RU2802249C1 - Топливная ячейка из твердотопливных гранул - Google Patents
Топливная ячейка из твердотопливных гранул Download PDFInfo
- Publication number
- RU2802249C1 RU2802249C1 RU2022134862A RU2022134862A RU2802249C1 RU 2802249 C1 RU2802249 C1 RU 2802249C1 RU 2022134862 A RU2022134862 A RU 2022134862A RU 2022134862 A RU2022134862 A RU 2022134862A RU 2802249 C1 RU2802249 C1 RU 2802249C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fuel
- pellets
- fuel cell
- solid
- solid fuel
- Prior art date
Links
Abstract
Изобретение относится к области ракетной техники, а именно к конструкциям сгорающих зарядов твердого топлива и топливным ячейкам. Топливная ячейка из твердотопливных гранул состоит из гранул твердого топлива, заключенных в полимерную оболочку, согласно изобретению каждая гранула имеет полимерную оболочку, форма гранул сферическая или овально-сферическая, и в одной топливной ячейке находятся гранулы разного размера, образуя равномерно хаотично расположенные межгранулярные полости. Объем межгранулярных полостей составляет от 10 до 20% от объема топливной ячейки. Изобретение обеспечивает повышение удельного содержания твердого топлива с разветвленной сетью пор для газопроницаемости. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Изобретение относится к области ракетной техники, а именно к конструкциям сгорающих зарядов твердого топлива и топливным ячейкам, которые могут быть использованы в двигателях глубокого регулирования тяги на твердом топливе, а также изобретение может быть использовано в авиационной технике и ракетостроении, например, в беспилотных летательных аппаратах, для газогенераторов на твердом топливе.
Известен заряд твердого ракетного топлива (патент RU 2213719, МПК C06B21/00, F02K9/10, опубл. 10.10.2003), который выполнен в виде шашки и содержит армирующий элемент, представляющий собой ячеистую несущую конструкцию в виде пересекающихся связующих элементов. Армирующий элемент выполнен из ячеистого пористого материала (ЯПМ) объемной структуры по форме заряда, с размером ячеек 1-10 мм армирующего материала при толщине перемычек 0,2-2 мм, пористости ячеистого материала 60-98%, заполненного топливом. В армирующем материале в направлении движения топливной массы при заполнении выполнены в шахматном порядке глухие каналы диаметром в 5-10 раз больше размера ячеек несущей конструкции ЯПМ. Недостатком данного изобретения является наличие возможности газопроницаемости только по армирующим элементам и глухим каналам, что не даст оптимального перемешивания газа и топлива. Наличие армирующих элементов может создать засоренность и проблему работы дозатора двигателя.
Известен быстросгорающий заряд твердого топлива (патент RU 2130125, МПК F02K9/10, опубл. 10.05.1999), содержащий ячеистую несущую конструкцию в виде пересекающихся связующих элементов и покрытие из твердого топлива, отличающийся тем, что связующие элементы выполнены пустотелыми с газопроницаемыми стенками. Недостатком данного изобретения является развитая контактная поверхность для большой площади поверхностного горения, из-за чего заряд имеет малую массу топлива по отношению к объему. Реализация данного изобретения сложна при производстве. Опорная конструкция изготавливается методом порошковой металлургии осаждением металла (керамики) на формооснову из пенополиуретанов с последующим его спеканием и параллельным выжиганием пенополиуретана. Наличие опорной конструкции является недостатком, так как исключает возможность сжигания всего заряда без остатка и может создать засоренность при разрушении для топливного дозатора.
За прототип выбрано изобретение «Твердотопливный заряд газогенератора» (патент RU 2213245, МПК F02K9/95, опубл. 27.09.2003). Твердотопливный заряд газогенератора ракетного двигателя твердого топлива состоит из навески воспламенительного состава, заключенного в оболочку из полиэтилентерефталатной пленки, ламинированной полиэтиленом, выполнен в виде патронташа, свернутого в цилиндр с центральным каналом. Каждый карман патронташа заполнен элементом порохового состава плотной упаковки в загерметизированном виде. Патронташ своим наружным диаметром прилегает к внутренней поверхности камеры сгорания без зазора. Изобретение позволяет создавать конструкцию твердотопливного заряда применительно к цилиндрическим камерам сгорания с отношением длины к диаметру, близким или большим единицы. Недостатком данного изобретения является сложность упаковки патронташа с использованием термосварки и сложности замены на новый в полевых условиях. Также к недостаткам можно отнести наличие только центрального канала, не обеспечивающего образование оптимальной топливно-воздушной смеси.
Для обеспечения работы двигателя на твердом топливе с возможностью глубокого регулирования тяги необходимо решить задачу регулируемой подачи твердого топлива в камеру сгорания. Решением данной задачи является топливная ячейка состоящую из гранул твердого топлива.
Техническим результатом заявленного изобретения является твердотопливная ячейка с высоким удельным содержанием твердого топлива, с разветвленной сетью пор для газопроницаемости, без несгораемых армирующих элементов и опорных конструкций, при этом ячейка защищена от воздействия окружающей среды при хранении и проста в изготовлении.
Технический результат достигается за счет того, что топливная ячейка из твердотопливных гранул, состоящая из гранул твердого топлива, заключенных в полимерную оболочку, согласно изобретению, полимерную оболочку имеет каждая гранула, форма гранул сферическая или овально-сферическая и в одной топливной ячейке находятся гранулы разного размера, образуя равномерно хаотично расположенные межгранулярные полости.
Настоящее изобретение иллюстрируется схемами на фиг. 1 (поперечный разрез) и фиг. 2 (продольный разрез).
Предлагаемая топливная ячейка имеет цилиндрический корпус 1 и состоит из гранул твердого топлива 2. Топливные гранулы 2 покрыты полимерной оболочкой 3, предотвращающей их гигроскопичность. Гранулы 2 относительно плотно прижаты друг к другу, но при этом между ними сохраняются полости 4, обеспечивающие газопроницаемость топливной ячейки.
Изобретение осуществляется следующим образом.
Топливные гранулы 2 получают методом грануляции (или другим известным технологическим способом), посредством формования гранул из порошкообразного (или твердого) вещества топливной смеси. Твердотопливная смесь может иметь различный состав в зависимости от сферы применения, например, в состав твердотопливных гранул могут входить углерод, водород, кислород, а также алюминий, магний, натрий и другие металлы для усиления горения топливной смеси. При грануляции получают топливные гранулы разного размера, от 5 до 500 мкм, при этом форма гранул – сферическая или овально-сферическая. Далее каждую топливную гранулу 2 заключают в полимерную оболочку 3, например, полиэтиленовую, известными технологическими способами, например, в грануляционных котлах, установках центробежного действия и в псевдоожиженном слое. Покрытые полимером гранулы 2 засыпают в цилиндрический корпус 1, выполненный из полиэтилена низкого давления, АБС пластика, легких композиционных материалов, полиметилметакрилата или схожего по характеристикам материала, и трамбуют для достижения необходимой плотности. После полимеризации топливная ячейка готова к применению.
Из-за сферической формы гранул, между ними в топливной ячейке самопроизвольно образуются хаотично равномерно расположенные полости. Гранулы разного размера используют для повышения плотности топливной ячейки. Объем межгранулярных полостей составляет от 10 до 20% общего объема топливной ячейки. Высокая плотность упаковки гранул в топливной ячейке и малый объем межгранулярных полостей обеспечивает высокие энергетические характеристики, при сравнении на единицу массы, с жидкими топливами. Полости, расположенные в равномерно хаотичном порядке, обеспечивают равномерное прохождение через топливную ячейку отработанных газов от газогенератора и равномерный унос топливных частиц в камеру сгорания.
Топливная ячейка из твердотопливных гранул является расходным материалом для реактивного двигателя. После использования топливная ячейка подлежит замене на новую. Топливная ячейка может быть устроена непосредственно в топливный бак реактивного аппарата при одноразовом использовании изделия. Для этого топливные гранулы 2, покрытые полимерной оболочкой 3, перемешивают с клеевой основой. При начале полимеризации клеевой основы на гранулах, перемещают смесь непосредственно в топливную емкость до нужного уровня. Для достижения высокой плотности гранулы трамбуют. После полимеризации топливная ячейка готова к применению.
Плотная упаковка топливных гранул увеличивает удельную массу топлива на единицу объема. С учетом межгранулярных полостей, по энергетическому потенциалу предлагаемые топливные ячейки могут конкурировать с жидким топливом, для которого уже реализована система глубокого регулирования тяги, но не решена проблема дорогостоящего хранения. Топливная ячейка на гранулированном твердом топливе может храниться годами, не требуя специального обслуживания и условий содержания. Энергетический потенциал твердотопливных гранул и самой топливной ячейки при хранении не изменяется.
Предлагаемая топливная ячейка из твердотопливных гранул может быть использована как в одноразовых изделиях, так и в многоразовых двигателях, при этом замена топливной ячейки в двигателе возможна в полевых условиях без применения специального оборудования.
Claims (2)
1. Топливная ячейка из твердотопливных гранул, состоящая из гранул твердого топлива, заключенных в полимерную оболочку, отличающаяся тем, что полимерную оболочку имеет каждая гранула, форма гранул сферическая или овально-сферическая, и в одной топливной ячейке находятся гранулы разного размера, образуя равномерно хаотично расположенные межгранулярные полости.
2. Топливная ячейка по п. 1, отличающаяся тем, что объем межгранулярных полостей составляет от 10 до 20% от объема топливной ячейки.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2802249C1 true RU2802249C1 (ru) | 2023-08-23 |
Family
ID=
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2004353A (en) * | 1977-09-13 | 1979-03-28 | Poudres & Explosifs Ste Nale | Improvements in or relating to pyrotechnic charges |
RU2170842C1 (ru) * | 1999-11-01 | 2001-07-20 | Государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт полимерных материалов" | Воспламенитель заряда твердого ракетного топлива |
RU2213245C1 (ru) * | 2002-04-01 | 2003-09-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт полимерных материалов" | Твердотопливный заряд газогенератора |
RU2260143C2 (ru) * | 2003-12-04 | 2005-09-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт полимерных материалов" | Твердотопливный газогенератор |
US9822045B2 (en) * | 2007-03-22 | 2017-11-21 | Ronald D Jones | Additive manufactured thermoplastic-aluminum nanocomposite hybrid rocket fuel grain and method of manufacturing same |
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2004353A (en) * | 1977-09-13 | 1979-03-28 | Poudres & Explosifs Ste Nale | Improvements in or relating to pyrotechnic charges |
RU2170842C1 (ru) * | 1999-11-01 | 2001-07-20 | Государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт полимерных материалов" | Воспламенитель заряда твердого ракетного топлива |
RU2213245C1 (ru) * | 2002-04-01 | 2003-09-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт полимерных материалов" | Твердотопливный заряд газогенератора |
RU2260143C2 (ru) * | 2003-12-04 | 2005-09-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт полимерных материалов" | Твердотопливный газогенератор |
US9822045B2 (en) * | 2007-03-22 | 2017-11-21 | Ronald D Jones | Additive manufactured thermoplastic-aluminum nanocomposite hybrid rocket fuel grain and method of manufacturing same |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Muravyev et al. | Progress in additive manufacturing of energetic materials: Creating the reactive microstructures with high potential of applications | |
US3677010A (en) | Rocket motor and method | |
KR950703496A (ko) | 발폭성 혼합물과 에어백용 가스발생기 | |
EP2281114B1 (en) | Rocket motor with pellet and bulk solid propellants | |
US5529648A (en) | Heterogeneous fuel for hybrid rocket | |
KR20180132082A (ko) | 추진제 충전물 또는 그레인 | |
RU2802249C1 (ru) | Топливная ячейка из твердотопливных гранул | |
Negri | Technology development for ADN-based green monopropellant thrusters-an overview of the Rheform project | |
GB885409A (en) | Fuel grains for rocket engines | |
CN114290662A (zh) | 一种面向固体火箭发动机的绝热/装药一体化增材制造方法 | |
US3957685A (en) | Process for producing catalyst supports or catalyst systems having open pores | |
US20240117782A1 (en) | Modulating internal ballistics in a 3d-printed rocket motor and an additive manufacturing process | |
US20060186654A1 (en) | Gas generator for air bag | |
US20060137786A1 (en) | Gas generator | |
RU2312847C2 (ru) | Способ изготовления криогенного, монергольного твердого топлива и произведенное таким способом топливо | |
US11459278B2 (en) | Coating method for energetic material and coating system for coating energetic material using said type of coating method | |
US3137127A (en) | Method of developing high energy thrust | |
US3630412A (en) | Method and apparatus for generating aerosols | |
Wilhelm et al. | The RHEFORM Project-Developments for ADN-Based Liquid Monopropellant Thrusters | |
CN104755736A (zh) | 利用以分割的固体形式存在的燃料的无氧混合推进装置 | |
Alemayehu et al. | Design of a Solid Rocket Propulsion System | |
US3429265A (en) | Solid propellant system for rockets | |
US20130019587A1 (en) | Thruster devices and methods of making thruster devices for use with thrust vector control systems | |
EP1686021B1 (en) | Gas generator for air bag | |
EP1669260A2 (en) | Gas generator |