RU201021U1 - VORTEX TYPE AFTERBURNER CHAMBER - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к устройству, входящему в состав ракетного двигателя неуправляемого реактивного снаряда.Предложено устройство обеспечивающее организацию вихревого процесса в ракетном двигателе на твердом топливе благодаря наличию высокой степени турбулизации потока, в результате чего увеличивается скорость горения твердого ракетного топлива, что в свою очередь обеспечивает увеличение полноты заполнения камеры сгорания твердого ракетного топлива без увеличения калибра реактивного снаряда и следовательно массы заряда, а организация закрученного истечения в предсопловом объеме камеры сгорания приводит к увеличению полноты сгорания топлива за счет снижения выброса несгоревших частиц.Полезная модель может быть использована для обеспечения полноты сгорания твердого ракетного топлива, увеличения скорости его горения, а также увеличения давления в камере ракетного двигателя, что обеспечит увеличение скорости схода реактивного снаряда с пусковой направляющей и увеличение дальности стрельбы реактивным снарядом.The utility model relates to a device included in the rocket engine of an unguided rocket. The proposed device provides the organization of a vortex process in a solid fuel rocket engine due to the presence of a high degree of flow turbulence, as a result of which the combustion rate of solid rocket fuel increases, which in turn provides an increase completeness of filling the combustion chamber of solid propellant without increasing the caliber of the rocket and, consequently, the mass of the charge, and the organization of swirling outflow in the pre-nozzle volume of the combustion chamber leads to an increase in the completeness of fuel combustion by reducing the emission of unburned particles. The useful model can be used to ensure the completeness of combustion of a solid rocket fuel, an increase in the rate of its combustion, as well as an increase in pressure in the rocket engine chamber, which will ensure an increase in the rate of descent of the rocket from the launch rail and an increase in the range spruce rocket projectile.

Description

Полезная модель относится к устройству, входящему в состав ракетного двигателя неуправляемого реактивного снаряда.The utility model relates to a device included in the rocket engine of an unguided missile.

Предложено устройство (фиг. 1) для обеспечения вихревого течения в ракетном двигателе на твердом топливе к неуправляемому реактивному снаряду представляет собой конструктивное решение, выполненное в виде срезанного конуса с двенадцатью заходами (щелями) на его конической образующей, расположенными в два ряда под углом 45° к оси конуса, направленные в противоположные направления и соединенные с центральным отверстием выполненным по оси конуса, при этом, к образующей конуса имеющего диаметр прикреплен фланец формирующий замкнутое пространство камеры дожигания, устанавливаемого вместо штатной диафрагмы перед соплом реактивного снаряда и обеспечивающим организацию вихревого процесса в ракетном двигателе, что приводит к увеличению полноты сгорания твердого ракетного топлива за счет снижения выброса несгоревших частиц.The proposed device (Fig. 1) for providing a vortex flow in a solid-fuel rocket engine to an unguided rocket is a design solution made in the form of a cut cone with twelve approaches (slots) on its conical generatrix, located in two rows at an angle of 45 ° to the axis of the cone, directed in opposite directions and connected to the central hole made along the axis of the cone, while a flange is attached to the generatrix of the cone having a diameter, forming a closed space of the afterburner chamber, installed instead of the standard diaphragm in front of the rocket nozzle and ensuring the organization of the vortex process in the rocket engine , which leads to an increase in the completeness of combustion of solid propellant by reducing the emission of unburned particles.

Анализ конструктивных схем реактивных снарядов (PC) показал, что применяемые в PC ракетные двигатели на твердом топливе (РДТТ), представляют собой однокамерные, с баллиститным или смесевым твердым ракетным топливом (ТРТ). Эффективность боевого применения неуправляемых реактивных снарядов прямо пропорционально зависит от разброса внутрибаллистических и тяговых характеристик номинального режима функционирования РДТТ. Поэтому для обеспечения этого режима функционирования в их конструкции применяются различные способы регулирования внутрибаллистических процессов и наиболее предпочтительными являются способы изменения: площади критического сечения сопла; скорости горения ТРТ; поверхности горения ТРТ.An analysis of the design diagrams of rockets (PC) showed that the solid-propellant rocket engines (solid propellants) used in the PC are single-chamber, with ballistic or composite solid rocket fuel (TRT). The effectiveness of the combat use of unguided rockets is directly proportional to the spread of intraballistic and thrust characteristics of the nominal mode of operation of solid propellants. Therefore, to ensure this mode of operation in their design, various methods are used to regulate the intraballistic processes, and the most preferable methods are to change: the nozzle throat area; burning rate of TPT; combustion surface of TPT.

При выборе закручивающего устройства решающим фактором является его эффективность, в общем случае интерес представляют: характеристики камеры сгорания; оптимальный угол закрутки потока; интенсивность закрутки и форма обтекателя.When choosing a swirling device, the decisive factor is its efficiency, in general, of interest are: characteristics of the combustion chamber; optimal flow swirl angle; swirl intensity and shape of the fairing.

Вихревая камера дожигания должна обеспечивать: высокую эффективность сгорания (полнота и быстрота догорания частиц ТРТ); устойчивую работу (стабильное воспроизводство баллистических параметров от выстрела к выстрелу); малые гидравлические потери давления; малый размер.The vortex afterburner must provide: high combustion efficiency (completeness and speed of afterburning of TPT particles); stable operation (stable reproduction of ballistic parameters from shot to shot); low hydraulic pressure loss; small size.

В настоящее время известны закручивающие устройства, которые наиболее часто применяются в технике и подразделяются в зависимости от количества заходов и геометрического тела, положенных в основу их конструкции на шнековые и тангенциальные.Currently known swirling devices, which are most often used in technology and are subdivided, depending on the number of entries and the geometric body, which are the basis of their design into screw and tangential.

Анализ результатов проводимых экспериментальных исследований показал, что рециркуляционные зоны в потоке за закручивающими устройствами с тангенциальным подводом в общем случае меньше при том же значении параметра закрутки, чем за лопаточными завихрителями, поскольку при одинаковых значениях параметра закрутки поток массы в устройствах одинаков, то очевидно, что в более компактной зоне обратных токов за закручивающим устройством с тангенциальным подводом реализуются большие скорости течения, большие градиенты скорости, более высокие уровни турбулентности и интенсивности смешения.The analysis of the results of the conducted experimental studies showed that the recirculation zones in the flow behind the swirling devices with a tangential supply in the general case are smaller at the same value of the swirl parameter than behind the blade swirlers, since at the same values of the swirling parameter the mass flow in the devices is the same, it is obvious that in a more compact zone of return currents behind the swirling device with tangential supply, high flow rates, high velocity gradients, higher levels of turbulence and mixing intensity are realized.

Для того чтобы минимизировать гидравлические потери в воздушном тракте вихревого устройства, параметр закрутки стремятся сделать минимально возможным, за счет чего минимизируется влияние осевого вихревого ядра (ВЯ) на поток. Для устранения зоны обратных токов подача газового потока в закручивающееся устройство осуществляется через три контура (осевой и два тангенциальных) с различной степенью закрутки в каждом из них. Несомненно, что различия в скоростях газовых потоков способствуют ослаблению прецессии ВЯ. Воздействие ВЯ на поток сводится, таким образом, к минимуму, и факторами определяющими смешение, являются различие скоростей в отдельных слоях и наличие диффузора за завихрителем. Возможность включения рассматриваемых завихрителей в конструкцию газодинамического тракта РДТТ показывает, что с точки зрения схожести с диафрагмами крепления зарядов в камерах PC наиболее приемлемыми являются тангенциальные закручивающие устройства.In order to minimize hydraulic losses in the air path of the vortex device, the swirl parameter is aimed at making the minimum possible, thereby minimizing the influence of the axial vortex core (VC) on the flow. To eliminate the zone of reverse currents, the gas flow is fed into the swirling device through three circuits (axial and two tangential) with different degrees of swirling in each of them. Undoubtedly, differences in the velocities of gas flows contribute to the weakening of the WP precession. The impact of the air cell on the flow is thus reduced to a minimum, and the factors determining the mixing are the difference in velocities in individual layers and the presence of a diffuser behind the swirler. The possibility of including the considered swirlers in the design of the gas-dynamic duct of solid propellant rocket motors shows that, from the point of view of similarity with diaphragms for holding charges in PC chambers, tangential swirling devices are the most acceptable.

Подтверждением в пользу использования тангенциальных устройств служат результаты экспериментальных исследований по проверке гипотезы о влиянии закручивания потока продуктов сгорания ТРТ на полноту завершения реакций в камере сгорания с определением относительной дымности продуктов сгорания, вытекающих из сопла. Результаты исследований для двух типов ТРТ представлены в таблице.Confirmation in favor of the use of tangential devices are the results of experimental studies to test the hypothesis about the effect of swirling the flow of TPT combustion products on the completeness of the completion of reactions in the combustion chamber with the determination of the relative opacity of combustion products flowing from the nozzle. The research results for two types of TRT are presented in the table.

Приведенные данные позволяют утверждать об увеличении завершенности реакций в дымогазовой смеси продуктов сгорания при организации вихревого дожигания, о чем свидетельствует уменьшение дымности, а наиболее эффективным закручивающим устройством является тангенциально-щелевой завихритель (камера дожигания вихревого типа).The data presented make it possible to assert an increase in the completion of reactions in the smoke-gas mixture of combustion products during the organization of vortex afterburning, as evidenced by a decrease in smoke, and the most effective swirling device is a tangential-slot swirler (vortex-type afterburner).

Для определения содержания активного алюминия в шлаках продуктов сгорания проводилось сжигание смесевого топлива с содержанием 7% А1 и баллиститного ТРТ с содержанием 5% Аl при массе зарядов 0,3 кг и расширении сопла d_a/d_кр=1, при этом фиксировался удельный импульс силы тяги. Определение активного алюминия проводилось волюметрическим методом, согласно ГОСТ 5494-50, результаты представлены на фиг. 2 и фиг. 3.To determine the content of active aluminum in the slag of combustion products, a mixed fuel with a content of 7% A1 and a ballistic TPT with a content of 5% Al with a charge mass of 0.3 kg and nozzle expansion d _a / d _cr = 1 were burned, while the specific impulse of force was recorded traction. The determination of active aluminum was carried out by volumetric method, according to GOST 5494-50, the results are presented in Fig. 2 and FIG. 3.

Представленные данные показывают, что наибольшее количество активного алюминия соответствует осевому истечению во всем интервале давлений. При закрученном истечении продуктов горения ТРТ активного алюминия в шлаках содержится значительно меньше, особенно это относится к результатам сжигания баллиститного ТРТ, где разница в остатках достигает 45…50%.The presented data show that the largest amount of active aluminum corresponds to axial outflow in the entire pressure range. With a swirling outflow of combustion products of TPT of active aluminum, the slag contains much less, especially this relates to the results of combustion of ballistic TPT, where the difference in residues reaches 45 ... 50%.

Представленные экспериментальные данные позволяют предполагать, что использование закручивающих устройств позволит увеличить удельный импульс силы тяги и полноту сгорания ТРТ в пределах камеры сгорания РДТТ.The presented experimental data allow us to assume that the use of swirling devices will increase the specific impulse of the thrust force and the combustion efficiency of the TRT within the solid propellant rocket engine.

Организация вихревого процесса в камере сгорания, как указывалось ранее, приведет к уменьшению выброса несгоревших частиц топлива, что обеспечит уменьшение разброса тяговых характеристик РДТТ и тем самым улучшит характеристики рассеивания PC по дальности и благоприятным образом скажется на характеристиках рассеивания PC по направлению.The organization of the vortex process in the combustion chamber, as mentioned earlier, will lead to a decrease in the emission of unburned fuel particles, which will provide a decrease in the scatter of the thrust characteristics of solid propellant rocket motors and thereby improve the characteristics of the dispersion of the PC along the range and will have a favorable effect on the characteristics of the dispersion of the PC in the direction.

Источники информации:Sources of information:

1. Ганичев А.Н., Денежкин Г.А. и др. Реактивное оружие залпового огня. - М.: ЦНИИНТИ, 1974. - 96 с.1. Ganichev A.N., Denezhkin G.A. and others. Multiple rocket launchers. - M .: TSNIINTI, 1974 .-- 96 p.

2. Караулов Н.И., Богомолов А.И. Требования современного общевойскового боя к ракетно-артиллерийскому и танковому вооружению Сухопутных войск: Учебное пособие. - Изд-во МО РФ, - 2000. - 93 с.2. Karaulov N.I., Bogomolov A.I. Requirements of modern combined arms combat for rocket-artillery and tank armament of the Ground Forces: a textbook. - Publishing house of the Ministry of Defense of the Russian Federation, - 2000. - 93 p.

3. Пат. 176826 С2 Российская Федерация, МПК F42B 9/28 Реактивный снаряд с однокамерным двухрежимным двигателем тангенциально радиального истечения продуктов сгорания / Курков С.Н., Михеенко М.А., Савченко Ф.А., Фазази X., Шпагин Ю.Б.; заявитель и патентообладатель филиал ВА МТО Пенза. - №2017107646; заявл. 17.03.2017; опубл. 30.01.2018, Бюл. №2. - 5 с.3. Pat. 176826 С2 Russian Federation, IPC F42B 9/28 Rocket projectile with a single-chamber dual-mode engine of tangentially radial outflow of combustion products / Kurkov S.N., Mikheenko M.A., Savchenko F.A., Fazazi Kh., Shpagin Yu.B .; applicant and patentee branch VA MTO Penza. - No. 2017107646; declared 03/17/2017; publ. 30.01.2018, Bul. # 2. - 5 p.

Claims (1)

Устройство для обеспечения вихревого течения в ракетном двигателе на твердом топливе к неуправляемому реактивному снаряду, характеризующееся тем, что оно выполнено в виде срезанного конуса с двенадцатью заходами - щелями на его конической образующей, расположенными в два ряда под углом 45° к оси конуса, направленными в противоположные стороны и соединенными с центральным отверстием, выполненным по оси конуса, при этом к образующей конуса прикреплен фланец, формирующий замкнутое пространство камеры дожигания перед соплом реактивного снаряда для организации вихревого процесса в ракетном двигателе и увеличения полноты сгорания твердого ракетного топлива за счет снижения выброса несгоревших частиц.A device for providing a vortex flow in a solid fuel rocket engine to an unguided rocket, characterized in that it is made in the form of a cut cone with twelve approaches - slots on its conical generatrix, located in two rows at an angle of 45 ° to the axis of the cone, directed to opposite sides and connected to the central hole made along the axis of the cone, while a flange is attached to the generatrix of the cone, which forms the closed space of the afterburner chamber in front of the rocket nozzle for organizing the vortex process in the rocket engine and increasing the combustion efficiency of solid rocket fuel by reducing the emission of unburned particles ...

Images