Вид РИД
Изобретение
Изобретение относится к области ракетной техники и может быть использовано при проектировании, отработке и проведении научно-исследовательских и проектно-конструкторских работ по созданию ракетных двигателей твердого топлива (РДТТ).
Одной из актуальных проблем при отработке РДТТ к управляемым реактивным снарядам является обеспечение низкого уровня их дымообразования. Дым ослабляет (поглощает, рассеивает) управляющие сигналы и затрудняет оператору наблюдение за целью. Поэтому при отработке ракетного двигателя должен быть гарантирован уровень дымообразования, не превышающий заданный техническим заданием.
Критерием, характеризующим дымообразование РДТТ, является его мощность дымообразования N(t) - величина, пропорциональная количеству "дымовых частиц" генерируемых двигателем в 1 сек. Оценка мощности дымообразования двигателя производится экспериментально-расчетным методом путем регистрации параметров дымового шлейфа двигателя в мерном сечении и последующего вычисления по замеренным параметрам мощности дымообразования по формуле
где К - коэффициент, характеризующий геометрические размеры струи и длину пути светового луча в мерном сечении дымового шлейфа;
J0 - величина светового сигнала на входе в мерное сечение дымового шлейфа;
J(t) - величина светового сигнала на выходе из мерного сечения дымового шлейфа в момент времени t;
V(t) - скорость потока в мерном сечении дымового шлейфа в момент времени t, вычисляемая по формуле
где Рдин(t) - динамическое давление в мерном сечении дымового шлейфа в момент времени t,
T(t) - температура в мерном сечении дымового шлейфа в момент времени t,
Р - барометрическое давление окружающего воздуха.
Формула (1) является следствием известного закона Бугера-Бэра, связывающего характеристики рассеивания (поглощения) излучения с характеристиками рассеивающей (поглощающей) среды.
По результатам экспериментальной оценки строится график зависимости N(t), позволяющий судить о мощности дымообразования двигателя в процессе его работы.
По известному патенту (пат. РФ №2181441) оценки дымообразования модельного заряда не предусматривается возможность дифференцированной количественной оценки мощности дымообразования отдельного источника дыма (твердого топлива, бронепокрытия).
Он позволяет дать только интегральную оценку о дымообразовании двигателя в целом и качественную оценку по отдельным бронепокрытиям. В то же время отсутствие информации о количественном "вкладе" в общее дымообразование отдельных источников дыма не позволяет целенаправленно проводить разработку (доработку) топлив, бронематериалов и других источников дыма в составе РДТТ. Оценка различных конструкций зарядов в составе двигателя путем проведения натурных испытаний по принципу "лучше-хуже" требует и существенных материальных затрат.
Технической задачей изобретения является повышение информативности при проведении оценки дымообразования РДТТ в натурных условиях, уменьшение трудозатрат, повышение производительности способа, повышение достоверности определения дымообразования при оценке различных бронематериалов и других источников дыма в составе РДТТ. Сущность изобретения, в части повышения информативности способа, заключается в дифференцированной оценке мощности дымообразования топлива и бронепокрытия. Для этого при проведении натурных испытаний РДТТ с замером параметров дымообразования используют цилиндрический бесканальный заряд (1) торцевого горения, выполненный из одной марки топлива, бронированный по боковой поверхности (фиг.1). При горении такого заряда в ракетном двигателе с постоянной площадью критического сопла (dкр=const) обеспечивается постоянный уровень скорости горения топлива, а следовательно, и постоянный уровень давления и расхода продуктов сгорания топлива (фиг.1б). Так как скорости потока продуктов сгорания для зарядов торцового горения весьма малы (как правило, не более 2...3 м/с), то в конструкции такого заряда обеспечивается равномерное воздействие продуктов сгорания на всю поверхность оголенного бронепокрытия в течение всего времени горения заряда.
При наличия только двух источников дыма - топлива и бронепокрытия - конструкция заряда торцевого горения позволяет обеспечить постоянную составляющую (I) мощности дымообразования топлива (Nтопл=const) и переменную составлявшую (2) мощности дымообразования бронематериала (фиг.2).
При этом начальный уровень дымообразования определяется только дымообразованием топлива (оголенный участок бронепокрытия при t=0 отсутствует, Nбp=0). Это позволяет с достаточной для практики точностью выполнять дифференцированную количественную оценку дымообразования топлива и бронепокрытия, а именно:
- дымообразование топлива оценить величиной интеграла N0·tк, a дымообразование бронепокрытия величиной интеграла
где tк - время горения заряда.
Полученная таким образом первичная информация может быть использована для расчета коэффициентов дымности материалов, их количественного вклада в дымообразование проектируемых РДТТ.
Технический результат изобретения - повышение достоверности оценки дымообразования различных бронематериалов, твердых ракетных топлив (ТРТ); уменьшение трудозатрат и повышение производительности способа за счет того, что натурным испытаниям подвергают цилиндрический заряд торцевого горения, бронированный при необходимости на фиксированных участках боковой поверхности различными бронематериалами (патент РФ №218144). Достоверность определения дымоообразования различных бронепокрытий достигается в данном случае за счет воздействия на них идентичного состава продуктов сгорания топлива при идентичных внутрибаллистических характеристиках (давление, температура) и идентичных атмосферных условиях (температура, влажность, атмосферное давление окружающего воздуха). Снижение трудозатрат и повышение производительности способа достигается за счет сокращения числа испытаний, их продолжительности (в одном опыте сразу оценивается несколько бронематериалов), затрат на изготовление модельных зарядов.
В способе оценки дымообразования РДТТ, основанном на сжигании бронированного заряда твердого топлива торцевого горения в стендовых условиях, регистрации параметров дымового шлейфа: динамического давления, температуры и ослабления светового сигнала в мерном сечении, расчете по полученным данным комплексного параметра - мощности дымообразования N(t), дымообразование бронепокрытия определяют по следующей зависимости:
где N0 - мощность дымообразования в начальный момент времени;
tк - время горения заряда.
В способе, использующем заряд, забронированный различными по длине заряда бронепокрытиями, по скорости горения топлива, с учетом длины каждого из участков бронепокрытия, определяются моменты времени t1, t2, ..., ti, соответствующие достижению фронтом горения топлива стыков участков бронепокрытия, а о мощности дымообразования Nбр i судят по
где tк - время горения заряда,
Nбр i - мощность дымообразования i-го бронепокрытия;
1, 2, ..., i - номер фиксированных участков по длине боковой поверхности заряда с различными бронематериалами.
В способе, использующем РДТТ или его элементы: топливную шашку, заряд ТРТ с бронепокрытием, ТЗП, подвергнутые длительному естественному или ускоренному при повышенной температуре хранению, об изменении дымообразования судят по соотношениям
где ΔМ - увеличение дымообразования двигателя;
ΔMi - увеличение дымообразования i-го элемента двигателя (топлива, бронепокрытия, ТЗП);
Nxp - мощность дымообразования РДТТ, прошедшего естественное или ускоренное старение;
- мощность дымообразования i-го элемента РДТТ, прошедшего естественное или ускоренное старение.
Отличительными признаками предложенного способа являются:
- механизм выделения составляющих мощности дымообразования из интегральной зависимости N(t);
- использование заряда торцевого горения с комбинированным по длине боковой поверхности бронепокрытием из различных бронематериалов;
- механизм выделения составляющих мощности дымообразования с комбинированным по длине заряда бронепокрытием;
- порядок оценки дымообразования РДТТ и его элементов в процессе длительного хранения.
Технический результат, достигаемый изобретением в целом, характеризуется:
- получением объективной информации о дымообразовании каждого из источников дыма, что позволяет более эффективно проводить отработку новых материалов (ТРТ, бронепокрытия, ТЗП) и объективно оценивать уровень дымообразования заряда и двигателя на ранних стадиях отработки;
- повышением достоверности информации, снижением трудозатрат, повышением производительности при проведении испытаний с оценкой дымообразования, что в конечном итоге повышает качество и снижает сроки отработки двигателей;
- возможностью оценки дымообразования двигателя и отдельных источников дыма в процессе эксплуатации и гарантийных сроков хранения.
Сущность предложенного способа поясняется следующими графическими материалами:
Фиг.1 - ракетный двигатель с модельным зарядом:
а) общий вид двигателя;
б) зависимость "давление-время";
1 - заряд, 2-двигатель
1 - длина бронечехла, δ - толщина бронечехла.
Фиг.2 - механизм выделения составляющих мощности дымообразования N(t) для заряда торцевого горения:
а) заряд торцевого горения;
б) остаток бронепокрытия после выгорания топлива;
в) зависимость N(t), выделение составляющих мощности дымообразования.
Фиг.3 - модельный заряд ТРТ с комбинированным бронепокрытием и механизм выделения составляющих мощности дымообразования отдельных бронематериалов:
а) заряд с комбинированным бронепокрытием;
б) остаток бронировки после выгорания топлива;
в) зависимость N(t), выделение составляющих мощности дымообразования;
3, 4, 5 - различные бронематериалы;
- интегральная характеристика мощности дымообразования i-го бронематериала;
- интегральная характеристика мощности дымообразования топлива;
m3, m4, m5 - унесенная масса 3-го, 4-го, 5-го бронематериала.
Фиг.4 - зависимость мощности дымообразования РДТТ с зарядом торцевого горения, подвергнутого старению:
N(t) - мощность дымообразования "свежего" двигателя;
Nxp(t) - мощность дымообразования "старого" двигателя;
ΔМТРТ - увеличение мощности дымообразования "старого" двигателя за счет ТРТ;
ΔМбр - увеличение мощности дымообразования "старого" двигателя за счет бронепокрытия.
136400000012-DOC.tiftifdrawing80гдеN-мощностьдымообразованиявначальныймоментвремени;t-времягорениязаряда.146800000013-DOC.tiftifdrawing84гдеt-времягорениязаряда,N-мощностьдымообразованияi-гобронепокрытия;1,2,...,i-номерфиксированныхучастковподлинебоковойповерхностизарядасразличнымибронематериалами.137300000014-DOC.tiftifdrawing89137500000015-DOC.tiftifdrawing90гдеΔМ-увеличениедымообразованиядвигателя;ΔМ-увеличениедымообразованияi-гоэлементадвигателя(топлива,бронепокрытия,ТЗП);N-мощностьдымообразованияРДТТ,прошедшегоестественноеилиускоренноестарение;6700000016-DOC.tiftifdrawing941.СпособоценкидымообразованияРДТТ,основанныйнасжиганиибронированногозарядатвердоготопливаторцевогогорениявстендовыхусловиях,регистрациипараметровдымовогошлейфа:динамическогодавления,температурыиослаблениясветовогосигналавмерномсечении,расчетепополученнымданнымкомплексногопараметра-мощностидымообразованияN(t),отличающийсятем,чтодымообразованиебронепокрытияопределяютпоследующейзависимости:12.Способпоп.1,отличающийсятем,чтоиспользуютзаряд,забронированныйразличнымиподлинезарядабронепокрытиями,приэтомпоскоростигорениятоплива,сучетомдлиныкаждогоизучастковбронепокрытия,определяютсямоментывремениt,t,...,t,соответствующиедостижениюфронтомгорениятопливастыковучастковбронепокрытия,аомощностидымообразованияNсудятпо23.Способпоп.1,отличающийсятем,чтоиспользуютРДТТилиегоэлементы:топливнуюшашку,зарядТРТсбронепокрытием,ТЗП,подвергнутыедлительномуестественномуилиускоренномуприповышеннойтемпературехранению,обизменениидымообразованиясудятпосоотношениям3