[go: up one dir, main page]

RU2425245C2 - Charge of composite solid propellant - Google Patents

Charge of composite solid propellant Download PDF

Info

Publication number
RU2425245C2
RU2425245C2 RU2009132248/06A RU2009132248A RU2425245C2 RU 2425245 C2 RU2425245 C2 RU 2425245C2 RU 2009132248/06 A RU2009132248/06 A RU 2009132248/06A RU 2009132248 A RU2009132248 A RU 2009132248A RU 2425245 C2 RU2425245 C2 RU 2425245C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
fuel
charge
layer
foil
thickness
Prior art date
Application number
RU2009132248/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2009132248A (en
Inventor
Игорь Владимирович Хоружий (RU)
Игорь Владимирович Хоружий
Original Assignee
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)" filed Critical Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)"
Priority to RU2009132248/06A priority Critical patent/RU2425245C2/en
Publication of RU2009132248A publication Critical patent/RU2009132248A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2425245C2 publication Critical patent/RU2425245C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Solid Fuels And Fuel-Associated Substances (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)

Abstract

FIELD: power industry.
SUBSTANCE: charge of composite solid propellant includes built-in metal electrode system consisting of many spirally located foil sheets coated with layer of polymerised fuel mass and used as combustible propellant component. Spirally located foil sheets coated with layer of polymerised fuel mass form single-block multi-layered construction of cylindrical shape with combustion along inner channel and end surface. Thickness of polymerised fuel mass layer and thickness of foil have been chosen from condition of achieving the stoichiometric balance between fuel components.
EFFECT: invention allows increasing mechanical strength of charge at maintaining stoichiometric balance between fuel components.
1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к энергетическим установкам на твердом ракетном топливе (ЭУТТ), в частности к структуре смесевых твердотопливных зарядов (энергетических конденсированных систем - ЭКС), и может быть использовано в управляемых ЭУТТ с непрерывно регулируемыми выходными параметрами.The invention relates to solid rocket fuel (PFC) power plants, in particular to the structure of mixed solid propellant charges (condensed energy systems - EX), and can be used in controlled PFC with continuously adjustable output parameters.

Известна конструкция баллиститных зарядов ЭКС, армированных металлической сеткой, изготавливаемых методом рулонирования (намоткой) из порохового полотна толщиной 2-6 мм и металлической сетки с последующей склейкой изделия для получения требуемых физико-механических свойств [Фиошина М.А. Основы химии и технологии порохов и твердых ракетных топлив: Учеб. пособие. / Фиошина М.А., Русин Д.Л. - М.: РХТУ им. Д.И.Менделеева, 2004. - 264 с.].The known design of ballistic charges EX, reinforced with a metal mesh, manufactured by rolling (winding) from a powder sheet with a thickness of 2-6 mm and a metal mesh with subsequent gluing of the product to obtain the required physical and mechanical properties [Fioshina MA Fundamentals of chemistry and technology of gunpowder and solid rocket fuels: Textbook. allowance. / Fioshina M.A., Rusin D.L. - M.: RCTU them. D.I. Mendeleev, 2004. - 264 p.].

Недостатками таких зарядов при повышении общей механической прочности являются пониженные энергомассовые характеристики баллиститных ЭКС. Кроме этого армирование одиночной металлической сеткой не позволяет пропускать через поверхность горения топлива электрический ток и управлять скоростью горения заряда в процессе работы ЭУТТ.The disadvantages of such charges with an increase in the overall mechanical strength are the reduced energy-mass characteristics of ballistic EX. In addition, reinforcement with a single metal mesh does not allow electric current to pass through the combustion surface of the fuel and control the rate of charge burning during the operation of the EUTT.

Наиболее близкими по технической сущности к предлагаемому изобретению являются заряды смесевого твердого ракетного топлива (ТРТ) с горением по внутреннему каналу со встроенной поперечной или продольной электродной системой из металлической фольги или сетки, адгезионно скрепленной с топливной массой в объеме заряда, для реализации способа управления скоростью горения ЭКС в ЭУТТ (патент RU №2175399).The closest in technical essence to the present invention are the charges of mixed solid rocket fuel (TRT) with combustion along the internal channel with an integrated transverse or longitudinal electrode system of metal foil or mesh, adhesively bonded to the fuel mass in the charge volume, to implement a method of controlling the burning rate EX in EUTT (patent RU No. 2175399).

Недостатком таких зарядов смесевого ТРТ с поперечной и продольной электродными системами является повышенное результирующее электрическое сопротивление поверхности горения твердотопливного заряда, так как они имеют неразвитую (малую) поверхность электрического контакта с реакционной зоной конденсированной фазы топлива. Это требует увеличения количества электродов в топливной массе либо применения мощных высоковольтных источников напряжения с целью непрерывного регулирования в необходимом диапазоне расходных или тяговых характеристик ЭУТТ. В процессе работы ЭУТТ заряд ТРТ находится под действием внутрикамерного давления газовой фазы продуктов сгорания в напряженно-деформированном состоянии. При этом простое увеличение количества электродов по схемам с продольной или поперечной сегментацией заряда приводит к ухудшению его энергетических характеристик (возрастанию металлизации топлива и нарушению кислородного баланса) и принципиально важной потере механической прочности с возможностью разрушения таких зарядов в процессе работы ЭУТТ. Применение в системе управления ЭУТТ высоких напряжений также нежелательно с точки зрения снижения надежности ее работы в сложных условиях эксплуатации.The disadvantage of such charges of mixed TRT with transverse and longitudinal electrode systems is the increased resulting electrical resistance of the combustion surface of the solid fuel charge, since they have an undeveloped (small) surface of electrical contact with the reaction zone of the condensed phase of the fuel. This requires an increase in the number of electrodes in the fuel mass or the use of powerful high-voltage voltage sources in order to continuously regulate the required range of flow or traction characteristics of the EUTT. In the process of operation of an EUTT, the TRT charge is under the action of the intracameral pressure of the gas phase of the combustion products in a stress-strain state. In this case, a simple increase in the number of electrodes according to schemes with longitudinal or transverse charge segmentation leads to a deterioration in its energy characteristics (increase in metallization of the fuel and violation of the oxygen balance) and a fundamentally important loss of mechanical strength with the possibility of destruction of such charges during the operation of the EUTT. The use of high voltages in the EUTT control system is also undesirable from the point of view of reducing the reliability of its operation in difficult operating conditions.

Задачей изобретения является создание конструкции заряда смесевого твердого ракетного топлива со встроенной металлической электродной системой:The objective of the invention is to create a charge structure of a mixed solid rocket fuel with a built-in metal electrode system:

- без изменения оптимального (стехиометрического) массового соотношения между горючими и окислительными компонентами топлива, влияющего на энергетику топлива и в результате удельный импульс ЭУТТ;- without changing the optimal (stoichiometric) mass ratio between the combustible and oxidizing components of the fuel, affecting the energy of the fuel and, as a result, the specific pulse of the EUTT;

- обладающего требуемыми физико-механическими свойствами: высокой механической прочностью на разрыв, сжатие, устойчивостью к образованию трещин в условиях действующих на ЭУТТ вибраций, перегрузок и пульсаций давления в камере сгорания;- possessing the required physical and mechanical properties: high mechanical tensile strength, compression, resistance to cracking under the conditions of vibrations, overloads and pressure pulsations in the combustion chamber acting on the EUTT;

- с электродной системой, имеющей развитую поверхностью контакта с реакционной зоной, позволяющей применять низковольтный источник тока в системе регулирования скорости горения ЭКС.- with an electrode system having a developed contact surface with the reaction zone, allowing the use of a low-voltage current source in the system for controlling the burning speed of the EX.

При этом технический результат заключается в достижении требуемых физико-механических свойств заряда и минимального результирующего сопротивления поверхности горения без изменения оптимального (стехиометрического) массового соотношения компонентов.In this case, the technical result consists in achieving the required physical and mechanical properties of the charge and the minimum resulting resistance of the combustion surface without changing the optimal (stoichiometric) mass ratio of the components.

Технический результат достигается в заряде смесевого твердого ракетного топлива со встроенной металлической электродной системой, образованной из листов металлической фольги, в котором в отличие от наиболее близкого аналога электродная система выполнена из множества спиралевидно расположенных листов фольги, покрытых слоем полимеризованной топливной массы и используемых в качестве горючего компонента топлива. Покрытые слоем полимеризованной топливной массы спиралевидно расположенные листы фольги образуют моноблочную многослойную конструкцию цилиндрической формы с горением по внутреннему каналу и торцевой поверхности, а толщина слоя полимеризованной топливной массы и толщина фольги выбраны из условия достижения стехиометрического баланса между компонентами топлива.The technical result is achieved in the charge of a mixed solid rocket fuel with an integrated metal electrode system formed from sheets of metal foil, in which, unlike the closest analogue, the electrode system is made of many spiral-shaped foil sheets coated with a layer of polymerized fuel mass and used as a combustible component fuel. The spiral-shaped foil sheets coated with a layer of polymerized fuel mass form a monoblock multilayer cylindrical structure with combustion along the internal channel and end surface, and the thickness of the polymerized fuel mass layer and the foil thickness are selected to achieve a stoichiometric balance between the fuel components.

Заряд смесевого ТРТ может быть выполнен с горением по различным поверхностям, например с горением по торцевой поверхности или по внутреннему каналу. На фиг.1 представлено конструктивное исполнение заряда смесевого твердого ракетного топлива с горением по внутреннему каналу и торцевой поверхности, который подключен к внешней системе регулирования внутрикамерных процессов ЭУТТ. На фиг.2 представлен вид заряда в поперечном сечении плоскостью относительно его продольной оси (фиг.1, сечение "А-А").The charge of the mixed TRT can be performed with combustion on various surfaces, for example, with combustion along the end surface or along the internal channel. Figure 1 shows the design of the charge of a mixed solid rocket fuel with combustion along the internal channel and end surface, which is connected to an external system for regulating in-chamber processes of EUTT. Figure 2 presents a view of the charge in cross section by a plane relative to its longitudinal axis (figure 1, section "AA").

Структура заряда смесевого ТРТ состоит из множества отдельных листов металлической фольги 1, каждый из которых покрыт слоем неметаллизированной топливной массы 2, и спирально рулонированных с образованием внутреннего канала 3 и открытой торцевой поверхности 4 в моноблочную многослойную конструкцию цилиндрической формы, забронированную теплозащитным покрытием 5 по не горящим поверхностям. Металлические листы фольги 1 образуют в заряде электродную систему и имеют проволочные выводы 6 из камеры сгорания 7 для подключения к внешней системе управления 8 внутрикамерными процессами ЭУТТ.The charge structure of the mixed TRT consists of many separate sheets of metal foil 1, each of which is coated with a layer of non-metallized fuel mass 2, and spirally rolled with the formation of an internal channel 3 and an open end surface 4 in a monolithic multilayer cylindrical structure, booked with a heat-resistant coating 5 for non-burning surfaces. The metal sheets of the foil 1 form an electrode system in charge and have wire leads 6 from the combustion chamber 7 for connecting to an external control system 8 of the internal chamber processes of the EUTT.

Торцы листов фольги 1 с топливными слоями 2 образуют периметр внутреннего канала горения заряда. Поэтому количество листов электродов в смесевом заряде, покрытых слоем адгезионно скрепленной топливной массы, определяется требованием соблюдения кислородного баланса и параметрами уравнения спиралей.The ends of the sheets of foil 1 with the fuel layers 2 form the perimeter of the internal channel of the combustion of the charge. Therefore, the number of sheets of electrodes in the mixed charge, covered with a layer of adhesively bonded fuel mass, is determined by the requirement of compliance with the oxygen balance and the parameters of the equation of the spirals.

Толщина топливного межэлектродного слоя 2 и толщина фольги выбраны из условия достижения стехиометрического кислородного баланса между компонентами в ЭКС, так же как если металлическая фольга была равномерно распределена по всему объему заряда в виде порошка. То есть металлическая фольга в смесевом заряде выступает в качестве энергодобавки и имеет расчетное массовое содержание.The thickness of the fuel interelectrode layer 2 and the thickness of the foil are selected from the condition of achieving a stoichiometric oxygen balance between the components in the EX, just as if the metal foil was uniformly distributed throughout the charge in powder form. That is, the metal foil in the mixed charge acts as an energy supplement and has a calculated mass content.

Данная структура моноблочного заряда, состоящего из множества спирально расположенных металлических листов фольги, покрытых слоем топливной массы ЭКС расчетной толщины, изготавливается новыми, отличными от известных технологическими методами.This structure of a monoblock charge, consisting of many spirally arranged metal foil sheets coated with a layer of fuel mass EX calculated thickness, is made new, different from known technological methods.

Процесс горения заряда происходит по внутреннему незабронированному каналу 3 и торцевой поверхности 4 в камере сгорания 7 управляемой ЭУТТ. В зависимости от задающего воздействия X(t) блок управления скоростью горения ЭКС 8, входящий в систему управления ЭУТТ, изменяет скорость горения (вектор - u) смесевого заряда ТРТ и, соответственно, расходные и тяговые характеристики ЭУТТ по требуемому закону. В условиях работы ЭУТТ заряд смесевого ТРТ сохраняет свою структуру и работоспособность в соответствии с заявленными свойствами до полного выгорания, находясь под давлением газовой фазы продуктов сгорания, перегрузок, вибраций и различных других внутренних и внешних возмущений.The combustion process of the charge occurs on the inner unarmored channel 3 and the end surface 4 in the combustion chamber 7 of the controlled EUTT. Depending on the driving influence X (t), the ECS 8 burning rate control unit, which is part of the EUTT control system, changes the burning rate (vector - u) of the TRT composite charge and, accordingly, the consumption and traction characteristics of the EUTT according to the required law. Under conditions of operation of an EUTT, the charge of a mixed TRT retains its structure and operability in accordance with the declared properties until it is completely burned out, being under the pressure of the gas phase of the combustion products, overloads, vibrations, and various other internal and external disturbances.

В моноблочной спиральной структуре смесевого заряда множество отдельных, адгезионно связанных с топливной массой листов металлической фольги выполняют многофункциональную роль:In the monoblock spiral structure of the mixed charge, many separate sheets of metal foil adhesively bonded to the fuel mass play a multifunctional role:

- являются энергетической добавкой в ЭКС, т.е. точно дозированным горючим компонентом в рецептуре топлива для повышения температуры продуктов сгорания и, соответственно, удельного импульса ЭУТТ;- are an energy supplement in EX, i.e. accurately metered combustible component in the fuel formulation to increase the temperature of the combustion products and, accordingly, the specific pulse of the EUTT;

- обеспечивают прохождение электрического тока через электропроводную поверхность горения (реакционную зону) заряда, воздействующего на скорость горения топлива в текущих термодинамических условиях;- ensure the passage of electric current through the electrically conductive combustion surface (reaction zone) of a charge affecting the burning rate of the fuel under current thermodynamic conditions;

- образуют развитую поверхность электрического контакта с реакционной зоной ЭКС за счет спиралевидного расположения электродов, выходящих на поверхность горения топлива, и в результате минимизируют полное электрическое сопротивление реакционной зоны заряда;- form a developed surface of electrical contact with the reaction zone of the ECS due to the spiral arrangement of the electrodes emerging on the combustion surface of the fuel, and as a result minimize the total electrical resistance of the reaction zone of the charge;

- обеспечивают заряду максимальную механическую прочность при сохранении стехиометрического химического состава топлива по сравнению с прототипом (патент RU №2175399).- provide the charge with maximum mechanical strength while maintaining the stoichiometric chemical composition of the fuel compared to the prototype (patent RU No. 2175399).

Claims (1)

Заряд смесевого твердого ракетного топлива со встроенной металлической электродной системой, образованной из листов металлической фольги, отличающийся тем, что электродная система выполнена из множества спиралевидно расположенных листов фольги, покрытых слоем полимеризованной топливной массы и используемых в качестве горючего компонента топлива, при этом покрытые слоем полимеризованной топливной массы спиралевидно расположенные листы фольги образуют моноблочную многослойную конструкцию цилиндрической формы с горением по внутреннему каналу и торцевой поверхности, а толщина слоя полимеризованной топливной массы и толщина фольги выбраны из условия достижения стехиометрического баланса между компонентами топлива. The charge of mixed solid rocket fuel with an integrated metal electrode system formed from sheets of metal foil, characterized in that the electrode system is made of many spiral-shaped foil sheets coated with a layer of polymerized fuel mass and used as a combustible fuel component, while being coated with a layer of polymerized fuel the masses of the spiral-shaped foil sheets form a monoblock multilayer cylindrical structure with combustion along the inside the channel and the end surface, and the thickness of the layer of polymerized fuel mass and the thickness of the foil are selected from the condition of achieving a stoichiometric balance between the components of the fuel.
RU2009132248/06A 2009-08-26 2009-08-26 Charge of composite solid propellant RU2425245C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009132248/06A RU2425245C2 (en) 2009-08-26 2009-08-26 Charge of composite solid propellant

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009132248/06A RU2425245C2 (en) 2009-08-26 2009-08-26 Charge of composite solid propellant

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2009132248A RU2009132248A (en) 2011-03-10
RU2425245C2 true RU2425245C2 (en) 2011-07-27

Family

ID=44753729

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009132248/06A RU2425245C2 (en) 2009-08-26 2009-08-26 Charge of composite solid propellant

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2425245C2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115111087B (en) * 2022-07-15 2025-05-13 北京航空航天大学 A solid electrolyte electrically controlled energetic charge and preparation method thereof

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2956401A (en) * 1959-06-12 1960-10-18 Ernest M Kane Variable thrust rocket motor
US3248875A (en) * 1964-10-27 1966-05-03 Robert D Wolcott Re-startable solid fuel rocket motor
US4587805A (en) * 1985-01-29 1986-05-13 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Electro-optical control of solid fuel rocket burn rate
US5616884A (en) * 1991-04-02 1997-04-01 Thiokol Corporation Propellant gas-generation system for canister ejection
RU2175399C2 (en) * 1999-07-29 2001-10-27 Южно-Российский государственный технический университет Method of control of rate of combustion of high-energy condensed system
RU2274761C2 (en) * 2004-02-24 2006-04-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный технический университет" (Новочеркасский политехнический институт") Method to control ratio of propellant components in hybrid propellant rocket engine

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2956401A (en) * 1959-06-12 1960-10-18 Ernest M Kane Variable thrust rocket motor
US3248875A (en) * 1964-10-27 1966-05-03 Robert D Wolcott Re-startable solid fuel rocket motor
US4587805A (en) * 1985-01-29 1986-05-13 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Electro-optical control of solid fuel rocket burn rate
US5616884A (en) * 1991-04-02 1997-04-01 Thiokol Corporation Propellant gas-generation system for canister ejection
RU2175399C2 (en) * 1999-07-29 2001-10-27 Южно-Российский государственный технический университет Method of control of rate of combustion of high-energy condensed system
RU2274761C2 (en) * 2004-02-24 2006-04-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный технический университет" (Новочеркасский политехнический институт") Method to control ratio of propellant components in hybrid propellant rocket engine

Also Published As

Publication number Publication date
RU2009132248A (en) 2011-03-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20020170548A1 (en) Tuned power ignition system
Yi et al. Functionalized carbon fibers assembly with Al/Bi2O3: A new strategy for high-reliability ignition
US8607704B2 (en) Method for electrical flashover ignition and combustion of propellent charge, as well as propellent charge and ammunition shot in accordance therewith
US20130199508A1 (en) Method for controlling the ignition point in an internal combustion engine by means of a corona discharge
RU2425245C2 (en) Charge of composite solid propellant
GB2326701A (en) Initiating and control of propellent charge burning
CN108627058A (en) Combustion-to-detonation energy-gathering explosion device
US10487784B2 (en) Device and method for improving combustion
CN109186380A (en) A kind of no explosive wastewater electric ignition device
JP2000055597A (en) Propellant
CN115822814A (en) Coaxial annular multi-electrode electronically controlled solid thruster
CN115143849A (en) A Plasma Transducer Integrating Energetic Thin Films
RU2274761C2 (en) Method to control ratio of propellant components in hybrid propellant rocket engine
CN114645800B (en) High-thrust electric control solid thruster
Shvetsov et al. Overview of some recent EML research in Russia
US7100377B2 (en) Methods for operating gas turbine engines
CN112771266A (en) Intake plasma generator system and method
RU145235U1 (en) MODEL OF A SINGLE-CHAMBER TWO-MODE REACTIVE ENGINE
CN117108402A (en) A multi-electrode continuous discharge spark discharge generating device
Sinyaev et al. Plasma-replacement technology of ETC-ignition of powder charges in high-velocity launchers
RU2166181C2 (en) Device for ignition of fuel
Rutberg et al. New steps in EML research in Russia
Rutberg et al. The programmed capacitor storage discharge and other factors influencing on launch velocity and on performance of an electrodischarge accelerator
RU61856U1 (en) COAXIAL MAGNETOPLASMA ACCELERATOR
Sidorov et al. Analysis of the grain powder combustion under electrothermal chemical technology of shot at different initial temperatures

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20130827