поверхность защитно-крепящего слоя в радиальном направлении при незначительных толщинах догорающего свода головного полузаряда 3, что минимизирует время воздействия продуктов сгорания на защитно-крепящее покрытие 2 головного полузаряда 3.

Выполнение заряда твердого топлива в соответствии с изобретением позволило повысить надежность функционирования зарядов с высоким объемным заполнением за счет резкого снижения температурного режима корпуса согласно результатам огневых стендовых испытаний и летных испытаний в составе ракет.

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

Указанный положительный эффект подтверждается огневыми стендовыми и летными испытаниями зарядов, выполненных в соответствии с изобретением, в составе двигателей ракет.

В настоящее время разработана конструкторская документация, проведены испытания зарядов, налажено серийное производство.