RU2131053C1 - Solid propellant charge for dual thrust rocket engine - Google Patents

Abstract

FIELD: rocket engine; provision of stepped changing of engine thrust. SUBSTANCE: charge has splitter plate between its parts which is made in form of gasless burning grain. This provides reliable cutoff of thrust for preset time interval without complicating the design of charge and introducing special design members into engine. EFFECT: enhanced reliability of engine. 1 dwg

Description

Изобретение относится к области ракетной техники, а именно к конструкциям твердотопливных зарядов, предназначенных для обеспечения ступенчатого изменения тяги ракетного двигателя, и может быть использовано для твердотопливных изделий различного назначения. The invention relates to the field of rocket technology, and in particular to designs of solid propellant charges designed to provide a step change in the thrust of a rocket engine, and can be used for solid fuel products for various purposes.

Поиск, проведенный по отечественным и зарубежным источникам информации, показал, что в технике известны различные конструкции твердотопливных зарядов с двумя и более режимами работы (ступенями тяги). Ступенчатое изменение тяги можно обеспечить в двигателе двумя способами. Первый способ основан на том, что заряд изготавливается в виде моноблока из одной марки топлива, но разные его части обеспечивают разные время и поверхность горения (см. А.М. Винницкий. Ракетные двигатели на твердом топливе, стр.277). Чаще применяют второй способ - так называемые комбинированные заряды, состоящие из нескольких отдельных частей, различающихся по конструкции и (или) составу топлива (см. И.Х.Фахрутдинов, А.В.Котельников. Конструкция и проектирование ракетных двигателей твердого топлива, стр.60). A search conducted by domestic and foreign sources of information showed that various designs of solid propellant charges with two or more operating modes (traction steps) are known in the art. Step change in traction can be provided in the engine in two ways. The first method is based on the fact that the charge is made in the form of a monoblock from one brand of fuel, but its different parts provide different time and surface of combustion (see AM Vinnitsky. Solid propellant rocket engines, p. 277). The second method is often used - the so-called combined charges, consisting of several separate parts that differ in fuel design and (or) composition (see I.Kh. Fakhrutdinov, A.V. Kotelnikov. Design and engineering of solid propellant rocket engines, p. 60).

В случаях, когда возникает необходимость прекращения действия тяги между режимами (отсечки тяги) применяют гашение заряда с повторным запуском. Недостатком конструкций зарядов с повторным запуском является необходимость введения дополнительных элементов конструкции (емкости с гасящим веществом, системы его подачи в камеру сгорания, системы повторного воспламенения заряда) и, как следствие, ухудшение весовых характеристик двигательной установки в целом. In cases where there is a need to terminate the thrust between the modes (cut-off thrust), charge quenching with a restart is used. The disadvantage of charge-launch designs with restarting is the need to introduce additional structural elements (tanks with a quenching substance, a system for supplying it to the combustion chamber, a system for re-igniting a charge) and, as a result, deterioration in the weight characteristics of the propulsion system as a whole.

Наиболее близкой по функциональному назначению и совокупности существенных признаков к заявляемой является конструкция заряда твердого топлива, описанная в заявке ФРГ N 2458180 под названием "Разделительная стенка для ракетного двигателя (с двумя или несколькими независимыми фазами тяги)". Заряд в данной конструкции выполнен из двух блоков, между которыми расположена разделительная стенка двигателя, изолирующая блоки друг от друга, для обеспечения возможности отсечки тяги между двумя режимами. Запуск блоков осуществляется отдельно при помощи нескольких (по количеству блоков) воспламенителей. Таким образом отсечка тяги достигается интервалом времени между запусками. The closest in functionality and combination of essential features to the claimed one is the solid fuel charge design described in the FRG application N 2458180 under the name "Separation wall for a rocket engine (with two or more independent thrust phases)." The charge in this design is made of two blocks, between which there is a dividing wall of the engine, isolating the blocks from each other, to provide the possibility of cutting off the thrust between the two modes. The launch of the blocks is carried out separately with the help of several (by the number of blocks) igniters. Thus, traction cutoff is achieved by the time interval between starts.

Недостатком конструкции прототипа является применение разделительной стенки двигателя для обеспечения отсечки тяги и, как следствие, необходимость использования нескольких воспламенителей с соответствующими элементами командной системы, что в конечном счете усложняет конструкцию двигательной установки и ухудшает ее весовые характеристики. The disadvantage of the design of the prototype is the use of the dividing wall of the engine to ensure traction cutoff and, as a consequence, the need to use several ignitors with the corresponding elements of the command system, which ultimately complicates the design of the propulsion system and worsens its weight characteristics.

Задачей настоящего изобретения является разработка конструкции заряда твердого топлива для ракетного двигателя с двумя или более ступенями тяги с промежуточной отсечкой тяги, которая позволяет упростить конструкцию двигателя и улучшить его весовые характеристики. The objective of the present invention is to develop a solid fuel charge structure for a rocket engine with two or more thrust levels with an intermediate thrust cutoff, which allows to simplify the engine design and improve its weight characteristics.

Поставленная задача решается тем, что разделительная перегородка между частями заряда твердого топлива для ракетного двигателя с двумя или более ступенями тяги выполнена в виде шашки безгазового горения. The problem is solved in that the dividing wall between the parts of the charge of solid fuel for a rocket engine with two or more stages of traction is made in the form of gas-free combustion checkers.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, на котором приняты следующие обозначения: 1 - корпус двигателя; 2 - сопловый блок; 3 - воспламенитель; 4 - части заряда; 5 - шашка безгазового горения (разделительная перегородка). The essence of the invention is illustrated in the drawing, which adopted the following notation: 1 - engine housing; 2 - nozzle block; 3 - igniter; 4 - parts of the charge; 5 - gas-free combustion checker (dividing wall).

Заряд работает следующим образом. Посредством воспламенителя 3 зажигается часть заряда 4, расположенная ближе к сопловому блоку 2. Эта часть заряда в большинстве случаев служит для обеспечения стартового режима работы двигателя. Одновременно (или после сгорания указанной части заряда) происходит воспламенение шашки безгазового горения 5, в результате чего после сгорания стартового заряда определенный промежуток времени газоприход в камере сгорания, а следовательно, и расход через сопло, практически равны нулю, т.е. происходит отсечка тяги. Это важно, например, при необходимости обеспечения отсутствия потока горячих газов из сопла в момент выхода ракеты из ствола гранатомета. После того, как отработала шашка безгазового горения, последняя воспламеняет головную часть заряда 4, под давлением вновь образующихся газов твердая фаза продуктов горения шашки безгазового горения уносится через сопло. Головная часть заряда обеспечивает, как правило, маршевый режим работы двигателя. Таким образом данный заряд позволяет обеспечить две или более ступени двигателя с возможностью отсечки тяги между режимами без применения каких-либо дополнительных конструктивных элементов. Разделительная перегородка в этом случае становится элементом заряда и несет дополнительные функции воспламенителя и командного устройства. The charge works as follows. By means of the igniter 3, a part of the charge 4 is lit, which is closer to the nozzle block 2. This part of the charge in most cases serves to ensure the starting mode of the engine. At the same time (or after combustion of the indicated part of the charge), the gasless combustion checkers 5 ignite, as a result of which after the starting charge is burned, a certain period of time the gas inlet in the combustion chamber, and therefore the flow rate through the nozzle, are practically zero, i.e. traction is cut off. This is important, for example, if it is necessary to ensure that there is no flow of hot gases from the nozzle at the time the rocket leaves the grenade launcher barrel. After the gas-free combustion checker has worked out, the latter ignites the head part of the charge 4, under the pressure of the newly formed gases, the solid phase of the combustion products of the gas-free checker is carried out through the nozzle. The head part of the charge provides, as a rule, the marching mode of operation of the engine. Thus, this charge allows you to provide two or more stages of the engine with the ability to cut off the thrust between the modes without the use of any additional structural elements. The separation wall in this case becomes an element of charge and carries additional functions of the igniter and command device.

Предложенная конструкция заряда отличается от прототипа выполнением разделительной перегородки в виде шашки безгазового горения, расположенной между частями заряда. Конструкции заряда такого исполнения в технике неизвестны, следовательно предложение обладает новизной. The proposed charge design differs from the prototype in the implementation of the separation partition in the form of a gas-free combustion checker located between the parts of the charge. The charge structures of such a design are unknown in the technique; therefore, the proposal is novel.

Чем надежнее у прототипа обеспечивается функция отсечки тяги между режимами работы двигателя, тем более сложные и громоздкие элементы необходимы вводить в конструкцию двигателя. Предлагаемая конструкция заряда устраняет это противоречие путем введения между частями заряда шашки безгазового горения, что существенно не усложняет конструкцию заряда и одновременно позволяет надежно отсекать тягу на заданный промежуток времени без введения в конструкцию двигателя специальных конструктивных элементов. Данное техническое решение не было очевидным для специалистов, так как при многообразии конструкций зарядов аналогичного назначения, конструкция в данном виде предложено впервые. Таким образом, сказанное дает основание считать данное техническое решение обладающим изобретательским уровнем. The more reliable the prototype provides the cut-off function between engine operating modes, the more complex and bulky elements must be introduced into the engine design. The proposed design of the charge eliminates this contradiction by introducing gasless checkers between the parts of the charge, which does not significantly complicate the design of the charge and at the same time allows reliably cutting off the thrust for a given period of time without introducing special structural elements into the engine design. This technical solution was not obvious to specialists, since with a variety of designs of charges of a similar purpose, the design in this form was proposed for the first time. Thus, the foregoing gives reason to consider this technical solution as inventive.

Предложенная конструкция заряда не вызовет затруднений при изготовлении. Части заряда можно формовать последовательно, непосредственно в корпус двигателя. Необходимость в применении зарядов, способных обеспечивать различные работы двигателя с возможностью отсечки тяги между режимами, конструкция которых одновременно позволяет упростить двигатель и улучшить его весовые характеристики, не вызывает сомнений. Таким образом предложение обладает промышленной применимостью. The proposed design of the charge will not cause difficulties in the manufacture. Parts of the charge can be molded sequentially directly into the engine housing. The need for the use of charges capable of providing various engine operations with the ability to cut off thrust between modes, the design of which at the same time simplifies the engine and improves its weight characteristics, is beyond doubt. Thus, the proposal has industrial applicability.

Claims (1)

Заряд твердого топлива для ракетного двигателя с двумя или более ступенями тяги и разделительной перегородкой, состоящий по меньшей мере из двух газогенерирующих частей, отличающийся тем, что разделительная перегородка между его частями, обеспечивающая отсечку тяги после сгорания стартового заряда, выполнена в виде шашки безгазового горения. The charge of solid fuel for a rocket engine with two or more stages of traction and a separation wall, consisting of at least two gas generating parts, characterized in that the separation wall between its parts, which provides cut-off thrust after the combustion of the starting charge, is made in the form of gas-free combustion checkers.