Воспламенитель твердотопливного заряда ракетного двигателя

 

Воспламенитель твердотопливного заряда ракетного двигателя содержит корпус с размещенной в нем навеской воспламенительного состава в полимерной оболочке, разделенной поперечными перемычками на секции. Корпус воспламенителя выполнен из материала с высокой теплопроводностью. Воспламенительный состав в полимерной оболочке помещен внутрь оболочки из хлопчатобумажной ткани. Корпус воспламенителя выполнен стальным. В качестве хлопчатобумажной ткани использована перкалевая ткань. В качестве полимерной пленки использована полиэтилентерефталатная пленка, ламинированная полиэтиленом. Изобретение позволит уменьшить начальные пики давления при запуске двигателя, что позволит повысить эффективность и надежность в целом. 1 з.п.ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области ракетной техники и может быть использовано при проектировании, отработке и изготовлении воспламенителей к твердотопливным зарядам ракетных двигателей (РД), газогенераторов (ГГ) пороховых аккумуляторов давления и т.п.

Известна конструкция воспламенителя, содержащего дегрессивно сгорающий заряд в тороидальном корпусе, закрепленном на теплозащитном покрытии сопла, утопленного в двигатель (патент США 3729935).

Известны воспламенители для минометного выстрела, навески воспламенительного состава которых размещены в картузах из тканевого материала, выполненных в виде кольца.

Широкое распространение получили конструкции воспламенителей в алюминиевых корпусах: патенты США 3151447, Франция 2151495.

Общим недостатком указанных конструкций является то, что воспламенение навески в них происходит чрезвычайно быстро по всему объему, что вызывает заброс начального пика давления в двигателе и негативно сказывается при эксплуатации РД (с точки зрения прочности), особенно на крайних плюсовых температурах эксплуатации.

Известны конструкции воспламенительных устройств, в которых для устранения забросов давления при высоких температурах применяют два воспламенителя (или воспламенитель, разделенный на два отделения), в которых размещается пиротехнический состав (патенты США 3731629, 3228191). При низких (отрицательных) температурах в этих устройствах срабатывают оба воспламенителя (или навеска воспламенительного состава в обоих отделениях), а при высокой (положительной) температуре срабатывает один электрозапал и соответственно один воспламенитель или одна навеска.

Известен авторегулируемый воспламенитель по патенту США 3324656, где подача продуктов сгорания к поверхности заряда регулируется в зависимости от температуры с помощью вращающегося кольца.

Некоторые из перечисленных аналогов обеспечивают в определенной степени устранение забросов давления от быстрого сгорания всей навески воспламенителя, но довольно сложны по конструкции и трудоемки по исполнению.

Наиболее близкой к патентуемой является конструкция воспламенителя по патенту России 2170842, принятая авторами за прототип.

Общими сходными признаками прототипа и заявляемой конструкции являются использование в оболочке воспламенителя полимерной пленки и выполнение воспламенителя многосекционным.

Недостатком прототипа является невозможность организации плавного (нормированного) выхода РД на рабочий режим с обеспечением минимального заброса давления в начальный период. Отдельные секции воспламенителя-прототипа легко прожигаются к-фазой электрозапала и продуктами сгорания соседних секций, что приводит практически к одновременному сгоранию всей навески воспламенительного состава. Следствием этого является существенный начальный пик давления, который обуславливает повышенную толщину камеры двигателя и снижение его эффективности (весового совершенства) в составе ракеты, а также возможные случаи загасания заряда из-за резкого, после пика, сброса давления.

Уменьшение же навески воспламенительного состава, для исключения забросов давления от воспламенителя при высоких температурах, приводит к снижению надежности воспламенения заряда при низких (отрицательных) температурах.

Технический результат изобретения заключается в повышении надежности работы ракетного двигателя за счет уменьшения начального пика давления от воспламенителя и увеличения времени его воздействия на заряд, что позволяет обеспечить стабильное и надежное воспламенение заряда, повысить техническую эффективность ракетного двигателя (газогенератора) и улучшить весогабаритные характеристики ракеты (снаряда, газогенератора) в целом.

Указанный технический результат достигается следующим образом.

Воспламенитель твердотопливного заряда ракетного двигателя содержит корпус с размещенной в нем навеской воспламенительного состава в полимерной оболочке, разделенной поперечными перемычками на секции. Корпус воспламенителя выполнен в виде тороидального кольца из материала с высокой теплопроводностью. Воспламенительный состав в полимерной оболочке дополнительно помещен внутрь оболочки из хлопчатобумажной ткани. Корпус воспламенителя выполнен стальным. В качестве хлопчатобумажной ткани использована перкалевая ткань. В качестве полимерной пленки использована полиэтилентерефталатная пленка, ламинированная полиэтиленом.

Технический результат патентуемого изобретения может быть достигнут и при выполнении корпуса в виде незамкнутого кольца, в т.ч. дугообразной формы, и в виде протяженной трубки, размещенной, например, в канале заряда. При этом профиль поперечного сечения корпуса может быть выполнен произвольной формы (прямоугольной, круговой, эллиптической, трапециевидной и т.д. ), с учетом оптимальной компоновки в конкретном ракетном энергоисточнике (ракетном двигателе, газогенераторе и др.).

Сущность изобретения поясняется следующими графическими материалами.

Фиг.1 - общий вид конструкции воспламенителя: 1 - корпус; 2 - воспламенительная навеска; 3 - полимерная оболочка; 4 - тканевая (перкалевая) оболочка.

Фиг. 2 - диаграмма "давление-время" при использовании перкалевой оболочки.

Фиг. 3 - диаграмма "давление-время" при использовании оболочки из полимерной пленки.

Фиг.4 - диаграмма "давление-время" при использовании комбинированной оболочки при положительной температуре.

Фиг.5 - диаграмма "давление-время" при использовании комбинированной оболочки при отрицательной температуре.

На фиг. 2-5 обозначено: р - давление, t - время, Т - начальная температура заряда при испытаниях, р_mах - максимальное давление.

Воспламенитель содержит корпус (1) в виде тороидального кольца, образованного дном и крышкой, выполненных из термостойкого материала с высокой теплопроводностью, например из стали, навеску (2) воспламенительного состава, заключенную в оболочку (3) из полимерной пленки и оболочку (4) из тканевого материала, разделенную поперечными перемычками (5) на секции. В такой конструкции воспламенителя газы, образовавшиеся от сгорания навески в одной из секций (зажжение которой производится от пиропатрона), проходят между внутренней поверхностью корпуса воспламенителя и наружной поверхностью оболочек последующих секций, в которых расположена остальная часть воспламенительного состава.

Так как корпус воспламенителя выполнен из термостойкого материала с высокой теплопроводностью, газы, достигая каждой последующей секции, остывают более интенсивно, отдавая часть тепловой энергии в корпус.

Размещение воспламенительной навески по секциям в комбинированной оболочке из слоя тканевого материала и слоя полимерной пленки затрудняет воспламенение ее с наружной поверхности газами, поступающими от предыдущих секций. Тканевый слой предохраняет оболочку из полимерной пленки от преждевременного вскрытия смесью газов и твердых частиц, и, благодаря наличию в комбинированной оболочке слоя из полимерной пленки и более интенсивному охлаждению газов, поступающих к каждой последующей секции, воспламенение состава в секциях происходит последовательно, со сдвигом по времени, что собственно и снижает заброс давления по сравнению с конструкциями воспламенителей, в которых навеска сгорает быстро по всему объему.

В то же время, благодаря последовательному срабатыванию секций воспламенителя со сдвигом во времени, воспламеняющие газы в этом случае воздействуют на заряд более длительное время, что способствует надежности воспламенения.

Пример конкретного исполнения патентуемой конструкции воспламенителя: - тороидальный кольцевой стальной корпус с габаритным диаметром - 160 мм: - воспламенительная навеска - 150 г дымного ружейного пороха; - материал полимерной оболочки - полиэтилентерефталатная пленка, ламинированная полиэтиленом толщиной 60 мкм; - материал тканевой оболочки - перкаль; - количество секций - 5.

В процессе огневых стендовых испытаний в составе двигателя подтверждена работоспособность воспламенителя при зажжении заряда твердого ракетного топлива из баллиститного топлива массой 7,5 кг.

Эффективность изобретения оценивалась сравнительными огневыми испытаниями в составе стендового двигателя:
- диаграмма "давление-время" при испытаниях РД с воспламенителем в однослойной оболочке из перкалевой ткани (фиг.2);
- диаграмма "давление-время" с воспламенителем из полимерной пленки (фиг.3);
- диаграмма "давление-время" с воспламенителем, в котором навеска воспламенительного состава заключена в полимерную пленку, размещенную внутри картуза из хлопчатобумажной ткани (перкаля), разделенного на секции (фиг.4).

Как видно из приведенных на фиг.24 диаграмм, заброс пика давления существенно уменьшается при применении воспламенителя патентуемой конструкции (диаграмма фиг.4).

На фиг. 5 приведена диаграмма "давление-время" при испытаниях двигателя заявляемой конструкции воспламенителя при отрицательной температуре, которая свидетельствует о надежном воспламенении заряда.

Формула изобретения

1. Воспламенитель твердотопливного заряда ракетного двигателя, содержащий корпус с размещенной в нем навеской воспламенительного состава в полимерной оболочке, разделенной поперечными перемычками на секции, отличающийся тем, что в нем корпус воспламенителя выполнен из материала с высокой теплопроводностью, а воспламенительный состав в полимерной оболочке помещен внутрь оболочки из хлопчатобумажной ткани, при этом корпус выполнен стальным, в качестве хлопчатобумажной ткани использована перкалевая ткань, а в качестве полимерной пленки - полиэтилентерефталатная пленка, ламинированная полиэтиленом.

2. Воспламенитель по п. 1, отличающийся тем, что корпус выполнен в виде тороидального кольца.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5