Результат интеллектуальной деятельности: УСТАНОВКА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТИ ГОРЕНИЯ ТВЕРДОГО РАКЕТНОГО ТОПЛИВА В НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОМ СОСТОЯНИИ

Изобретение относится к ракетной технике, в частности для определения скорости горения твердого ракетного топлива (ТРТ) в напряженно-деформированном состоянии (НДС) в зависимости от непрерывно изменяющегося давления.

В настоящее время известны установки для определения скорости горения ТРТ с регистрацией положения поверхности горения по перегорающим проводникам, гашением образца, с использованием киносъемки, светорегистраторов, измерения емкости или электропроводности (например, см. М.Баррер и др. Ракетные двигатели. М.: Оборонгиз, 1962; В.С.Игнатьев и др. Устройство для измерения скорости горения композиционных материалов, заявка РФ 98102477 от 10.02.98 г. ). Однако все они обладают принципиальными недостатками: они малопроизводительны и при их использовании для определения зависимости скорости горения от давления необходимо большое количество образцов, т.к. при сжигании одного образца определяется только одно значение скорости горения. Также необходим предварительный наддув камеры сгорания азотом до заданного давления из баллонов большого давления.

Известны различные установки для определения скорости горения ТРТ с использованием микроволновой техники. За прототип принята установка (патент РФ 2167327), в которой скорость горения ТРТ измеряется с помощью приемо-передающего микроволнового сверхвысокочастотного датчика (далее СВЧ-датчика). В установке образец ТРТ пристыкован к излучателю СВЧ-датчика с помощью держателя, выполненного в виде стакана. Диаметры образца ТРТ и держателя имеют размер больший, чем диаметр согласующего конуса излучателя. Полость камеры, расположенная напротив излучателя, заполнена наполнителем. Недостатком установки является невозможность растяжения образца для создания НДС во время проведения испытания по определению скорости горения.

Технической задачей изобретения является создание высокопроизводительной установки, позволяющей определять микроволновым методом скорость горения образцов ТРТ в НДС в широком диапазоне давлений и при различных скоростях подъема давления. В установке растяжение образца ТРТ можно осуществлять непосредственно в момент сжигания, что позволяет имитировать процесс выхода на режим РДТТ.

Поставленная задача решается тем, что в установке для определения скорости горения ТРТ, выбранной за прототип, в которой содержится образец ТРТ и асбестовый наполнитель, а на корпусе установлены СВЧ-датчик с согласующим конусом и излучателем, проведена следующая доработка. К выходу излучателя прикреплена подставка с образцом ТРТ, забронированным со стороны излучателя жидковязким негорючим материалом. Подставка крепится на излучателе с помощью отверстия, расположенного напротив центральной части образца ТРТ и перекрытого радиопрозрачной перегородкой. Этот образец выполнен в виде параллелепипеда с прикрепленными с двух сторон подвижным и неподвижным держателями. Такая форма образца позволяет его деформировать подобно тому, как деформируют при испытаниях по определению физико-механических характеристик. Неподвижный держатель закреплен на подставке, а подвижный держатель связан с помощью штока с деформирующим поршнем. Растяжение образца ТРТ осуществляется за счет перемещения поршня при подъеме давления в начале испытания, когда воспламеняется образец ТРТ. Непрерывное измерение скорости горения производится локацией поверхности горения электромагнитными волнами, проходящими от СВЧ-датчика через волновод, радиопрозрачную перегородку, вязкое бронепокрытие и слой образца ТРТ.

Внешний вид установки показан на чертеже. В корпусе 1 расположен плоский прямоугольный образец 2 ТРТ, бронированный жидковязким покрытием 5 с прикрепленными к торцам образца подвижным 3 и неподвижным 4 держателями. Неподвижный держатель 4 закреплен на подставке 6. Подвижный держатель 3 связан штоком 8 с деформирующим поршнем 7, служащим для растяжения образца. Подставка 6 крепится относительно корпуса на излучателе 9 СВЧ-датчика 10 с помощью отверстия с радиопрозрачной перегородкой 11. Давление в камере сгорания измеряется датчиком 12. Зажжение образца производится воспламенителем 13, присоединенным к гермовыводу 14. Часть свободного объема камеры заполнена наполнителем из асбестового материала 15.

Установка работает следующим образом. Перед испытанием свободный объем камеры заполняется наполнителем, объем которого определяется необходимой скоростью изменения давления при испытании. В начале испытания воспламенитель поджигает образец и в установке поднимается давление. Растяжение образца в установке происходит при срабатывании воспламенителя, когда в установке поднимается давление, воздействующее на деформирующий поршень. Растяжение также может осуществляться за счет предварительного перемещения поршня до испытания с помощью штока. Свод горения образца в НДС определяется до опыта непосредственным измерением идентичного деформированного образца, взятого из того же блока ТРТ, что и испытуемый. Во время испытания поверхность горения перемещается по направлению к подставке. В процессе горения образца приемо-передающий, малогабаритный (35х35х40 мм) СВЧ-датчик типа СФ-3ОАФ-09 излучает СВЧ-волны на частоте 10 ГГц и принимает отраженные СВЧ-волны от поверхности горения. Частично эти волны проходят дальше и поглощаются асбестовым наполнителем. Сложение падающих и отраженных СВЧ-волн приводит к появлению интерференционных колебаний, регистрируемых осциллографом. Этим же осциллографом регистрируется и давление в камере сгорания. По результатам сжигания одного образца определяется закон скорости горения в диапазоне давлений от 1 атм до максимального давления в установке Рмах аналогично, как это описано в прототипе.

При испытаниях установки было установлено, что результаты определения скорости горения плоских образцов (размером 20х40х200 мм) в диапазоне давлений от 1 до 100 атм хорошо прогнозируют скорость горения натурных РДТТ. Закон скорости горения в зависимости от давления определяется при сжигании одного образца (20 значений скорости горения с шагом 2 мм). Эти же данные могут быть получены при 20 испытаниях модельных РДТТ типа ЭД-100 с зарядами весом 2 кг каждый.

Полученные данные могут использоваться при прогнозировании скорости горения в РДТТ.