Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ УТИЛИЗАЦИИ РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА

Изобретение относится к области ракетной техники и может быть использовано при утилизации ракетных двигателей твердого топлива (РДТТ) предпочтительно малого и среднего калибров.

Известен способ утилизации РДТТ с зарядом смесевого твердого ракетного топлива (ТРТ) по патенту RU 2064659, заключающийся в том, что осуществляют механическое размельчение заряда с последующим растворением перхлората аммония (ПХА) - основного компонента ТРТ с помощью гидроксида натрия. Указанный способ характеризуется высокой трудоемкостью и длительностью.

Известен также способ утилизации РДТТ путем выжигания скрепленного с корпусом заряда ТРТ по патенту RU 2021560, по которому канал заряда заполняют хладагентом, устанавливают утилизируемый РДТТ соплом вверх и в условиях стенда (полигона) осуществляют запуск РДТТ и выжигают СТРТ из корпуса. Способ по патенту RU 2021560, МПК F23G 7/00, заявлен 15.04.93, опубликован 15.10.94 принят авторами за прототип.

Недостатками способа-прототипа являются высокие финансово-экономические издержки при его реализации, связанные с подготовкой к транспортированию, порой весьма протяженному и длительному к местам утилизации (полигонам, стендам). Сам процесс доставки к оборудованным местам утилизации не всегда безопасен, особенно в случае транспортирования РДТТ, с истекшими (продленными) сроками эксплуатации.

Технической задачей патентуемого изобретения является разработка простого, с повышенными надежностью и безопасностью способа утилизации РДТТ (путем выжигания ТРТ из корпуса) малого и среднего калибров (диаметр до 0,5 м, масса до 500 кг) в полевых условиях (как правило, вблизи технических позиций эксплуатируемых ракетных систем либо арсеналов), обеспечивающего уменьшение отрицательного воздействия на экологию окружающей среды при сокращенных финансовых затратах.

Технический результат изобретения заключается в разработке способа утилизации РДТТ путем выжигания заряда твердого ракетного топлива из корпуса РДТТ в полевых условиях, при этом в переднем днище РДТТ до выжигания заряда выполняют кольцевое ослабление - проточку из условия вскрытия днища по кольцевому ослаблению при давлении в корпусе 5÷25 кгс/см², внешний диаметр которой (Д) соответствует соотношению

где F_кр - площадь критического сечения сопла РДТТ;

Р_рд - рабочее давление в корпусе РДТТ при F_кр;

Р_урд - давление в корпусе утилизируемого РДТТ при наличии F_кр и дополнительного отверстия F_до в переднем днище двигателя;

ν - показатель степени в степенном законе скорости горения твердого ракетного топлива при температуре окружающей среды при проведении утилизации РДТТ.

Размещают утилизируемый РДТТ в заглубленном в грунт пространстве - яме, глубина которой составляет не менее двух калибров утилизируемого РДТТ, оснащают утилизируемый РДТТ линией подачи импульса на пусковой пиропатрон и осуществляют дистанционный запуск РДТТ с безопасного расстояния.

Сущность изобретения заключается в обеспечении при выжигании ТРТ дополнительным отверстием переднюю крышку утилизируемого РДТТ, что позволяет, с одной стороны, обеспечить пониженный, безопасный (исключающий разрушение утилизируемого РДТТ) уровень давления в камере сгорания (КС), с другой стороны, за счет критического истечения продуктов сгорания (ПС) из КС, в основном, осуществить дожигание окисей азота, углерода и других компонентов ПС ТРТ в КС, что способствует снижению отрицательного воздействия последних при проведении выжигания ТРТ (огневых испытаний) на экологию окружающей среды. При этом непосредственно функционирование утилизируемого РДТТ осуществляют при давлении в КС в 3...5 (и менее) раз меньше (фиг.1) предусмотренного для его эксплуатации. Обеспечение критических условий истечения ПС твердого ракетного топлива (ТРТ) заряда осуществляют за счет реализации в переднем днище РДТТ дополнительного отверстия площадью F_до, получаемого за счет кольцевой проточки (ослабления) с внешним диаметром Д. Соотношение для Д получено из следующих соображений.

Для квазистационарного режима работы РДТТ справедливо [Шапиро Я.М., Мазинт Г.Ю., Прудников Н.Е., Теория ракетного двигателя на твердом топливе, М., 1966, стр.69]:

где S - площадь горящей поверхности заряда;

u=u₁p^v - скорость горения ТРТ;

αA - коэффициент истечения;

F_кр - площадь критического сечения сопла РДТТ;

Р - давление в КС РДТТ;

γ - плотность ТРТ.

С учетом вышеизложенного, для РДТТ без дополнительного отверстия (F_до) имеем

Для РДТТ с дополнительным отверстием имеем

В соотношениях [2], [3]:

Р_рд - рабочее давление в РДТТ без дополнительного отверстия;

Р_урд - рабочее давление в утилизируемом РДТТ с дополнительным отверстием;

Из соотношений [2], [3], [4] следует

В случае выполнения кольцевой проточки (ослабления), учитывая что

имеем

где π=3, 14, Д - диаметр кольцевой проточки - ослабления по внешнему диаметру.

В соответствии с технической задачей в патентуемом техническом решении должна обеспечиваться надежность и безопасность при утилизации и минимально вредное воздействие на экологию окружающей среды.

Надежность и безопасность при утилизации РДТТ по предлагаемому способу достигается (фиг.2) за счет предельно возможного снижения рабочего давления в КС утилизируемого РДТТ (25 кгс/см² и менее) до уровня устойчивого нижнего предела по горению ТРТ с учетом обеспечения герметичности двигателя (за счет выполнения кольцевой проточки - ослабления (8) в переднем днище (7) без разгерметизации двигателя) до момента сжигания твердотопливного заряда (3), а также существенного снижения уровня давления в РДТТ, а вредное минимальное воздействие на экологию окружающей среды - за счет обеспечения эффективного дожигания ПС в КС утилизируемого РДТТ при критическом истечении ПС.

Обеспечение в процессе утилизации (выжигания ТРТ) в переднем днище РДТТ отверстия площадью F_до позволяет также полностью или в значительной степени "обнулить" тягу по оси утилизируемого РДТТ и тем самым исключить либо существенно уменьшить как вероятность срыва (фиг.3) утилизируемого РДТТ (11) с места крепления ложементов (12), хомутов (13), так и разрушение РДТТ при проведении огневого испытания при утилизации. Заглубление утилизируемого РДТТ в грунт на глубину не менее 2 калибров практически исключает вылет РДТТ из заглубления при срыве последнего с крепления. Обеспечение дистанционной подачи (14) импульса на пиропатрон способствует безопасности проведения утилизации.

Сущность изобретения поясняется на чертежах.

Фиг.1 Диаграмма «давление-время»

Р - давление;

τ - время;

1 - для «боевого» РДТТ;

2 - для утилизируемого РДТТ.

Фиг.2 Конструкция утилизируемого РДТТ, подготовленного к выжиганию топлива

3 - твердотопливный заряд;

4 - корпус РДТТ;

5 - заднее днище;

6 - сопло;

7 - переднее днище;

8 - кольцевая проточка;

9 - узел воспламенения;

10 - пиропатрон.

Фиг.3 Схема установки утилизируемого РДТТ для проведения выжигания ТРТ (огневого сжигания)

11 - РДТТ;

12 - ложемент;

13 - хомут;

14 - линия подачи электроимпульса на пиропатрон.

Пример реализации способа.

Утилизации подвергался стартовый РДТТ ракеты с прочноскрепленным зарядом ТРТ. Масса заряда 480 кг, калибр РДТТ 0,5 м, ν=0,35, F_кр=266 см², Р_рд=75 кгс/см². В передней крышке РДТТ выполняли кольцевую проточку - ослабление, обеспечивающую при вскрытии крышки по проточке дополнительное отверстие F_до, рассчитанное по соотношению [5]:

РДТТ размещали (фиг.3) в заглубленном в фунт объеме-яме, обеспечивая глубину заглубления относительно оси РДТТ не менее двух калибров РДТТ, с обеспечением от переднего и заднего днищ РДТТ (11) расстояний до стенок заглубления не менее 7 калибров РДТТ. Подачу импульса (14) на пусковой пиропатрон РДТТ осуществляли дистанционно из заглубленного укрытия. Выжигание заряда прошло удовлетворительно (полностью, до стенок КС) без разрушения РДТТ.