RU2398125C1

RU2398125C1 - Bodyless engine (versions) and method of its fabrication

Info

Publication number: RU2398125C1
Application number: RU2009102736/06A
Authority: RU
Inventors: Николай Евгеньевич Староверов (RU); Николай Евгеньевич Староверов
Original assignee: Николай Евгеньевич Староверов
Priority date: 2009-01-27
Filing date: 2009-01-27
Publication date: 2010-08-27

Abstract

FIELD: engines and pumps. ^ SUBSTANCE: bodyless engine comprises head part and solid rocket propellant charge representing cylindrical or threaded grain on rear end of which an adapter is fitted composed by sleeve with inside ledges, combustion chamber and jet nozzle. Engine head part has rear section that enters into aforesaid adapter after fuel combustion. Note here that said section has heat isolation and is filled with explosive material. In compliance with another version, said adapter is forced forward by flexible links. Note also that drive turbine is arranged on adapter or nose fairing. In compliance with the other version, charge grain has through lengthwise holes filled with mix based on gun powder. The other invention of proposed set relates to the method of producing said engine. In compliance with said method, gains of explosive material are coated by oxygen-emitting substance and/or fuel component. Then obtained grains are used to charge grain with the help of combustible binder. ^ EFFECT: reduced weight and costs, higher reliability, simplified production process. ^ 21 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к ракетным двигателям твердого топлива (РДТТ) и предназначено для всех типов ракет, от ручных гранатометов и систем залпового огня до ракет подводных лодок и космических.The invention relates to rocket engines of solid fuel (RDTT) and is intended for all types of missiles, from hand grenade launchers and multiple launch rocket systems to missiles of submarines and space.

Известны РДТТ, например пат. США 2987821. Преимущества бескорпусных двигателей понятны - отсутствие сложного, тяжелого и дорогого корпуса. Их недостатки - необходимость сложного и высокоточного изготовления резьбовой части шашки, высокая вероятность прорыва пламени в этом месте. Если резьбовая часть расположена снаружи, это приводит к увеличению аэродинамического сопротивления шашки. Задняя обойма после выработки топлива становится бесполезным грузом.Known solid propellants, for example US Pat. USA 2987821. The advantages of open-frame engines are clear - the lack of a complex, heavy and expensive housing. Their disadvantages are the need for complex and high-precision manufacturing of the threaded part of the checker, a high probability of a flame breakthrough in this place. If the threaded part is located outside, this leads to an increase in aerodynamic drag of the checker. The rear clip after fuel exhaustion becomes a useless load.

Ниже будут рассмотрены три изобретения. Первое из них - п.1 формулы изобретения - решает задачу полезного использования задней обоймы в боевых ракетах. Второе - п.19 формулы изобретения - позволяет упростить изготовление шашки (исключить резьбовую часть), повысить надежность двигателя и уменьшить его аэродинамическое сопротивление. Третье - п.20 формулы изобретения - является расширением арсенала средств, позволяющих создать шашку с заданной линейной скоростью горения.Three inventions will be discussed below. The first of them - claim 1 of the claims - solves the problem of the useful use of the rear cage in military missiles. The second - paragraph 19 of the claims - allows to simplify the manufacture of checkers (exclude the threaded part), to increase the reliability of the engine and reduce its aerodynamic drag. The third - p. 20 claims - is an extension of the arsenal of tools to create a checker with a given linear burning rate.

Бескорпусный двигатель не имеет сплошного корпуса, а состоит из цилиндрической или резьбовой шашки, выполненной из достаточного механически прочного твердого ракетного топлива (далее ТРТ), на которую с заднего конца надета обойма из жаростойкого материала, состоящая из втулки с упорами внутри, камеры сгорания и реактивного сопла (см фиг.1).The open-frame engine does not have a continuous casing, but consists of a cylindrical or threaded block made of a sufficiently mechanically strong solid rocket fuel (hereinafter TRT), on which a clip made of heat-resistant material is worn from the rear end, consisting of a sleeve with stops inside, a combustion chamber and a jet nozzle (see figure 1).

Суть работы двигателя в следующем: принудительно под действием привода обойма сдвигается вперед по мере того, как края торца шашки ТРТ обгорают в зоне контакта с внутренними упорами. Упором может быть реборда внутри втулки или выступающие внутрь шлицы.The essence of the engine is as follows: forcibly under the action of the drive, the cage shifts forward as the edges of the end face of the TPT checker burn in the contact area with the internal stops. The emphasis may be a flange inside the sleeve or protruding inward slots.

По окончании горения ТРТ возможно два дальнейших варианта: обойма отделяется, т.к. шашка ее больше не держит, и падает. Но если на обойме имелись стабилизаторы, а также по некоторым другим соображениям, например использование обоймы в качестве осколкообразующего элемента в боевых ракетах, имеет смысл пристыковать обойму к головной части ракеты. Для чего на обойме и на головной части ракеты имеются ответные элементы одной или нескольких защелок. Например, обойма имеет в передней части наружную реборду, а на задней поверхности головной части имеются подпружиненные крюки. Или наоборот. Наоборот, кстати, лучше: крюки и их кронштейны будут являться одновременно аэродинамическими стабилизаторами и ребрами охлаждения.At the end of the combustion of the TRT, two further options are possible: the clip is separated, because the checker no longer holds it, and falls. But if there were stabilizers on the clip, as well as for some other reasons, for example, using the clip as a fragmentation element in military missiles, it makes sense to dock the clip to the head of the rocket. Why are there mating elements of one or more latches on the clip and on the head of the rocket. For example, the cage has an outer flange in front and a spring-loaded hook on the rear surface of the head. Or vice versa. On the contrary, by the way, it is better: hooks and their brackets will be simultaneously aerodynamic stabilizers and cooling fins.

В том случае, если ракета боевая, то для того, чтобы использовать обойму как осколкообразующий элемент, головная часть имеет сзади участок, входящий по окончании горения топлива в обойму. Причем этот участок имеет теплоизоляцию (например, покрыт фторопластом или керамикой) и заполнен взрывчатым веществом (например, термостойким - тринитроксилолом).In that case, if the missile is combat, then in order to use the clip as a fragmentation element, the warhead has a section at the back that enters the clip at the end of fuel combustion. Moreover, this section has thermal insulation (for example, covered with fluoroplastic or ceramic) and is filled with explosive (for example, heat-resistant - trinitroxylene).

Для лучшего разделения обоймы на осколки взрывчатое вещество внутри этого участка головной части (или всей головной части) имеет на обращенной к корпусу поверхности кумулятивные канавки, лучше пересекающиеся.For better separation of the cage into fragments, the explosive inside this section of the head part (or the entire head part) has cumulative grooves that intersect better on the surface facing the body.

Шашка для лучшего скольжения и для предупреждения преждевременного воспламенения от нагретых стенок втулки может иметь бронирование, т.е. покрыта, например, фторопластом, кремнийорганической краской, фольгой,A checker for better glide and to prevent premature ignition from the heated walls of the sleeve may have a reservation, i.e. coated, for example, with fluoroplastic, silicone paint, foil,

Для предупреждения преждевременного воспламенения втулка может иметь двойные стенки, в полости между которыми находится охлаждающая жидкость. Полость соединена отверстиями с зазором между шашкой и втулкой (см. фиг.2), а также имеет простейший предохранительный клапан.To prevent premature ignition, the sleeve may have double walls, in the cavity between which is a coolant. The cavity is connected by openings with a gap between the checker and the sleeve (see figure 2), and also has a simple safety valve.

Охлаждающей жидкостью может быть гликолевый антифриз, причем загущенный гелеобразователем (чтобы не выливался при транспортировке и хранении).The cooling liquid can be glycol antifreeze, and thickened with a gel-forming agent (so as not to pour out during transportation and storage).

Принудительное движение обоймы вперед по шашке может быть организовано путем придания шашке и втулке резьбовой формы (без зазоров!) и приведением шашки и обоймы во взаимное вращение, например, с помощью турбины и зубчатого колеса (см. фиг.3). Турбина может приводиться в действие от истекающих газов или от набегающего потока (для самолетных ракет). Регулирование подачи осуществляется так же, как и при самоподаче, - упором краев шашки в упоры-ограничители внутри обоймы.Forced movement of the cage forward along the checker can be organized by giving the checker and bushing a threaded shape (without gaps!) And bringing the checker and cage into reciprocal rotation, for example, using a turbine and a gear (see Fig. 3). The turbine can be driven by outflowing gases or from the oncoming flow (for aircraft missiles). Feed regulation is carried out in the same way as with self-feeding, by focusing the edges of the checker against the stop-stops inside the holder.

Винтовой привод может быть расположен и внутри шашки, и приводиться во вращении винтом, входящим без зазоров в расположенное по оси шашки резьбовое отверстие. В переднем конце резьбовое отверстие должно иметь небольшое боковое отверстие для выхода сжимаемого винтом воздуха. Винт, как и в предыдущем случае, вращается турбиной.The screw drive can also be located inside the checkerboard, and is driven in rotation by a screw, which enters without a gap in the threaded hole located on the axis of the checker. At the front end, the threaded hole should have a small side opening for the air to be compressed by the screw. The screw, as in the previous case, is rotated by the turbine.

В более крупных двигателях возможно подтягивание обоймы вперед с помощью гибких тяг (высокопрочных волокон). Турбина при этом может быть расположена как на обойме, так и на головной части (для самолетных ракет).In larger engines, it is possible to pull the yoke forward with the help of flexible rods (high-strength fibers). In this case, the turbine can be located both on the cage and on the warhead (for aircraft missiles).

В очень крупных и ответственных двигателях для сдвига обоймы возможно применение автоматической системы, состоящей из датчика огня, регулятора и исполнительного механизма.In very large and critical engines, an automatic system consisting of a fire sensor, a regulator and an actuator can be used to shift the cage.

Возможен и другой вариант крепления обоймы к головной части: задняя поверхность головной части делается чуть больше диаметра, чем шашка, или она может иметь накатку, и тогда обойма с натягом наползает на эту часть и фиксируется на ней за счет натяга.There is another option for attaching the clip to the head: the back surface of the head is made slightly larger in diameter than the checker, or it can be knurled, and then the clip with an interference fit on this part and is fixed on it due to interference.

Для надежного стартового удержания шашки: шашка внутри обоймы выходит за ограничительные упоры, и пока эта часть шашки не обгорит, шашка с места не сдвинется. Для этого шашка должна быть составной, например на резьбе с клеем из пироксилина в ацетоне с добавлением мелкодисперсной ВВ, или задняя часть шашки может быть приклеена этим клеем к основному стержню.For reliable starting hold of the checker: the checker inside the cage goes beyond the limit stops, and until this part of the checker burns, the checker does not budge. To do this, the checker should be composite, for example, on a thread with glue made of pyroxylin in acetone with the addition of finely divided explosives, or the back of the checker can be glued with this glue to the main core.

К шашке ТРТ такого двигателя предъявляются особые требования: механическая прочность, механическая жесткость, достаточная термостойкость, энерговыделение на современном уровне, приемлемая цена, и самое главное, скорость горения, находящаяся в промежутке между взрывчатыми веществами и применяемыми в настоящее время ТРТ.Special requirements are imposed on the TRT dash of such an engine: mechanical strength, mechanical stiffness, sufficient heat resistance, energy release at a modern level, reasonable price, and most importantly, the burning rate in the gap between explosives and TRT currently used.

Для получения нужной скорости горения шашка имеет продольные отверстия на всю длину, заполненные смесью на основе черного пороха. Черный порох обладает при давлении в камере сгорания скоростью горения, близкой к требуемой. Ее можно менять в ту и другую стороны, добавляя, например, гексаметилентетрамин (для уменьшения скорости) или мелкодисперсные порошкообразные взрывчатые вещества (далее ВВ) малобризантного действия. Но тепловыделение черного пороха далеко от современных требований. Поэтому он только задает линейную скорость горения шашки, а основной материал шашки горит с гораздо меньшей скоростью. В результате этого симбиоза вся шашка горит с нужной скоростью, но фронт горения состоит из множества мелких конусообразных углублений. Таким он должен быть и изначально.To obtain the desired burning rate, the checker has longitudinal holes along the entire length, filled with a mixture based on black powder. At a pressure in the combustion chamber, black powder has a burning rate close to the required value. It can be changed in both directions, adding, for example, hexamethylenetetramine (to reduce speed) or finely dispersed powdered explosives (hereinafter BB) of low-explosive action. But the heat dissipation of black powder is far from modern requirements. Therefore, it only sets the linear burning speed of the checker, and the main material of the checker burns at a much lower speed. As a result of this symbiosis, the entire checker burns at the desired speed, but the combustion front consists of many small cone-shaped depressions. So it should be from the very beginning.

Отверстия в шашке должны быть расположены достаточно равномерно по ее сечению, например в сотовом порядке, квадратами, а лучше - кругами. Основным материалом шашки может быть порошок перхлората аммония в полимеризованном метиловом эфире метакриловой кислоты (плексиглас). Такая шашка будет обладать хорошим сочетанием прочности, жесткости, упругости и высокой эффективностью горения.The holes in the checker should be located fairly evenly over its cross section, for example in a honeycomb order, with squares, or better, with circles. The basic material of the checkerboard may be ammonium perchlorate powder in polymerized methacrylic acid methyl ester (plexiglass). Such a checker will have a good combination of strength, stiffness, elasticity and high combustion efficiency.

В современной пиротехнике известны заряды в виде твердых шашек с нужной скоростью горения (например, безгильзовый квадратный патрон германского автомата). Однако их получение все же остается проблематичным. Поэтому предлагается способ получения шашек ТРТ с нужными свойствами.In modern pyrotechnics, charges are known in the form of solid checkers with the desired burning rate (for example, a sleeveless square cartridge of a German assault rifle). However, obtaining them is still problematic. Therefore, a method for producing TRT checkers with desired properties is proposed.

В шашку добавляется ВВ в мелкодисперсном виде. Однако если частички ВВ соприкасаются или находятся слишком близко, возможно взрывообразное разрушение шашки на крупинкообразные фрагменты и разлет последних. Чтобы этого не произошло, способ предполагает покрытие каждой крупинки ВВ слоем кислородовыделяющего вещества, например перхлората аммония, и/или затем покрытие получившейся крупинки еще и слоем компонента горючего, например плексигласом. А затем выполняется формовка всей шашки на основе плексигласа, полиэфирной смолы, эпоксидной смолы, полипропилена или другого сгораемого связующего. Покрывать крупинки удобно в конусной сужающейся вниз шахте, в которую снизу подается теплый воздух. Смоченные раствором или расплавом нужного вещества крупинки равномерно сбрасываются сверху в сужающуюся шахту. Поскольку сечение шахты внизу меньше, то скорость воздуха там больше. В определенном месте крупинки «зависают» в потоке и подсыхают или остывают. Крупинки должны быть примерно одного размера. Лучше, если процесс будет циклическим, - так легче контролировать степень готовности, так меньше разовая доза ВВ, и так легче бороться со статическим электричеством.BB is added to the checker in finely divided form. However, if the explosive particles come into contact or are too close, explosive destruction of the piece into grains-like fragments and the scattering of the latter are possible. To avoid this, the method involves coating each granule of explosive with a layer of an oxygen-releasing substance, for example ammonium perchlorate, and / or then coating the resulting granule with a layer of a component of fuel, for example plexiglass. And then the entire checker is formed on the basis of plexiglass, polyester resin, epoxy resin, polypropylene or other combustible binder. Coating grains is convenient in a conical tapering shaft down into which warm air is supplied from below. The grains moistened with a solution or a melt of the desired substance are uniformly dumped from above into a tapering shaft. Since the section of the shaft below is smaller, the air velocity there is greater. At a certain place, the grains “hang” in the stream and dry or cool. Grains should be about the same size. It is better if the process is cyclic, it’s easier to control the degree of readiness, so less than a single dose of explosives, and so it’s easier to deal with static electricity.

На фиг.1 показан в сечении бескорпусный РДТТ, где 1 - шашка ТРТ, 2 - обойма, состоящая из втулки 3 по диаметру шашки, упора в виде реборды 4, камеры сгорания 5 и реактивного сопла 6. Головная часть 7 двигателя (точнее, ракеты) имеет сзади участок 8 такого же диаметра, как шашка, и имеет накатку 9. Привод шашки не показан.In Fig. 1, a cross-sectional solid propellant rocket engine is shown in section, where 1 is a TRT block, 2 is a ferrule consisting of a sleeve 3 by the diameter of the block, an emphasis in the form of flanges 4, a combustion chamber 5 and a jet nozzle 6. The engine head 7 (more precisely, missiles ) has a back portion 8 of the same diameter as the checker, and has a knurling 9. The checker drive is not shown.

На фиг.2 показан вариант с охлаждением обоймы, где 10 - полость между двойными стенками обоймы, заполненная загущенной незамерзающей жидкостью. Полость имеет обратный клапан в виде приваренной к обойме упругой пластины 11, которая через прокладку из термостойкой резины 12 закрывает выход из полости 10.Figure 2 shows a variant with cooling of the holder, where 10 is the cavity between the double walls of the holder, filled with a thickened non-freezing liquid. The cavity has a check valve in the form of an elastic plate 11 welded to the cage, which, through a gasket of heat-resistant rubber 12, closes the outlet from the cavity 10.

На фиг.3 упрощенно показан вариант с шашкой 1, которая принудительно подается в обойму 2 с помощью шкива 13, вращаемого через вал 14 турбиной 15, расположенной (хотя бы частично) в струе отходящих газов. На шкив наматывается гибкая тяга 16, проходящая через ушко 17, с помощью которой обойма подтягивается к головной части.Figure 3 simplified shows a variant with a checker 1, which is forcibly fed into the holder 2 by means of a pulley 13 rotated through a shaft 14 by a turbine 15 located (at least partially) in the exhaust gas stream. A flexible rod 16 is wound around the pulley, passing through the eyelet 17, with which the clip is pulled to the head.

Работает двигатель так: после зажигания шашки 1 на сопло 6 действует сила тяги, которая приводит ракету в движение. И по мере обгорания части торца шашки, контактирующей с упором 4, обойма надвигается на шашку. Постепенно в шашку входит задняя часть 8 головной части 7 и накатка 9. После полного выгорания топлива обойма фиксируется на головной части.The engine works as follows: after ignition of the checker 1, a thrust force acts on the nozzle 6, which sets the rocket in motion. And as part of the end face of the checker in contact with the focus 4 is burned, the clip is pushed onto the checker. Gradually, the rear part 8 of the head part 7 and the knurling enters the checker 9. After the fuel has completely burned out, the clip is fixed on the head part.

При наличии охлаждения втулки на фиг.2 антифриз, испаряясь из полости 10, попадает в виде паров в зазор между шашкой 1 и обоймой 2, а также выходит наружу через предохранительный клапан 11-12.If there is cooling of the sleeve in figure 2, the antifreeze, evaporating from the cavity 10, enters in the form of vapors in the gap between the checker 1 and the holder 2, and also comes out through the safety valve 11-12.

Обойма 2 на фиг.3 подтягивается к головной части гибкой тягой 16, которая наматывается через ушко 17 на шкив 13. Шкив вращается зубчатым колесом с помощью турбины 15. Подача шашки 1 саморегулируется упиранием в упор 4. Разумеется, усилие турбины (турбин) должно быть соответствующим образом рассчитано с учетом надвигающей силы самого сопла.The clip 2 in FIG. 3 is pulled to the head by a flexible rod 16, which is wound through the ear 17 to the pulley 13. The pulley is rotated by a gear using a turbine 15. The feed of the block 1 is self-adjusting by abutment against the stop 4. Of course, the force of the turbine (turbines) should be accordingly calculated taking into account the thrusting force of the nozzle itself.

Claims

1. An open-frame engine, consisting of a head part and a charge of solid rocket fuel, having the form of a cylindrical or threaded checker, on which a clip consisting of a sleeve with stops inside, a combustion chamber and a jet nozzle is put on, characterized in that the engine head has in the rear part a section that enters the holder at the end of fuel combustion, moreover, this section has thermal insulation and is filled with explosive.

2. The engine according to claim 1, characterized in that the explosive has on the surface facing the body of the head part, cumulative grooves.

3. The engine according to claim 1, characterized in that the checker inside the cage extends beyond the stops, for which it is made integral.

4. The engine according to claim 1, characterized in that the focus is the flange or protruding inside the slots.

5. The engine according to claim 1, characterized in that the combustion chamber has a cylindrical, or expanding, or tapering shape.

6. The engine according to claim 1, characterized in that the outer surface of the checker has a longitudinal reinforcement with high modulus fibers.

7. The engine according to claim 1, characterized in that the cage has a plumage and / or cooling fins.

8. The engine according to claim 1, characterized in that the checker has a reservation or is coated with PTFE.

9. The engine according to claim 1, characterized in that the sleeve has double walls, a cavity between which is connected to the inner surface of the sleeve, with coolant in the cavity, and the cavity has a safety valve.

10. The engine according to claim 9, characterized in that the coolant is antifreeze, gel thickened.

11. The engine according to claim 1, characterized in that the checker and the sleeve have a threaded shape and are driven into mutual rotation by a turbine acting from flowing gases or free flow.

12. The engine according to claim 1, characterized in that the checker has an axially threaded hole, into which a screw rotated by the turbine enters without gaps, the front end of the hole being connected to air.

13. The engine according to claim 1, characterized in that it has an automatic clip shift system, consisting of a fire sensor, an automatic regulator and an actuator.

14. The engine according to claim 1, characterized in that on the cage and the head part there are mating parts of one or more latches.

15. The engine according to 14, characterized in that the clip has an outer flange, and on the head there are spring-loaded hooks or vice versa.

16. The engine according to item 15, wherein the checker has hollows under the hooks.

17. The engine according to claim 1, characterized in that the head of the engine has a section in the rear part, which enters the cage at the end of fuel combustion, and part of this section has a larger diameter than the checker, and / or has knurling, which ensures the fixing of the sleeve with tight fit.

18. The engine according to claim 1, characterized in that the cage has a longitudinal reverse clutch consisting of spring-loaded balls, rollers or cone segments located in the profiled groove.

19. An open-frame engine, consisting of a head part and a charge of solid rocket fuel, having the form of a cylindrical or threaded checker, on which a clip is worn from the rear end, consisting of a sleeve with stops inside the combustion chamber and a jet nozzle, characterized in that the clip is pulled forward by flexible rods, and the drive turbine is located on the cage or on the nose fairing.

20. An open-frame engine, consisting of a head part and a charge of solid rocket fuel, having the form of a cylindrical or threaded checker, on which a clip is worn from the rear end, consisting of a sleeve with stops inside the combustion chamber and a jet nozzle, characterized in that the charge checker has through longitudinal holes filled with a mixture of black powder.

21. The method of manufacturing an engine according to claim 1, characterized in that the grains of explosive are coated with a layer of an oxygen-releasing substance and / or a layer of a component of fuel, and then a charge checker is formed from the resulting grains using a combustible binder.