[go: up one dir, main page]

RU2620613C1 - Rocket engine of rocket-assisted projectile - Google Patents

Rocket engine of rocket-assisted projectile Download PDF

Info

Publication number
RU2620613C1
RU2620613C1 RU2016115119A RU2016115119A RU2620613C1 RU 2620613 C1 RU2620613 C1 RU 2620613C1 RU 2016115119 A RU2016115119 A RU 2016115119A RU 2016115119 A RU2016115119 A RU 2016115119A RU 2620613 C1 RU2620613 C1 RU 2620613C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
nozzle
plug
base
solid fuel
membrane
Prior art date
Application number
RU2016115119A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Афанасьевич Архипов
Алексей Иванович Коноваленко
Ксения Григорьевна Перфильева
Александр Степанович Жуков
Сергей Сергеевич Бондарчук
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (ТГУ)
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 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (ТГУ) filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (ТГУ)
Priority to RU2016115119A priority Critical patent/RU2620613C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2620613C1 publication Critical patent/RU2620613C1/en

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02KJET-PROPULSION PLANTS
    • F02K9/00Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof
    • F02K9/95Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof characterised by starting or ignition means or arrangements
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02KJET-PROPULSION PLANTS
    • F02K9/00Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof
    • F02K9/97Rocket nozzles
    • F02K9/978Closures for nozzles; Nozzles comprising ejectable or discardable elements

Landscapes

  • Air Bags (AREA)

Abstract

FIELD: engines and pumps.
SUBSTANCE: rocket engine of rocket-assisted projectile comprises a combustion chamber with a charge of solid fuel nozzle, and the nozzle cap initiator. In the critical section of the nozzle is set breakthrough membrane. The plug includes a base and a cover fixed on the basis of a hollow cylindrical cup with perforated bottom by a membrane installed at the throat of the nozzle. At the base of the plug and the bottom of the glass made coaxial holes in which the rod is installed with the possibility of longitudinal movement. The stock has a sharpened tip from the membrane, a conical thickening of the part of the base cap, combined with the conical recess in the base and cut the flange sandwiched between the base and the plug cover. On the inside the glass rod mounted console, and between the glass and the bottom bracket mounted coil spring, covering the stem. Pyrotechnic initiator primary linkage includes an igniter placed between the cup bottom and the membrane, and at least two igniters kaplyuley-established on the basis of plugs and associated with strikers fixed to the console. Cover nozzle stub located at the outlet section of the nozzle and fastened by means of rolling with the outer side and the central portion of the lid is a hole with a diameter equal to the diameter of the tapered stem thickening. The magnitude of free volume combustion chamber defined by an algebraic expression to be protected by the present invention.
EFFECT: invention allows for reliable autonomous ignition charge of solid fuel, which is independent from the influence of powder gases and propellant pressure relief at the departure of the nozzle cap.
4 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к области ракетной техники, в частности к ракетным двигателям активно-реактивных снарядов (АРС), запускаемых из ствола артиллерийского орудия, и может быть использовано при разработке ракетных двигателей, включаемых на траектории полета АРС.The invention relates to the field of rocket technology, in particular to rocket engines of active rockets (ARS), launched from the barrel of an artillery gun, and can be used in the development of rocket engines included in the flight path of the APC.

Особенностью внутренней баллистики АРС является то, что давление пороховых газов метательного заряда в стволе орудия составляет несколько тысяч атмосфер (артиллерийский диапазон давлений), а рабочее давление в камере сгорания ракетного двигателя - несколько десятков атмосфер (ракетный диапазон давлений) [1]. Воздействие газов высокого давления может привести к деформации поверхности заряда ракетного двигателя, нарушению внутренней баллистики и разрушению двигателя. Для предохранения заряда топлива маршевого двигателя от воспламенения в стволе орудия в конструкциях АРС используют различные виды заглушек, установленных в сопловом блоке ракетного двигателя.A feature of the internal ballistic of the ARS is that the pressure of the propellant propellant gases in the gun barrel is several thousand atmospheres (artillery pressure range), and the working pressure in the combustion chamber of a rocket engine is several tens of atmospheres (rocket pressure range) [1]. Exposure to high-pressure gases can lead to deformation of the surface of the charge of a rocket engine, disruption of internal ballistics and destruction of the engine. To protect the propellant’s fuel charge from ignition in the gun’s barrel, various types of plugs installed in the nozzle block of the rocket engine are used in the APC designs.

Известен ракетный двигатель артиллерийского снаряда [2], содержащий корпус с зарядом твердого топлива и соплом, установленную в нем заглушку с кольцевым выступом, контактирующим с наружной поверхностью сопла, фиксирующий ее элемент, воспламенитель и блок стабилизаторов ножевого типа. Воспламенитель размещен на заглушке в коническом корпусе и снабжен установленным со стороны среза сопла замедлителем. Стабилизаторы перекрывают торец замедлителя, а фиксирующий элемент выполнен в виде трубки, один конец которой скреплен с соплом в его критическом сечении, а другой конец снабжен выступами, охватывающими корпус воспламенителя.Known rocket engine artillery shell [2], containing a housing with a charge of solid fuel and a nozzle, a plug installed in it with an annular protrusion in contact with the outer surface of the nozzle, fixing its element, an ignitor and a knife-type stabilizer block. The igniter is located on the plug in the conical body and is equipped with a moderator mounted on the nozzle exit side. The stabilizers overlap the end of the moderator, and the locking element is made in the form of a tube, one end of which is fastened to the nozzle in its critical section, and the other end is provided with protrusions covering the igniter body.

Известен ракетный двигатель твердого топлива активно-реактивного снаряда [3], содержащий корпус с сопловым блоком и зарядом твердого топлива, установленную в сопловом блоке заглушку с центральным каналом, в котором размещен пирозамедлитель, и каналами в ее дне, обращенном к срезу сопла, размещенный в корпусе со стороны пирозамедлителя воспламенитель. При этом каналы в дне заглушки выполнены радиальными, на входе которых образованы криволинейные выемки.Known rocket engine of solid fuel of an active-reactive projectile [3], comprising a housing with a nozzle block and a charge of solid fuel, a plug installed in the nozzle block with a central channel in which the pyro-retarder is placed, and channels in its bottom facing the nozzle exit, located in housing from the side of the pyro-moderator igniter. Moreover, the channels in the bottom of the plug are made radial, at the entrance of which curvilinear recesses are formed.

Известен ракетный двигатель артиллерийского снаряда [4], содержащий камеру сгорания с зарядом твердого топлива, сопло, пиротехнический инициатор замедленного действия, установленный в канале сопловой заглушки. Двигатель дополнительно содержит перфорированный диск и шарик, а в заглушке со стороны среза сопла канал выполнен с расширением в сторону инициатора. Шарик помещен в полости канала, а перфорированный диск установлен между каналом и инициатором, причем отверстия в диске выполнены с диаметром, меньшим диаметра шарика.Known rocket engine artillery shell [4], containing a combustion chamber with a charge of solid fuel, a nozzle, a pyrotechnic initiator delayed action installed in the nozzle plug channel. The engine additionally contains a perforated disk and a ball, and in the plug from the nozzle exit side the channel is made with expansion towards the initiator. The ball is placed in the cavity of the channel, and a perforated disk is installed between the channel and the initiator, and the holes in the disk are made with a diameter smaller than the diameter of the ball.

Известен активно-реактивный снаряд [5], который содержит ракетный двигатель твердого топлива, сопловую заглушку с пирозамедлителем, заряд твердого топлива и воспламенитель. На заднем торце снаряда выполнена полузамкнутая полость, при этом замедлитель заглублен в эту полость. На торце замедлителя со стороны заднего торца снаряда установлена дроссельная шайба, выполненная, по крайней мере, с одним поперечным диаметральным пазом. Ширина паза выполнена меньшей диаметра дроссельной шайбы.Known active-rocket projectile [5], which contains a rocket engine of solid fuel, a nozzle plug with a pyro-moderator, a charge of solid fuel and an ignitor. A semi-closed cavity is made at the rear end of the projectile, while the moderator is buried in this cavity. At the end of the moderator from the rear end of the projectile mounted throttle washer made with at least one transverse diametrical groove. The width of the groove is made smaller than the diameter of the throttle washer.

Наиболее близким по техническому решению к заявляемому изобретению является ракетный двигатель артиллерийского снаряда [6]. Двигатель содержит корпус с зарядом твердого топлива и соплом, перекрытым в выходной части конической заглушкой с воспламенителем и замедлителем. На торце стенки заглушки, обращенном к заряду, выполнен кольцевой выступ, на который с зазором относительно торца, заполненным герметизирующим составом, установлена мембрана в виде чашки с отбортовкой.Closest to the technical solution to the claimed invention is a rocket engine of an artillery shell [6]. The engine contains a housing with a solid fuel charge and a nozzle, blocked in the output part by a conical plug with an igniter and moderator. At the end of the wall of the plug facing the charge, an annular protrusion is made, on which a membrane in the form of a cup with a flanging is installed with a gap relative to the end filled with a sealing compound.

Недостатком известных технических решений является, кроме сложности конструкции большинства из них, наличие дополнительного твердотопливного заряда (замедлителя). Замедлитель инициируется пороховыми газами метательного заряда в стволе орудия и, в свою очередь, инициирует твердотопливный заряд маршевого ракетного двигателя после вылета АРС из ствола. Наличие замедлителя снижает надежность запуска ракетного двигателя из-за возможности развития нестационарного режима горения замедлителя (вплоть до его гашения) в условиях резкого сброса давления при вылете снаряда из ствола.A disadvantage of the known technical solutions is, in addition to the complexity of the design of most of them, the presence of an additional solid fuel charge (moderator). The retarder is initiated by propellant propellant gases in the gun’s barrel and, in turn, initiates the solid propellant charge of the mid-flight rocket engine after the APC takes off from the barrel. The presence of a moderator reduces the reliability of launching a rocket engine due to the possibility of developing an unsteady mode of combustion of the moderator (up to its extinction) under conditions of a sharp pressure relief when the projectile leaves the barrel.

Техническим результатом настоящего изобретения является повышение надежности инициирования и работы маршевого ракетного двигателя активно-реактивного снаряда.The technical result of the present invention is to increase the reliability of the initiation and operation of the mid-flight rocket engine of an active-rocket projectile.

Технический результат изобретения достигается тем, что разработан ракетный двигатель активно-реактивного снаряда, содержащий камеру сгорания с зарядом твердого топлива, сопло, пиротехнический инициатор и сопловую заглушку. В критическом сечении сопла установлена прорывная мембрана, заглушка состоит из основания, крышки и закрепленного на основании полого цилиндрического стакана с перфорированным дном со стороны мембраны. В основании заглушки и дне стакана выполнены соосные отверстия, в которых установлен шток с возможностью его продольного перемещения. Шток имеет заостренный наконечник со стороны мембраны, коническое утолщение со стороны основания заглушки, сопряженное с конической выемкой в основании, и срезаемый фланец, зажатый между основанием и крышкой заглушки. На штоке внутри стакана закреплена консоль, в стакане между его дном и консолью установлена цилиндрическая пружина, охватывающая шток. Пиротехнический инициатор состоит из навески основного воспламенителя, размещенной между дном стакана и мембраной, и не менее двух капсюлей-воспламенителей, установленных на основании заглушки и сопряженных с ударниками, закрепленными на консоли. Крышка сопловой заглушки расположена в выходном сечении сопла и закреплена при помощи завальцовки с его внешней стороны, в центральной части крышки выполнено отверстие, диаметр которого равен диаметру конического утолщения штока. В камере сгорания имеется свободный объем между зарядом твердого топлива и входным сечением сопла, причем величина свободного объема камеры сгорания соответствует неравенствуThe technical result of the invention is achieved by the fact that a rocket engine of an active-rocket projectile is developed comprising a combustion chamber with a charge of solid fuel, a nozzle, a pyrotechnic initiator and a nozzle plug. A breakthrough membrane is installed in the critical section of the nozzle; the plug consists of a base, a cover, and a hollow cylindrical glass fixed to the base with a perforated bottom on the side of the membrane. At the base of the plug and the bottom of the glass, coaxial holes are made in which the stem is mounted with the possibility of its longitudinal movement. The stem has a pointed tip on the membrane side, a conical thickening on the side of the base of the plug associated with a conical recess in the base, and a cut flange sandwiched between the base and the cover of the plug. A cantilever is fixed on the stem inside the cup; a cylindrical spring is installed in the cup between its bottom and the console, covering the stock. The pyrotechnic initiator consists of a sample of the main igniter located between the bottom of the glass and the membrane, and at least two igniter caps mounted on the base of the plug and paired with drums mounted on the console. The nozzle cap cover is located in the outlet section of the nozzle and is fixed by rolling from its outer side, a hole is made in the central part of the cap whose diameter is equal to the diameter of the conical thickening of the rod. In the combustion chamber there is a free volume between the charge of solid fuel and the inlet section of the nozzle, and the free volume of the combustion chamber corresponds to the inequality

Figure 00000001
,
Figure 00000001
,

где V - свободный объем камеры сгорания, м3;where V is the free volume of the combustion chamber, m 3 ;

Figure 00000002
;
Figure 00000002
;

k - показатель адиабаты продуктов сгорания твердого топлива;k is the adiabatic exponent of the solid fuel combustion products;

Figure 00000003
- приведенная сила топлива, м22;
Figure 00000003
- reduced fuel power, m 2 / s 2 ;

R - газовая постоянная продуктов сгорания твердого топлива, Дж/(кг⋅К);R is the gas constant of the solid fuel combustion products, J / (kg⋅K);

Tp - адиабатическая температура горения твердого топлива при постоянном давлении, К;T p - adiabatic combustion temperature of solid fuel at constant pressure, K;

ρт - плотность твердого топлива, кг/м3;ρ m - density of the solid fuel, kg / m 3;

Sт - площадь поверхности горения заряда твердого топлива, м2;S t - surface area of the combustion of a charge of solid fuel, m 2 ;

u1 - скорость горения твердого топлива при атмосферном давлении, м/с;u 1 - burning rate of solid fuel at atmospheric pressure, m / s;

рк - давление вскрытия сопловой заглушки, Па;p to the opening pressure of the nozzle plug, Pa;

р1=0.1 МПа - атмосферное давление;p 1 = 0.1 MPa - atmospheric pressure;

n=рк0 - отношение давлений;n = p to / p 0 - pressure ratio;

p0 - давление в камере сгорания на маршевом режиме работы ракетного двигателя, Па;p 0 - pressure in the combustion chamber at the marching mode of operation of the rocket engine, Pa;

ν - показатель степени в законе скорости горения твердого топлива;ν is the exponent in the law of the burning rate of solid fuel;

Figure 00000004
Figure 00000004

Сущность изобретения поясняется схемой ракетного двигателя активно-реактивного снаряда (Фиг. 1). Двигатель содержит корпус 1 с зарядом твердого топлива 2 и сопло, перекрытое в критическом сечении 4 прорывной мембраной 22. В диффузоре сопла 6 установлено основание заглушки 8, которое крышкой 13 с отверстием 12 при помощи завальцовки 7 крепится к выходной части диффузора 6. На основании заглушки 8 со стороны заряда 2 закреплен стакан 17, по оси которого размещен подвижный шток 19 с закрепленной на нем консолью 16. Со стороны основания заглушки 8 на консоли 16 установлены ударники 15, а со стороны заряда 2 консоль через пружину 18 опирается на дно стакана 17. На основании заглушки 8 напротив ударников 15 размещены капсюли-воспламенители 14. Между дном стакана 17 и прорывной мембраной 22 размещена навеска основного воспламенителя 20. Перфорации 5 в дне стакана 17 связывают внутреннюю полость стакана с воспламенителем 20. На штоке 19 выполнен заостренный наконечник 21 со стороны прорывной мембраны 22, коническое основание 11 со стороны основания заглушки 8, сопряженное с конической полостью 9 в основании заглушки 8, и срезаемый фланец 10, который зажат между основанием заглушки 8 и крышкой 13.The invention is illustrated by the scheme of the rocket engine of an active-rocket projectile (Fig. 1). The engine comprises a housing 1 with a charge of solid fuel 2 and a nozzle blocked in a critical section 4 by a breakthrough membrane 22. In the diffuser of the nozzle 6, the base of the plug 8 is installed, which is fastened to the outlet part of the diffuser by a cover 13 with a hole 12 by rolling 7. On the base of the plug 8, a cup 17 is fixed on the charge side 2, along the axis of which a movable rod 19 with a console 16 mounted on it is mounted. On the side of the base of the plug 8, drums 15 are mounted on the console 16, and on the charge side 2, the console, through the spring 18, rests on the bottom of the cup 17. On the base of the plug 8, igniter caps 14 are placed opposite the impactors 15. Between the bottom of the cup 17 and the breakthrough membrane 22, a sample of the main igniter 20 is placed. Perforations 5 in the bottom of the cup 17 connect the inner cavity of the cup with the igniter 20. A pointed tip 21 is made on the rod 19 from the side of the breakthrough membrane 22, the conical base 11 from the base side of the plug 8, conjugated with a conical cavity 9 in the base of the plug 8, and a shear flange 10, which is sandwiched between the base of the plug 8 and the cover 13.

Ракетный двигатель (РДТТ) активно-реактивного снаряда работает следующим образом. При движении снаряда в стволе орудия под действием высокого давления пороховых газов метательного заряда срезается выступающий край фланца 10, а шток 19 перемещается в сторону мембраны 22. При этом коническое основание 11 штока 19 сопрягается с конической выемкой 9 в основании заглушки 8, препятствуя прорыву пороховых газов во внутреннюю полость стакана 17. При движении штока 19 пружина 18 сжимается, а наконечник 21 прорывает мембрану 22.The rocket engine (solid propellant rocket engine) active-rocket projectile operates as follows. When the projectile moves in the gun’s barrel under the influence of high pressure of the propellant propellant’s gas, the protruding edge of the flange 10 is cut off and the stem 19 moves towards the membrane 22. In this case, the conical base 11 of the rod 19 mates with the conical recess 9 at the base of the plug 8, preventing the breakthrough of the powder gases into the internal cavity of the cup 17. With the movement of the rod 19, the spring 18 is compressed, and the tip 21 breaks through the membrane 22.

После вылета снаряда из орудия в момент времени t=0 (Фиг. 2) давление пороховых газов на дно снаряда резко уменьшается, при этом шток 19 под действием пружины 18 перемещается назад, открывая отверстие в прорывной мембране 22 и воздействуя ударниками 15 на капсюли-воспламенители 14. Форс пламени от капсюлей-воспламенителей 14 через перфорации 5 в стакане 17 поджигает основной воспламенитель 20. Продукты сгорания воспламенителя 20 через отверстие в прорывной мембране 22 поступают в камеру сгорания 3 ракетного двигателя и в момент времени tв при значении давления в камере сгорания рв (Фиг. 2) поджигают заряд твердого топлива 2. При достижении в камере сгорания заданного давления рк в момент времени tк (Фиг. 2) срезается завальцовка 7 крышки 13 и заглушка выталкивается из соплового блока. В камере сгорания в момент времени tк (Фиг. 2) происходит сброс давления от рк до рабочего давления р0 маршевого режима работы двигателя, которое устанавливается в момент времени t0. Из Фиг. 2 следует, что для обеспечения надежного воспламенения твердотопливного заряда давление вскрытия сопловой заглушки рк должно быть значительно выше рабочего давления р0 маршевого режима двигателя:

Figure 00000005
. При рк≤р0 сопловая заглушка вскрывается раньше момента воспламенения заряда, вследствие чего продукты сгорания воспламенителя сбрасываются через сопло.After the projectile leaves the gun at time t = 0 (Fig. 2), the pressure of the powder gases at the bottom of the projectile sharply decreases, while the rod 19 moves backward under the action of the spring 18, opening a hole in the breakthrough membrane 22 and acting on the igniter caps with impactors 15 14. Force of the flame from the primer 14 through the perforations 5 in the glass core 17 ignites the igniter 20. The igniter 20 of the combustion products through the opening 22 in the membrane disruptive fed into the combustion chamber of the rocket engine 3 and at time t to a value of the pressure in the combustion chamber p in (Fig. 2) ignites the charge of solid fuel 2. When the specified pressure p k is reached in the combustion chamber at time t k (Fig. 2), the rolling 7 of the cover 13 is cut off and the plug is ejected from the nozzle block. In the combustion chamber at time t k (Fig. 2), a pressure is released from p k to the operating pressure p 0 of the cruise mode of the engine, which is set at time t 0 . From FIG. 2 it follows that to ensure reliable ignition of the solid fuel charge, the opening pressure of the nozzle plug p to should be significantly higher than the working pressure p 0 sustainer mode of the engine:
Figure 00000005
. At p k ≤ p 0, the nozzle plug opens before the moment of ignition of the charge, as a result of which the products of combustion of the igniter are discharged through the nozzle.

Достижение положительного эффекта изобретения обеспечивается следующими факторами.The achievement of the positive effect of the invention is provided by the following factors.

1. Применение ударного механизма с капсюлем-воспламенителем для инициализации горения воспламенителя вместо замедлителя, передающего горение от пороховых газов, повышает надежность работы устройства, т.к. изолирует воспламенительный состав от газов высокого давления в стволе орудия и исключает возможность отказа из-за погасания замедлителя при резких колебаниях давления и при перегрузках.1. The use of a shock mechanism with an igniter capsule to initiate ignition of the igniter instead of a moderator transmitting combustion from powder gases increases the reliability of the device, because isolates the igniter composition from high-pressure gases in the gun barrel and eliminates the possibility of failure due to the extinction of the moderator during sudden pressure fluctuations and during overloads.

2. Размещение штока с ударным механизмом и возвратной пружиной в стакане обеспечивает их свободное перемещение и передачу пламени от капсюля-воспламенителя к основному воспламенительному составу.2. Placing the rod with a shock mechanism and a return spring in the glass ensures their free movement and transfer of flame from the igniter capsule to the main igniter composition.

3. Использование штока с заостренным наконечником позволяет легко разрушить мембрану при его поступательном движении и обеспечивает свободное истечение газов воспламенителя через разрыв мембраны при смещении штока в обратном направлении под действием пружины.3. The use of a rod with a pointed tip makes it easy to destroy the membrane during its translational motion and provides free flow of igniter gases through the rupture of the membrane when the rod is displaced in the opposite direction under the action of a spring.

4. Коническое утолщение на штоке со стороны основания заглушки, сопряженное с конической выемкой в основании заглушки, обеспечивает плотную посадку штока в основании заглушки при его поступательном движении и предотвращает прорыв пороховых газов внутрь корпуса воспламенителя.4. The conical thickening on the stem from the side of the base of the plug, coupled with a conical recess in the base of the plug, provides a tight fit of the stem in the base of the plug during its forward movement and prevents breakthrough of powder gases into the igniter body.

5. Установка прорывной мембраны в критическом сечении сопла и ее предварительное раскрытие наконечником штока устраняет образование осколков мембраны, позволяет просто и надежно загерметизировать основной воспламенительный состав.5. The installation of a breakthrough membrane in the critical section of the nozzle and its preliminary opening by the rod tip eliminates the formation of fragments of the membrane, allows you to simply and reliably seal the main igniter composition.

6. Выполнение фланца на конце штока, обращенного к основанию заглушки и зажатого между основанием заглушки и крышкой, позволяет жестко зафиксировать шток от случайных перемещений и загерметизировать внутреннюю полость заглушки.6. The execution of the flange at the end of the rod, facing the base of the plug and sandwiched between the base of the plug and the cover, allows you to rigidly fix the stem from accidental movements and seal the inner cavity of the plug.

7. Для определения свободного объема камеры сгорания РДТТ рассмотрим уравнение сохранения энергии в камере РДТТ при сбросе давления [7]:7. To determine the free volume of the solid propellant combustion chamber, we consider the equation of energy conservation in the solid propellant chamber during pressure relief [7]:

Figure 00000006
Figure 00000006

где рк - давление в камере сгорания, соответствующее давлению вскрытия сопловой заглушки (срезания завальцовки крышки);where p to - the pressure in the combustion chamber corresponding to the opening pressure of the nozzle plugs (cutting rolling of the lid);

t - время;t is the time;

k - показатель адиабаты продуктов сгорания ТРТ;k is the adiabatic exponent of the TRT combustion products;

Figure 00000007
- приведенная сила топлива;
Figure 00000007
- reduced fuel power;

R - газовая постоянная продуктов сгорания ТРТ;R is the gas constant of the combustion products of the TRT;

Тp - адиабатическая температура горения ТРТ при постоянном давлении;T p - TPT adiabatic combustion temperature at a constant pressure;

V - свободный объем камеры сгорания;V is the free volume of the combustion chamber;

G+ - массовый секундный газоприход при горении ТРТ;G + - mass second gas inlet during combustion of TPT;

G- - массовый секундный расход продуктов сгорания ТРТ через сопло.G - - mass second consumption of TPT combustion products through the nozzle.

Условие гашения твердотопливного заряда при сбросе давления в момент вскрытия сопловой заглушки определяется неравенством [8]The condition for quenching the solid fuel charge when the pressure is released at the time of opening the nozzle plug is determined by the inequality [8]

Figure 00000008
Figure 00000008

где параметр В зависит от типа ТРТ:where parameter B depends on the type of TRT:

В=10 с-1 - для баллиститных ТРТ;At = 10 s -1 - for ballistic TRT;

В=120 с-1 - для смесевых ТРТ.B = 120 s -1 - for mixed TRT.

Значения газоприхода G+ и расхода G- продуктов сгорания определяются уравнениями [7]:The values of the gas inlet G + and the flow rate G - combustion products are determined by the equations [7]:

Figure 00000009
Figure 00000009

Figure 00000010
Figure 00000010

где ρт - плотность ТРТ;where ρ t - density TRT;

Sт - площадь поверхности горения заряда твердого топлива;S t - surface area of the combustion of a charge of solid fuel;

u1 - скорость горения ТРТ при атмосферном давлении p1;u 1 - the rate of combustion of TRT at atmospheric pressure p 1 ;

ν - показатель степени в законе скорости горения ТРТ;ν is the exponent in the law of the rate of combustion of TRT;

Sкр - площадь критического сечения сопла РДТТ;S cr - the critical section area of the solid propellant nozzle;

Γ(k) - функция показателя адиабаты k, определяемая уравнением [7]Γ (k) is the function of the adiabatic exponent k defined by equation [7]

Figure 00000011
.
Figure 00000011
.

Подставляя (3), (4) в уравнение (1), получимSubstituting (3), (4) into equation (1), we obtain

Figure 00000012
Figure 00000012

Значение критического сечения сопла РДТТ Sкр определяется из уравнения Бори [7] для маршевого режима РДТТ при значении рабочего давления в камере сгорания р0:The value of the critical cross section of the solid propellant nozzle S cr is determined from the Bori equation [7] for the solid propellant rocket propulsion mode with the value of the working pressure in the combustion chamber p 0 :

Figure 00000013
Figure 00000013

Из уравнения Бори (6) следует:From the Bori equation (6) it follows:

Figure 00000014
Figure 00000014

Подставляя (7) в уравнение (5), получим:Substituting (7) in equation (5), we obtain:

Figure 00000015
Figure 00000015

Введем параметр n, равный отношению давленийWe introduce the parameter n equal to the pressure ratio

Figure 00000016
.
Figure 00000016
.

Заменяя в правой части (8) давление рк через р0 с учетом этого параметра (рк=nр0), получим:Replacing in the right-hand side of (8) the pressure p k through p 0 taking into account this parameter (p k = n p 0 ), we obtain:

Figure 00000017
Figure 00000017

С учетом (10) условие гашения твердотопливного заряда при сбросе давления (2) примет вид:In view of (10), the condition for quenching the solid fuel charge when depressurizing (2) will take the form:

Figure 00000018
Figure 00000018

Условие непогасания заряда при сбросе давления соответствует выполнению неравенства, обратного (2):The condition of non-extinction of the charge during depressurization corresponds to the inequality opposite (2):

Figure 00000019
Figure 00000019

С учетом (10), (11) можно получить значение минимального свободного объема камеры сгорания Vmin, при котором гашения заряда ТРТ при сбросе давления не происходит:Taking into account (10), (11), it is possible to obtain the value of the minimum free volume of the combustion chamber V min at which the TPT charge is not extinguished when the pressure is released:

Figure 00000020
Figure 00000020

где параметр А включает в себя характеристики твердотопливного зарядаwhere parameter A includes the characteristics of the solid fuel charge

Figure 00000021
.
Figure 00000021
.

В соответствии с (12) минимальное значение Vmin определяется характеристиками твердого топлива (параметр А), типом топлива - смесевое или баллиститное (параметр В), давлением в камере сгорания р0 при маршевом режиме работы РДТТ и давлением вскрытия сопловой заглушки pк=np0.In accordance with (12), the minimum value of V min is determined by the characteristics of solid fuel (parameter A), the type of fuel is mixed or ballistic (parameter B), the pressure in the combustion chamber is p 0 during the solid propellant mode of operation of the solid propellant, and the opening pressure of the nozzle plug is p k = np 0 .

Примеры реализацииImplementation examples

Проведем расчеты минимального значения свободного объема камеры сгорания РДТТ Vmin при использовании торцевого заряда баллиститного (порох Н) и смесевого (CYN) твердых топлив в активно-реактивном снаряде калибром 150 мм (Sт=177 см2) при значении p0=4 МПа. Характеристики этих топлив приведены в таблице 1.We will calculate the minimum value of the free volume of the solid propellant combustion chamber V min when using the end charge of ballistic (gunpowder N) and mixed (CYN) solid fuels in an active-reactive projectile with a caliber of 150 mm (S t = 177 cm 2 ) at a value of p 0 = 4 MPa . The characteristics of these fuels are given in table 1.

Figure 00000022
Figure 00000022

Результаты расчетов по уравнению (12) минимального значения объема камеры сгорания для этих топлив приведены на Фиг. 3 для разных значений отношения n=pк/p0. С повышением давления pк (или, что то же, параметра n) требуется большая величина свободного объема камеры сгорания Vmin, обеспечивающая устойчивое горение заряда при сбросе давления. Оптимальное значение величины pк зависит от характеристик устойчивости горения конкретной композиции твердого топлива и определяется, как правило, экспериментально.The calculation results according to equation (12) of the minimum value of the volume of the combustion chamber for these fuels are shown in FIG. 3 for different values of the ratio n = p to / p 0 . With increasing pressure p k (or, equivalently, parameter n), a large value of the free volume of the combustion chamber V min is required, which ensures stable combustion of the charge when the pressure is released. The optimal value of p k depends on the burning stability characteristics of a particular solid fuel composition and is determined, as a rule, experimentally.

Результаты аналогичных расчетов, проведенных для рассмотренных топлив при разных значениях рабочего давления р0 в камере сгорания на маршевом режиме работы двигателя, приведены на Фиг. 4. Из графиков (Фиг. 4) следует, что с увеличением рабочего давления p0 от 4 до 12 МПа требуемое значение свободного объема камеры сгорания уменьшается.The results of similar calculations carried out for the considered fuels at different values of the operating pressure p 0 in the combustion chamber at the main operation of the engine are shown in FIG. 4. From the graphs (Fig. 4) it follows that with an increase in the operating pressure p 0 from 4 to 12 MPa, the required value of the free volume of the combustion chamber decreases.

Результаты расчетов, приведенные на Фиг. 3, 4, показывают, что при использовании смесевых твердых топлив требуется существенно меньшая величина Vmin, чем для баллиститных составов.The calculation results shown in FIG. 3, 4, show that when using mixed solid fuels, a significantly lower value of V min is required than for ballistic compositions.

Таким образом, заявляемый ракетный двигатель активно-реактивного снаряда обеспечивает достижение технического результата изобретения - повышение надежности инициирования и работы маршевого ракетного двигателя за счет автономного воспламенителя, исключения воздействия газов высокого давления метательного заряда в стволе орудия на ракетный двигатель, а также за счет обеспечения устойчивости горения заряда ракетного двигателя при вскрытии сопловой заглушки после вылета снаряда из ствола.Thus, the inventive rocket engine of an active-rocket projectile ensures the achievement of the technical result of the invention - improving the reliability of the initiation and operation of the mid-flight rocket engine due to an autonomous igniter, eliminating the effects of high-pressure propellant gases in the gun barrel on the rocket engine, and also by ensuring combustion stability the charge of the rocket engine when opening the nozzle plug after the projectile leaves the barrel.

Источники информацииInformation sources

1. Серебряков М.Е. Внутренняя баллистика. М.: Оборонгиз, 1949. - 670 с.1. Serebryakov M.E. Internal ballistics. M .: Oborongiz, 1949 .-- 670 p.

2. Патент РФ №2021544, МПК F02K 9/08. Ракетный двигатель артиллерийского снаряда / Соколов Г.Ф., Миронов Ю.И., Беркович B.C. - Опубл. 15.10.1994 г.2. RF patent №2021544, IPC F02K 9/08. The rocket engine of an artillery shell / Sokolov G.F., Mironov Yu.I., Berkovich B.C. - Publ. 10/15/1994 g.

3. Патент РФ №2037065, МПК F02K 9/08. Ракетный двигатель твердого топлива активно-реактивного снаряда / Соколов Г.Ф., Васина Е.А., Морозов В.Д., Кошелев Е.В. - Опубл. 09.06.1995 г.3. RF patent No. 2037065, IPC F02K 9/08. Rocket engine of solid propellant rocket / Sokolov G.F., Vasina E.A., Morozov V.D., Koshelev E.V. - Publ. 06/09/1995 g.

4. Патент РФ №2059859, МПК F02K 9/08. Ракетный двигатель артиллерийского снаряда / Бабичев В.И., Алешичев И.А., Соколов Г.Ф., Родин Л.А. - Опубл. 10.05.1996 г.4. RF patent No. 2059859, IPC F02K 9/08. Rocket engine of an artillery shell / Babichev V.I., Aleshichev I.A., Sokolov G.F., Rodin L.A. - Publ. 05/10/1996

5. Патент РФ №2075033, МПК F42B 10/38. Активно-реактивный снаряд / Бабичев В.И., Колотилин С.В. - Опубл. 10.03.1997 г.5. RF patent No. 2075033, IPC F42B 10/38. Active rocket / Babichev V.I., Kolotilin S.V. - Publ. 03/10/1997

6. Патент РФ №2080468, МПК F02K 9/08, F42B 10/38. Ракетный двигатель артиллерийского снаряда / Бабичев В.И., Соколов Г.Ф., Миронов Ю.И., Беркович B.C. - Опубл. 15.05.1997 г.6. RF patent No. 2080468, IPC F02K 9/08, F42B 10/38. Rocket engine of an artillery shell / Babichev V.I., Sokolov G.F., Mironov Yu.I., Berkovich B.C. - Publ. 05/15/1997

7. Райзберг Б.А. Основы теории рабочих процессов в ракетных системах на твердом топливе / Б.А. Райзберг, Б.Т. Ерохин, К.П. Самсонов. - М.: Машиностроение, 1972. - 383 с.7. Reisberg B.A. Fundamentals of the theory of working processes in solid fuel rocket systems / B.A. Reisberg, B.T. Erokhin, K.P. Samsonov. - M.: Mechanical Engineering, 1972. - 383 p.

8. Присняков В.Ф. Динамика ракетных двигателей твердого топлива. Учебное пособие для ВУЗов. - М.: Машиностроение, 1984. - 248 с.8. Prisnyakov V.F. Dynamics of solid fuel rocket engines. Textbook for high schools. - M.: Mechanical Engineering, 1984. - 248 p.

9. Шишков А.А. Рабочие процессы в ракетных двигателях твердого топлива: Справочник / А.А. Шишков, С.Д. Панин, Б.В. Румянцев. - М.: Машиностроение, 1988. - 240 с.9. Shishkov A.A. Workflows in solid propellant rocket engines: Directory / A.A. Shishkov, S.D. Panin, B.V. Rumyantsev. - M.: Mechanical Engineering, 1988 .-- 240 p.

Claims (17)

Ракетный двигатель активно-реактивного снаряда, содержащий камеру сгорания с зарядом твердого топлива, сопло, пиротехнический инициатор и сопловую заглушку, отличающийся тем, что в критическом сечении сопла установлена прорывная мембрана, заглушка состоит из основания, крышки и закрепленного на основании полого цилиндрического стакана с перфорированным дном со стороны мембраны, в основании заглушки и дне стакана выполнены соосные отверстия, в которых установлен шток с возможностью его продольного перемещения, шток имеет заостренный наконечник со стороны мембраны, коническое утолщение со стороны основания заглушки, сопряженное с конической выемкой в основании, и срезаемый фланец, зажатый между основанием и крышкой заглушки, на штоке внутри стакана закреплена консоль, в стакане между его дном и консолью установлена цилиндрическая пружина, охватывающая шток, причем пиротехнический инициатор состоит из навески основного воспламенителя, размещенной между дном стакана и мембраной, и не менее двух капсюлей-воспламенителей, установленных на основании заглушки и сопряженных с ударниками, закрепленными на консоли, при этом крышка сопловой заглушки расположена в выходном сечении сопла и закреплена при помощи завальцовки с его внешней стороны, в центральной части крышки выполнено отверстие, диаметр которого равен диаметру конического утолщения штока, а свободный объем камеры сгорания между зарядом твердого топлива и входным сечением сопла соответствует неравенствуA rocket engine of an active-reactive projectile containing a combustion chamber with a charge of solid fuel, a nozzle, a pyrotechnic initiator and a nozzle plug, characterized in that a breakthrough membrane is installed in the critical section of the nozzle, the plug consists of a base, a cover and a perforated hollow cylindrical glass fixed to the base bottom side of the membrane, at the base of the plug and the bottom of the glass are made coaxial holes in which the rod is mounted with the possibility of longitudinal movement, the rod has a pointed the end on the membrane side, a conical thickening on the side of the base of the plug, mating with a conical recess in the base, and a cut flange sandwiched between the base and the cover of the plug, a console is fixed on the rod inside the glass, a cylindrical spring is installed in the glass between its bottom and the console, covering the rod moreover, the pyrotechnic initiator consists of a sample of the main igniter, placed between the bottom of the glass and the membrane, and at least two igniter caps mounted on the base of the plug and with drummers mounted on the console, while the cap of the nozzle plug is located in the outlet section of the nozzle and secured by rolling from its outer side, a hole is made in the central part of the cap, the diameter of which is equal to the diameter of the conical thickening of the rod, and the free volume of the combustion chamber between the charge solid fuel and the nozzle inlet section corresponds to the inequality
Figure 00000023
,
Figure 00000023
,
где V - свободный объем камеры сгорания, м3;where V is the free volume of the combustion chamber, m 3 ; A=kƒpρTSTu1;A = kƒ p ρ T S T u 1 ; k - показатель адиабаты продуктов сгорания твердого топлива;k is the adiabatic exponent of the solid fuel combustion products; ƒp=RTp - приведенная сила топлива, Дж/кг;ƒ p = RT p is the reduced power of the fuel, J / kg; R - газовая постоянная продуктов сгорания твердого топлива, Дж/(кг⋅К);R is the gas constant of the solid fuel combustion products, J / (kg⋅K); Tp - адиабатическая температура горения твердого топлива при постоянном давлении, К;T p - adiabatic combustion temperature of solid fuel at constant pressure, K; ρт - плотность твердого топлива, кг/м3;ρ t - density of solid fuel, kg / m 3 ; Sт - площадь поверхности горения заряда твердого топлива, м2;S t - surface area of the combustion of a charge of solid fuel, m 2 ; u1 - скорость горения твердого топлива при атмосферном давлении, м/с;u 1 - burning rate of solid fuel at atmospheric pressure, m / s; рк - давление вскрытия сопловой заглушки, Па;p to the opening pressure of the nozzle plug, Pa; p1=0.1 МПа - атмосферное давление;p 1 = 0.1 MPa - atmospheric pressure; n=рк0 - отношение давлений;n = p to / p 0 - pressure ratio; р0 - давление в камере сгорания на маршевом режиме работы ракетного двигателя, Па;p 0 - pressure in the combustion chamber at the marching mode of operation of the rocket engine, Pa; ν - показатель степени в законе скорости горения твердого топлива;ν is the exponent in the law of the burning rate of solid fuel;
Figure 00000024
Figure 00000024
RU2016115119A 2016-04-19 2016-04-19 Rocket engine of rocket-assisted projectile RU2620613C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016115119A RU2620613C1 (en) 2016-04-19 2016-04-19 Rocket engine of rocket-assisted projectile

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016115119A RU2620613C1 (en) 2016-04-19 2016-04-19 Rocket engine of rocket-assisted projectile

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2620613C1 true RU2620613C1 (en) 2017-05-29

Family

ID=59031847

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016115119A RU2620613C1 (en) 2016-04-19 2016-04-19 Rocket engine of rocket-assisted projectile

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2620613C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111811739A (en) * 2020-09-04 2020-10-23 航天科工火箭技术有限公司 Liquid rocket engine thrust chamber airtight tool and test method thereof

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2433169A1 (en) * 1978-08-08 1980-03-07 Europ Propulsion Ejector-igniter for tactical missiles - incorporates several pyrotechnic compsns. stacked in tiers in receptacle each having appropriate function
RU2080468C1 (en) * 1994-03-18 1997-05-27 Конструкторское бюро приборостроения Artillery shell rocket engine
RU2127821C1 (en) * 1997-04-30 1999-03-20 Открытое акционерное общество Научно-производственное объединение "Искра" Jet engine ignition device
US6481198B1 (en) * 1999-07-09 2002-11-19 Alliant Techsystems Inc. Multi-stage rocket motor assembly including jettisonable launch motor integrated with flight igniter
RU2279564C1 (en) * 2005-06-23 2006-07-10 Федеральное Государственное унитарное предприятие "Государственное научно-производственное предприятие "Сплав" Solid-propellant rocket engine

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2433169A1 (en) * 1978-08-08 1980-03-07 Europ Propulsion Ejector-igniter for tactical missiles - incorporates several pyrotechnic compsns. stacked in tiers in receptacle each having appropriate function
RU2080468C1 (en) * 1994-03-18 1997-05-27 Конструкторское бюро приборостроения Artillery shell rocket engine
RU2127821C1 (en) * 1997-04-30 1999-03-20 Открытое акционерное общество Научно-производственное объединение "Искра" Jet engine ignition device
US6481198B1 (en) * 1999-07-09 2002-11-19 Alliant Techsystems Inc. Multi-stage rocket motor assembly including jettisonable launch motor integrated with flight igniter
RU2279564C1 (en) * 2005-06-23 2006-07-10 Федеральное Государственное унитарное предприятие "Государственное научно-производственное предприятие "Сплав" Solid-propellant rocket engine

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111811739A (en) * 2020-09-04 2020-10-23 航天科工火箭技术有限公司 Liquid rocket engine thrust chamber airtight tool and test method thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6619029B2 (en) Rocket motors with insensitive munitions systems
US3988990A (en) Projectile
KR101494393B1 (en) Dual thrust rocket propulsion machinery
RU2620613C1 (en) Rocket engine of rocket-assisted projectile
US2627810A (en) Igniter
US4397240A (en) Rocket assisted projectile and cartridge with time delay ignition and sealing arrangement
EP3341676B1 (en) Cartridge ammunition
RU2024776C1 (en) Rocket engine for projectile
US3176615A (en) Gun-propelled rocket-boosted missile
US3438303A (en) System including a tubular launching tube and a rocket provided with an outer auxiliary launching charge
US10107608B2 (en) Cartridge for light weapons
RU2117235C1 (en) Pulse rocket projectile
US3726219A (en) Integral propellant case ramjet projectile
RU2631958C1 (en) Reactive engine, method for shooting with rocket ammunition and rocket ammunition
EP4232700B1 (en) Integrated propulsion and warhead system for an artillery round
US10502537B1 (en) Enhanced terminal performance medium caliber multipurpose traced self-destruct projectile
RU2647256C1 (en) Method of increasing the distance of the rocket-propelled grenade
RU2357200C2 (en) Missile
JP4619814B2 (en) Two-stage thrust rocket motor
RU2602633C1 (en) Round for grenade launchers
RU2816347C1 (en) Solid-propellant rocket engine
CA2465295C (en) Rocket motors with insensitive munitions systems
RU2727116C1 (en) Solid fuel rocket engine
RU2736456C1 (en) Nozzle plug of rocket engine of solid fuel
RU2239778C1 (en) Rocket

Legal Events

Date Code Title Description
QB4A Licence on use of patent

Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20180815

Effective date: 20180815