RU2378523C1 - Solid propellant rocket engine - Google Patents
Solid propellant rocket engine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2378523C1 RU2378523C1 RU2008125557/06A RU2008125557A RU2378523C1 RU 2378523 C1 RU2378523 C1 RU 2378523C1 RU 2008125557/06 A RU2008125557/06 A RU 2008125557/06A RU 2008125557 A RU2008125557 A RU 2008125557A RU 2378523 C1 RU2378523 C1 RU 2378523C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- slots
- engine
- solid propellant
- charge
- arch
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Solid Fuels And Fuel-Associated Substances (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области ракетной техники, а именно к ракетным двигателям твердого топлива (РДТТ) и к зарядам твердого ракетного топлива различного назначения, и может быть использовано при разработке РДТТ с зарядами, скрепленными с корпусом двигателя.The invention relates to the field of rocket technology, namely to solid propellant rocket engines (solid propellant rocket engines) and to solid rocket propellant charges for various purposes, and can be used in the development of solid propellant rocket motors with charges bonded to the engine body.
Одной из основных задач при создании конструкций РДТТ является повышение их энергетических характеристик за счет максимального объемного заполнения твердым ракетным топливом камеры двигателя. Для эффективного использования энергетических возможностей двигателя характер диаграммы тяги должен быть нейтральным, а дегрессивно-догорающие остатки топлива минимальными.One of the main tasks in creating solid propellant rocket constructions is to increase their energy characteristics due to the maximum volumetric filling of the engine chamber with solid rocket fuel. For the efficient use of the engine’s energy capabilities, the nature of the draft diagram must be neutral, and the degrading-burning fuel residues should be minimal.
В некоторых случаях дополнительно к изложенным выше требованиям необходимо иметь повышенный уровень тяги на начальном участке работы двигателя, в других - увеличить время выхода двигателя на рабочий режим.In some cases, in addition to the requirements set forth above, it is necessary to have an increased level of traction at the initial stage of engine operation; in others, it is necessary to increase the time for the engine to reach operating mode.
Классические канально-щелевые конструкции зарядов (см. книги Абугова Д.И., Бобылева В.М. Теория и расчет ракетных двигателей твердого топлива. - М.: Машиностроение, 1987, с 84, 85; Фахрутдинов И.Х., Котельников А.В. Конструкция и проектирование ракетных двигателей твердого топлива. - М.: Машиностроение, 1987, с.53) со щелями прямоугольного или близкого к нему профиля позволяют обеспечить нейтральный характер диаграммы тяги при минимальном значении дегрессивно-догорающих остатков топлива и высоком уровне объемного заполнения топливом камеры двигателя.Classical channel-slotted construction of charges (see books by Abugov D.I., Bobyleva V.M. Theory and calculation of solid propellant rocket engines. - M.: Mashinostroenie, 1987, p. 84, 85; Fakhrutdinov I.Kh., Kotelnikov A .V. Design and engineering of solid propellant rocket engines. - M.: Mashinostroenie, 1987, p. 53) with slots of a rectangular or close profile make it possible to ensure a neutral character of the thrust diagram with a minimum value of degrading-burning fuel residues and a high level of volumetric filling fuel chamber engine.
Недостатками таких конструкций являются:The disadvantages of such designs are:
- невозможность получить нейтральный характер диаграммы тяги при малом удлинении заряда (отношение длины L к наружному диаметру Д заряда);- the inability to obtain a neutral character of the traction diagram with a small elongation of the charge (the ratio of the length L to the outer diameter D of the charge);
- невозможность получить повышенный уровень тяги на начальном участке при нейтральном характере основного участка диаграммы.- the inability to obtain an increased level of traction in the initial section with a neutral character of the main section of the diagram.
Известен заряд ракетного твердого топлива по патенту RU №2221158, заявл. 03.02.2003, опубл. 10.01.2004, содержащий корпус, прочно скрепленный с ним топливный блок с каналом круглой формы и щелевой частью, в котором канал выполнен с соотношением диаметров в щелевой и круглой части 1,10…1,13, вершины щелей расположены на конической поверхности с полууглом раскрытия 5…8°, одновременно являющейся переходной от одного участка канала к другому, а угол раскрытия щелей равен 10…12°.Known charge of rocket solid fuel according to patent RU No. 2221158, decl. 02/03/2003, publ. 01/10/2004, comprising a housing, a fuel block firmly fastened to it with a round channel and a slotted part, in which the channel is made with a ratio of diameters in the slotted and round part of 1.10 ... 1.13, the tops of the slots are located on a conical surface with a half-angle of opening 5 ... 8 °, which is simultaneously transitional from one section of the channel to another, and the opening angle of the slits is 10 ... 12 °.
Данная конструкция заряда не является оптимальной как с точки зрения объемного заполнения камеры двигателя топливом, так и с точки зрения напряженно-деформированного состояния (НДС) заряда:This design of the charge is not optimal both from the point of view of volumetric filling of the engine chamber with fuel, and from the point of view of the stress-strain state (VAT) of the charge:
- канал заряда по всей длине щелевой части выполнен с увеличенным на 10…13% диаметром, то есть свод заряда в щелевой части меньше, чем на остальном участке заряда;- the charge channel along the entire length of the gap part is made with a diameter increased by 10 ... 13%, that is, the charge arch in the gap part is smaller than in the rest of the charge section;
- щель выполнена треугольного профиля с углом наклона 10…12°. Известно, что с точки зрения НДС оптимальным углом наклона является 30…60°.- the gap is made of a triangular profile with an inclination angle of 10 ... 12 °. It is known that from the point of view of VAT, the optimal angle of inclination is 30 ... 60 °.
Наиболее близким по технической сути и достигаемому техническому результату к заявляемому изобретению является ракетный двигатель по патенту RU №2298110, F02K 9/18, заявл. 2005113460106, опубл. 20.11.2006, принятый за прототип. Он содержит корпус, переднее и сопловое днища, заряд твердого топлива, имеющий щели со стороны переднего днища, свод заряда увеличивается по направлению к сопловому днищу двигателя за счет перехода цилиндрического канала в сужающийся в сторону соплового днища конус, а щели расположены симметричными парами.The closest in technical essence and the achieved technical result to the claimed invention is a rocket engine according to patent RU No. 2298110, F02K 9/18, decl. 2005113460106, publ. November 20, 2006, adopted as a prototype. It contains a housing, a front and a nozzle bottom, a solid fuel charge having slots from the front bottom side, the charge arch increases towards the engine nozzle bottom due to the transition of the cylindrical channel into a cone tapering towards the nozzle bottom, and the slots are arranged in symmetrical pairs.
Задачей прототипа является повышение объемного заполнения камеры сгорания и использование топлива для тепловой защиты корпуса двигателя при обеспечении нейтральной диаграммы тяги двигателя.The objective of the prototype is to increase the volumetric filling of the combustion chamber and the use of fuel for thermal protection of the engine housing while providing a neutral diagram of engine thrust.
Однако такая конструкция может быть применена лишь в двигателях, в которых достаточно сильно проявляется эффект эрозионного горения топлива, кроме того, для возникновения эрозионного горения нужна достаточно высокая скорость газового потока в камере, что сокращает время пребывания продуктов сгорания в камере, приводит к возникновению неполноты сгорания топлива и, как следствие, увеличению потерь удельного импульса тяги, то есть к неоптимальному использованию энергии топлива.However, this design can only be applied in engines in which the effect of erosive combustion of fuel is manifested quite strongly, in addition, for the occurrence of erosive combustion, a sufficiently high gas flow rate in the chamber is required, which reduces the residence time of the combustion products in the chamber, leading to incomplete combustion fuel and, as a consequence, increase the loss of specific impulse of thrust, that is, to non-optimal use of fuel energy.
Задачей предлагаемого технического решения является увеличение объемного заполнения камеры сгорания двигателей, в которых эффект эрозионного горения топлива практически не проявляется, а также получение диаграммы тяги, имеющей повышенное значение на начальном участке работы и нейтральный характер на основном при минимальной массе дегрессивно-догорающих остатков топлива.The objective of the proposed technical solution is to increase the volumetric filling of the combustion chamber of engines in which the effect of erosive combustion of fuel is practically not manifested, as well as to obtain a traction diagram that is of increased importance in the initial part of the work and neutral in nature with a minimum mass of degrading burning fuel residues.
Поставленная задача достигается тем, что заряд выполнен из трех участков. На первом участке толщина горящего свода топлива увеличивается от (0,9…0,99)ео до требуемого значения ео которое определяется временем работы двигателя, на втором участке толщина горящего свода увеличивается от значения ео до (1,1…1,3)ео, а третий участок выполнен с постоянной толщиной горящего свода (1,1…1,3)ео. На канале первого участка заряда может быть нанесено покрытие из полимерного материала с постоянной или уменьшающейся в сторону соплового днища толщиной. На втором и третьем участках заряда выполнены щели треугольного и прямоугольного профиля, объединенные в две симметрично расположенные группы с равномерным расположением щелей в каждой из групп. Угол между соседними щелями прямоугольного профиля меньше, чем между щелями треугольного профиля, соотношение углов составляет 0,2…0,5. Высота щелей прямоугольного профиля меньше высоты щелей треугольного профиля и равна (0,1…0,3)ео, а щели треугольного профиля выполнены с углом наклона вершины к оси двигателя 30…60°. Между щелями треугольного профиля могут быть выполнены щели прямоугольного профиля.The problem is achieved in that the charge is made of three sections. In the first portion the thickness of the burning fuel is increased from a set (0.9 ... 0.99) of e to the desired value of e is determined by the time of the engine, the second portion of the burning arch thickness increases from f o to (1,1 ... 1, 3) е о , and the third section is made with a constant thickness of the burning arch (1.1 ... 1.3) е о . A coating of a polymer material with a constant or decreasing thickness towards the nozzle bottom can be applied to the channel of the first charge site. On the second and third sections of the charge, slots of a triangular and rectangular profile are made, combined into two symmetrically located groups with a uniform arrangement of slots in each of the groups. The angle between adjacent slots of a rectangular profile is less than between the slots of a triangular profile, the ratio of angles is 0.2 ... 0.5. The height of the slots of the rectangular profile is less than the height of the slots of the triangular profile and is equal to (0.1 ... 0.3) e о , and the slots of the triangular profile are made with an angle of inclination of the vertex to the axis of the engine 30 ... 60 °. Between slots of a triangular profile, slots of a rectangular profile can be made.
Совокупность конструктивных элементов, их взаимное расположение и соотношения их геометрических размеров позволяют:The combination of structural elements, their relative position and the ratio of their geometric dimensions allow:
- увеличить объемное заполнение камеры двигателя топливом, так как канал заряда выполнен последовательно расположенными сужающимся в сторону соплового днища конусом и цилиндром, соединенными сужающимся к сопловому днищу конусом;- increase the volumetric filling of the engine chamber with fuel, since the charge channel is made in series with a cone tapering towards the nozzle bottom and a cylinder connected with a cone tapering to the nozzle bottom;
- обеспечить работу двигателя с повышенным уровнем тяги на начальном участке за счет того, что щели выполнены двух различных конфигураций и высоты и объединены в две симметрично расположенные группы, в которых угол между соседними щелями прямоугольного профиля меньше, чем между щелями треугольного профиля;- to ensure the operation of the engine with a high level of traction in the initial section due to the fact that the slots are made in two different configurations and heights and are combined into two symmetrically located groups in which the angle between adjacent slots of a rectangular profile is smaller than between the slots of a triangular profile;
- свести к минимуму дегрессивно-догорающие остатки топлива за счет выполнения щелей прямоугольного профиля между щелями треугольного профиля в сочетании с выбором угла наклона образующей канала на первом участке заряда;- to minimize the degrading-burning fuel residues due to the execution of slots of a rectangular profile between the slots of a triangular profile in combination with the choice of the angle of inclination of the generatrix of the channel in the first portion of the charge;
- снизить градиент нарастания тяги при выходе двигателя на режим за счет нанесения на канал первого участка заряда покрытия из полимерного материала с постоянной или уменьшающейся в сторону соплового днища толщиной.- to reduce the gradient of the increase in thrust when the engine enters the mode due to the application of the first portion of the coating charge on the channel of the polymer material with a constant or decreasing thickness towards the nozzle bottom.
Сущность изобретения поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.
Фиг.1 - общий вид ракетного двигателя твердого топлива, гдеFigure 1 - General view of a rocket engine of solid fuel, where
1 - корпус; 2 - переднее днище; 3 - сопловое днище; 4 - заряд твердого топлива; 5 - щели треугольного профиля; 6 - покрытие из полимерного материала; α - угол наклона вершины щели 5 к оси двигателя; ео - требуемая толщина горящего свода топлива, определяется временем работы двигателя.1 - housing; 2 - front bottom; 3 - nozzle bottom; 4 - charge of solid fuel; 5 - slots of a triangular profile; 6 - coating of a polymeric material; α is the angle of inclination of the top of the
Фиг.2 - поперечное сечение двигателя в месте расположения щелей, где 5 - щели треугольного профиля; 7 - щели прямоугольного профиля; β - угол между соседними щелями треугольного профиля; γ - угол между соседними щелями прямоугольного профиля, объединенными в группы.Figure 2 is a cross section of the engine at the location of the slots, where 5 are slots of a triangular profile; 7 - slots of a rectangular profile; β is the angle between adjacent slots of a triangular profile; γ is the angle between adjacent slots of a rectangular profile, combined into groups.
Фиг.3 - вид щели прямоугольного профиля, где ео - требуемая толщина горящего свода топлива, определяется временем работы двигателя; 7 - щель прямоугольного профиля; а - высота щели прямоугольного профиля.Figure 3 is a view of a slit of a rectangular profile, where e about - the required thickness of the burning fuel vault, is determined by the operating time of the engine; 7 - a slit of a rectangular profile; and - the height of the slit of a rectangular profile.
Работа двигателя, выполненного в соответствии с предлагаемым изобретением, осуществляется следующим образом. В момент включения двигателя происходит загорание поверхности щелей 5,7 и канала между щелями, температура в камере двигателя повышается до температуры продуктов сгорания топлива, в результате чего начинается постепенный прогрев поверхности полимерного покрытия 6. Этот прогрев происходит неравномерно по длине канала, так как непосредственно у соплового днища 3, где происходит горение топлива, температура продуктов сгорания выше, чем у переднего днища 2. В результате этого происходит постепенное вскрытие и загорание поверхности канала, а следовательно, и постепенное увеличение тяги до тех пор, пока не воспламенится вся покрытая поверхность канала. Увеличивая или уменьшая толщину покрытия, а также делая ее переменной по длине, регулируется градиент изменения тяги на начальном участке работы. Так как заряд 4 имеет две разновидности щелей, сгруппированных определенным образом, то это дает следующий эффект. Щели прямоугольного профиля 7, имеющие высоту а, быстро вырождаются, что приводит к уменьшению поверхности горения и переходу двигателя на основной пониженный уровень тяги, нейтральный характер которого достигается за счет того, что вершины щелей 5 треугольного профиля постепенно достигают корпуса 1 двигателя, в результате чего поверхность щелей уменьшается постепенно и компенсирует прогрессивный характер изменения поверхности канала, величина прогрессивности поверхности канала также регулируется в конце работы двигателя углом конусности участка канала первой части заряда. Часть щелей прямоугольного профиля 7, расположенных между щелями треугольного профиля 5, сводит к минимуму дегрессивно-догорающие остатки топлива. Высота и длина щелей, угол α наклона вершины щелей 5, соотношение толщин свода топлива на всех трех участках заряда, толщина покрытия 6 определяются расчетным путем в каждом конкретном случае в зависимости от требований, предъявляемых к двигателю, и могут уточняться в процессе экспериментальной отработки.The operation of the engine, made in accordance with the invention, is as follows. At the moment the engine is turned on, the surface of the slots 5.7 and the channel between the slots light up, the temperature in the engine chamber rises to the temperature of the fuel combustion products, resulting in a gradual heating of the surface of the
Работоспособность двигателя, выполненного в соответствии с предлагаемым изобретением, подтверждена огневыми стендовыми испытаниями в опытных условиях ФГУП «НИИПМ».The performance of the engine, made in accordance with the invention, is confirmed by fire bench tests in the experimental conditions of FSUE NIIPM.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008125557/06A RU2378523C1 (en) | 2008-06-23 | 2008-06-23 | Solid propellant rocket engine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008125557/06A RU2378523C1 (en) | 2008-06-23 | 2008-06-23 | Solid propellant rocket engine |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2378523C1 true RU2378523C1 (en) | 2010-01-10 |
Family
ID=41644260
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008125557/06A RU2378523C1 (en) | 2008-06-23 | 2008-06-23 | Solid propellant rocket engine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2378523C1 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2445492C1 (en) * | 2010-07-09 | 2012-03-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт полимерных материалов" | Dual-mode power plant |
RU2448267C2 (en) * | 2010-07-29 | 2012-04-20 | Открытое акционерное общество Научно-производственное объединение "Искра" | Solid-propellant rocket engine |
RU2461728C2 (en) * | 2010-12-03 | 2012-09-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт полимерных материалов" | Solid-propellant rocket engine |
RU2716122C1 (en) * | 2019-06-17 | 2020-03-05 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации | Solid fuel charge |
-
2008
- 2008-06-23 RU RU2008125557/06A patent/RU2378523C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2445492C1 (en) * | 2010-07-09 | 2012-03-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт полимерных материалов" | Dual-mode power plant |
RU2448267C2 (en) * | 2010-07-29 | 2012-04-20 | Открытое акционерное общество Научно-производственное объединение "Искра" | Solid-propellant rocket engine |
RU2461728C2 (en) * | 2010-12-03 | 2012-09-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт полимерных материалов" | Solid-propellant rocket engine |
RU2716122C1 (en) * | 2019-06-17 | 2020-03-05 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации | Solid fuel charge |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8763362B1 (en) | Injector element which maintains a constant mean spray angle and optimum pressure drop during throttling by varying the geometry of tangential inlets | |
RU2378523C1 (en) | Solid propellant rocket engine | |
CA2713231A1 (en) | Pulse detonation combustor configuration for deflagration to detonation transition enhancement | |
FR2675850A1 (en) | FUEL INJECTOR FOR STATOREACTOR. | |
US7131260B2 (en) | Multiple detonation initiator for frequency multiplied pulsed detonation combustion | |
US20200080518A1 (en) | Resin transfer molded rocket motor nozzle with adaptive geometry | |
RU2461728C2 (en) | Solid-propellant rocket engine | |
CN114893326B (en) | Oxygen-fuel ratio deviation control method for solid-liquid rocket engine | |
RU2231668C1 (en) | Liquid propellant rocket engine combustion chamber injector assembly | |
KR101153989B1 (en) | Hybrid rocket fuel with grain port of tapered shape | |
RU2298110C2 (en) | Solid-propellant rocket engine | |
RU2265746C2 (en) | Solid-propellant rocket engine | |
US8438833B2 (en) | Partial filling of a pulse detonation combustor in a pulse detonation combustor based hybrid engine | |
RU2326261C1 (en) | Solid-fuel rocket charge | |
Pelosi-Pinhas et al. | Solid-fuel ramjet regulation by means of an air-division valve | |
RU2765592C1 (en) | Nozzle with nozzle elements arranged in circumferential rows that alternate between counterclockwise twisting and clockwise twisting | |
RU2317433C1 (en) | Solid-propellant rocket engine | |
RU98789U1 (en) | SOLID FUEL ROCKET ENGINE | |
RU2783054C1 (en) | Dual-mode solid propellant rocket engine | |
RU2152529C1 (en) | Solid-propellant rocket engine | |
RU2313685C1 (en) | Solid-propellant rocket engine | |
JP2011185133A (en) | Partial filling of pulse detonation combustor in pulse detonation combustor based hybrid type engine | |
RU2263811C2 (en) | Solid-propellant rocket engine | |
JP5604075B2 (en) | Plenum air preheating for cold start of liquid fuel pulse detonation engine | |
RU2145673C1 (en) | Solid propellant charge |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120624 |