RU2186235C1

RU2186235C1 - Solid propellant charge

Info

Publication number: RU2186235C1
Application number: RU2000127314A
Authority: RU
Inventors: А.Н. Большаков; В.Д. Клочков
Original assignee: Государственное унитарное предприятие "Конструкторское бюро приборостроения"
Priority date: 2000-10-30
Filing date: 2000-10-30
Publication date: 2002-07-27

Abstract

FIELD: rocketry. SUBSTANCE: proposed solid propellant charge of rocket fuel has cover with shoulder filled with elastic adhesive material in which pins with fitted on and secured perforated grains are installed. Pins are cylindrical, with ring groove for adhesive material. Radial holes are made on grains opposite to pin. Hole depth is equal to half of thickness of grain burning arch, and distance between holes is equal to thickness of burning arch. EFFECT: reduced powder remnants of brush charge on pins, time and intensity of afterburning flame and improved efficiency of change. 1 dwg

Description

Изобретение относится к ракетным двигателям твердого топлива, в частности к трубчатым пороховым зарядам "щеточного" типа (с закреплением пороховых элементов на переднем дне камеры двигателя - по принципу "щетки"), преимущественно многошашечным, с малым временем горения (≤0,3 с). The invention relates to solid propellant rocket engines, in particular to “brush” type tubular powder charges (with powder elements secured to the front bottom of the engine chamber according to the “brush” principle), mainly multi-cup, with a short burning time (≤0.3 s) .

Известен узел крепления шашек заряда твердого топлива в камере сгорания ракетного двигателя, в котором на дно камеры наносится слой жидкого эластомера [l]. В эластомер устанавливаются шашки заряда, после чего эластомер полимеризуется. Указанное техническое решение обеспечивает надежное закрепление пороховых шашек в камере. Кроме того, использование эластичного клеящего материала позволяет получить оптимальное соотношение прочности и упругости узла крепления, необходимой для компенсации осевых и радиальных ударных нагрузок, действующих на пороховые элементы, как в процессе эксплуатации, так и при работе двигателя (например, при срабатывании воспламенителя). В отсутствие такой компенсации при жестком креплении шашек может происходить частичное или полное их разрушение, что приводит к существенному снижению энергетической эффективности заряда и двигателя. Особенно увеличивается вероятность разрушения заряда при использовании малопрочных тонкосводных пороховых элементов, используемых в зарядах с малым временем горения. Known mount the checkers of the charge of solid fuel in the combustion chamber of a rocket engine, in which a layer of liquid elastomer is applied to the bottom of the chamber [l]. The charge checkers are installed in the elastomer, after which the elastomer is polymerized. The specified technical solution provides reliable fastening of the powder bombs in the chamber. In addition, the use of elastic adhesive material makes it possible to obtain the optimal ratio of strength and elasticity of the attachment point necessary to compensate for axial and radial impact loads acting on the powder elements, both during operation and during engine operation (for example, when the igniter is activated). In the absence of such compensation, when the checkers are rigidly fixed, their partial or complete destruction can occur, which leads to a significant decrease in the energy efficiency of the charge and engine. Particularly increases the probability of charge destruction when using low-strength fine-composite powder elements used in charges with a short burning time.

К недостатку такой конструкции можно отнести наличие пороховых остатков в заделке после окончания работы двигателя. Вследствие значительного разогрева внутренних поверхностей камеры сгорания пороховые остатки после окончания горения заряда снова воспламеняются и сгорают с образованием дыма и пламени. Положение усугубляется термическим разложением эластичного клеящего материала, в котором закреплены шашки. The disadvantage of this design is the presence of powder residues in the seal after the end of the engine. Due to the significant heating of the internal surfaces of the combustion chamber, the powder residues after ignition of the charge again ignite and burn with the formation of smoke and flame. The situation is aggravated by thermal decomposition of the elastic adhesive material in which the checkers are fixed.

Учитывая, что горение остатков осуществляется при низких давлениях и идет только по торцевой поверхности, время догорания остатков может в 100 и более раз превышать время работы двигателя. Given that the combustion of residues is carried out at low pressures and occurs only along the end surface, the afterburning time of residues can be 100 or more times the engine operating time.

Образующиеся при этом на траектории ракеты пламя и дым приводят к существенному снижению работоспособности оптической линии связи. Кроме того, в случае нерасчетного уменьшения толщины слоя клеящего материала резко уменьшается прочность вклейки, что приводит к вырыву шашек из заделки и выбросу их из камеры несгоревшими в процессе работы двигателя. При воспламенении заряда под воздействием давления в камере клеящий материал сжимается. При этом прилегающие к поверхности шашки слои полимера сдвигаются относительно этой поверхности, адгезия полимера с шашкой нарушается, и при дальнейшем горении заряда силой трения газов по поверхности шашки ее вырывает из клеящего материала. Flames and smoke formed on the trajectory of the rocket result in a significant decrease in the operability of the optical communication line. In addition, in the case of an uncalculated decrease in the thickness of the layer of adhesive material, the gluing strength sharply decreases, which leads to the breakage of the pieces from the embedment and to the release of them from the chamber unburned during engine operation. When the charge ignites under the influence of pressure in the chamber, the adhesive material is compressed. In this case, the polymer layers adjacent to the surface of the checker are shifted relative to this surface, the adhesion of the polymer to the checker is violated, and with further burning of the charge by the force of friction of the gases on the surface of the checker it pulls it out of the adhesive material.

Указанные недостатки в значительной мере устранены в конструкции заряда твердого ракетного топлива [2], выполненного без погружения шашек в клеящий материал. Заряд содержит крышку с буртиком, заполненную эластичным материалом, в котором установлены штифты с закрепленными на них канальными шашками. Штифты выполнены в виде шплинта, ветви которого вклеены в канал шашки, а ушко частично вклеено в эластичный клеящий материал. При этом на части наружной поверхности шплинта, вклеенной в канал шашки, нанесены поперечные насечки, повышающие прочность вклейки. Для обеспечения стабильности глубины вклейки шплинта в канал шашки на обеих ветвях шплинта выполнены ограничительные упоры, контактирующие с торцем шашки. Такая конструкция заряда обеспечивает надежное крепление шашек в крышке и уменьшенную массу пороховых остатков. Так как шашка в районе штифта крепления при работе двигателя горит по наружной поверхности, масса порохового остатка в этом случае в 2 раза меньше, чем в предыдущем техническом решении, в котором часть шашки, погруженная в жидкий эластомер, вообще не горит при работе двигателя. Учитывая, что догорание порохового остатка на штифте идет не только по торцевой, но и по боковой поверхности, время догорания его в этом случае сокращается в 3 ...5 раз. Однако даже при такой конструкции заряда время догорания остатков не удается сократить до приемлемой величины. These disadvantages are largely eliminated in the design of the charge of solid rocket fuel [2], performed without immersing the pieces in the adhesive material. The charge contains a shoulder with a shoulder filled with elastic material, in which pins are installed with channel blocks fixed to them. The pins are made in the form of a cotter pin, the branches of which are glued to the checker channel, and the eye is partially glued to the elastic adhesive material. Moreover, on the part of the outer surface of the cotter pin glued into the channel of the checkerboard, transverse notches are applied to increase the strength of the gluing. To ensure stability of the depth of gluing of the cotter pin into the checker channel on both branches of the cotter pin, restrictive stops are made in contact with the end face of the checkerboard. This design of the charge provides reliable fastening of the checkers in the lid and a reduced mass of powder residues. Since the checker in the area of the attachment pin burns on the outer surface when the engine is running, the mass of the powder residue in this case is 2 times less than in the previous technical solution, in which the part of the checker immersed in the liquid elastomer does not burn at all when the engine is running. Considering that the burning of the powder residue on the pin goes not only along the end, but also along the lateral surface, its burning time in this case is reduced by 3 ... 5 times. However, even with such a charge design, the afterburning time of the residues cannot be reduced to an acceptable value.

Задачей настоящего изобретения является уменьшение пороховых остатков "щеточного" заряда на штифтах, что приводит к увеличению полноты сгорания пороха в основное время работы двигателя и уменьшению факела. The objective of the present invention is to reduce the powder residue of the "brush" charge on the pins, which leads to an increase in the completeness of combustion of the powder in the main time of the engine and the reduction of the flame.

Указанная задача достигается тем, что в заряде, содержащем крышку с буртиком, заполненную эластичным клеящим материалом, в котором установлены штифты с закрепленными на них канальными шашками, на шашках напротив штифта выполнены радиальные отверстия, а штифты выполнены цилиндрическими с кольцевой проточкой под клеящий материал. This task is achieved by the fact that in a charge containing a lid with a shoulder filled with elastic adhesive material, in which pins are installed with channel blocks fixed to them, radial holes are made on the checkers opposite the pin, and the pins are made cylindrical with an annular groove for adhesive material.

Радиальные отверстия обеспечивают дополнительную поверхность горения шашки в районе штифта, что приводит к уменьшению порохового остатка. Выполнение штифта цилиндрическим в данном случае более целесообразно, так как при использовании штифта в виде шплинта может происходить дополнительное горение шашки в районе штифта не только по наружной, но и по внутренней поверхности между ветвями шплинта, что может приводить к преждевременной потере прочности крепления шашки на штифте, а следовательно, к разрушению заряда. Для сохранения прочности и работоспособности заряда в течение всего основного времени его горения отверстия выполняются на глубину половины толщины горящего свода с расстояниями между отверстиями, равными толщине горящего свода. В этом случае остатки пороха на штифте будут минимальными, а следовательно, минимальными будут время и интенсивность их догорания. Radial holes provide an additional burning surface of the checker in the area of the pin, which leads to a decrease in powder residue. The implementation of the pin cylindrical in this case is more appropriate, since when using the pin in the form of a cotter pin, additional burning of the checker in the area of the pin can occur not only on the external, but also on the internal surface between the branches of the cotter pin, which can lead to premature loss of the strength of the checker on the pin , and consequently, to the destruction of the charge. To maintain the strength and operability of the charge during the entire main time of its burning, the holes are made to a depth of half the thickness of the burning arch with the distances between the holes equal to the thickness of the burning arch. In this case, the remainder of the powder on the pin will be minimal, and therefore, the time and intensity of their burning out will be minimal.

На чертеже представлен общий вид предлагаемого технического решения. Заряд включает крышку с буртиком 1, заполненную клеящим материалом 2, в котором установлены цилиндрические штифты 3 с закрепленными на них канальными шашками 4. The drawing shows a General view of the proposed technical solution. The charge includes a cover with a shoulder 1, filled with adhesive material 2, in which cylindrical pins 3 are mounted with channel blocks 4 fixed to them.

На шашках 4 в районе штифта 3 выполнены отверстия 5 с расстояниями между ближайшими кромками отверстий, равными толщине горящего свода (2е₁), и глубиной, равной половине толщины горящего свода е₁. Диаметр отверстий выбран равным половине толщины горящего свода е₁. Для исключения возможного разрушения шашки 4 по отверстию 5 до окончания ее горения расстояние от кромки отверстия 5 до внутреннего конца штифта 3 выполнено не меньшим е₁. На штифтах 3 выполнены кольцевые проточки 6 под клеящий материал 2.Holes 5 are made on the checkers 4 in the region of the pin 3 with distances between the nearest edges of the holes equal to the thickness of the burning roof (2e ₁ ) and a depth equal to half the thickness of the burning roof e ₁ . The diameter of the holes is chosen equal to half the thickness of the burning roof e ₁ . To exclude the possible destruction of the checkers 4 through the hole 5 to the end of its burning, the distance from the edge of the hole 5 to the inner end of the pin 3 is made not less than e ₁ . On the pins 3 are made annular grooves 6 under the adhesive material 2.

Работает устройство следующим образом. При зажжении шашек 4 начинается горение их по торцевой, наружной поверхности и поверхности канала. В районе штифта 3 горение шашки дополнительно идет по поверхности отверстий 5 (конечный размер отверстий 5 показан тонкими линиями). По окончании горения шашки 4 на штифте 3 могут оставаться несгоревшие кусочки пороха (заштрихованы), что значительно меньше порохового остатка в отсутствие отверстий, имеющего форму трубки с толщиной стенки, равной е₁ (показано пунктиром).The device operates as follows. When igniting the checkers 4, they begin burning along the end, outer surface and the surface of the channel. In the region of the pin 3, the checker burns additionally along the surface of the holes 5 (the final size of the holes 5 is shown by thin lines). At the end of the burning of the checker 4, unburned pieces of gunpowder (shaded) can remain on the pin 3, which is much less than the powder residue in the absence of holes having the form of a tube with a wall thickness equal to e ₁ (shown by a dotted line).

Таким образом, выполнение на шашках напротив штифта отверстий с расстояниями между ними, равными толщине горящего свода, глубиной, равной половине толщины горящего свода, позволяет существенно уменьшить несгоревший остаток пороха на штифте, что обеспечивает уменьшение времени и интенсивности факела догорания и повышение энергетической эффективности заряда. Thus, making holes with checkers opposite the pin of the pin with distances between them equal to the thickness of the burning arch and a depth equal to half the thickness of the burning arch can significantly reduce the unburnt powder residue on the pin, which reduces the time and intensity of the afterburner and increases the energy efficiency of the charge.

Экспериментальная проверка предлагаемого заряда подтвердила его работоспособность и высокую эффективность - длительность вторичного факела по сравнению с зарядом без отверстий уменьшилась более чем в 3 раза. An experimental verification of the proposed charge confirmed its operability and high efficiency - the duration of the secondary torch compared to the charge without holes decreased by more than 3 times.

Источники информации
1. Заявка - 2436121, 4.07.73 г., Франция, М.Кл. С 06 D 5/06.Sources of information
1. Application - 2436121, July 4, 73, France, M.C. C 06 D 5/06.

2. Патент 2133370, 1.07.97 г., Россия, МПК 6 F 02 K 9/10. 2. Patent 2133370, 1.07.97, Russia, IPC 6 F 02 K 9/10.

Claims

1. The charge of solid rocket fuel containing a lid with a shoulder filled with elastic adhesive material, in which pins are installed with channel checkers fixed to them, characterized in that the pins are made cylindrical with an annular groove under the adhesive material, and radial holes are made on the checkers opposite the pin .

2. The charge of solid rocket fuel according to claim 1, characterized in that the holes are made to a depth of half the thickness of the burning vault of checkers, and the distances between the holes are made equal to the thickness of the burning vault.