[go: up one dir, main page]

RU2783054C1 - Dual-mode solid propellant rocket engine - Google Patents

Dual-mode solid propellant rocket engine Download PDF

Info

Publication number
RU2783054C1
RU2783054C1 RU2022114978A RU2022114978A RU2783054C1 RU 2783054 C1 RU2783054 C1 RU 2783054C1 RU 2022114978 A RU2022114978 A RU 2022114978A RU 2022114978 A RU2022114978 A RU 2022114978A RU 2783054 C1 RU2783054 C1 RU 2783054C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
channel
propellant rocket
solid propellant
dual
slots
Prior art date
Application number
RU2022114978A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Алексей Витальевич Витязев
Дмитрий Евгеньевич Кабанов
Андрей Николаевич Логинов
Илья Константинович Наумченко
Владимир Алексеевич Сорокин
Original Assignee
Акционерное общество "Машиностроительное конструкторское бюро "Искра" имени Ивана Ивановича Картукова" (АО "МКБ "Искра")
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Машиностроительное конструкторское бюро "Искра" имени Ивана Ивановича Картукова" (АО "МКБ "Искра") filed Critical Акционерное общество "Машиностроительное конструкторское бюро "Искра" имени Ивана Ивановича Картукова" (АО "МКБ "Искра")
Application granted granted Critical
Publication of RU2783054C1 publication Critical patent/RU2783054C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: rocketry.
SUBSTANCE: invention relates to the field of rocketry, namely to solid propellant rocket engines. A dual-mode solid propellant rocket engine comprises a body, a front bottom with an igniter, a rear bottom with a gas duct and a nozzle block, and a solid fuel charge with an internal cylindrical channel having slots on the side of the front bottom and fastened to the body with a protective and fastening layer, while the length of the slots is 0.4-0.7 of the total length of the solid fuel charge, and the ratio of the burning area of ​​the slotted part of the channel is 5-8 to the burning area of ​​the cylindrical part of the channel.
EFFECT: invention provides dual-mode operation of the engine - starting and marching modes of operation, and increasing the reliability of its operation.
1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области ракетной техники, а именно к ракетным двигателям твердого топлива, и может найти применение при разработке новых образцов однокамерных двухрежимных ракетных двигателей.The invention relates to the field of rocket technology, namely to solid propellant rocket engines, and can be used in the development of new models of single-chamber dual-mode rocket engines.

Существуют однорежимные (одноимпульсные), многорежимные и многоимпульсные двигательные установки. Многоимпульсные отличаются от многорежимных возможностью обеспечения паузы между режимами, а многорежимные могут быть реализованы в едином заряде (однокамерные).There are single-mode (single-pulse), multi-mode and multi-pulse propulsion systems. Multi-pulse ones differ from multi-mode ones in the possibility of providing a pause between modes, and multi-mode ones can be implemented in a single charge (single-chamber ones).

Существуют различные схемы однокамерных многорежимных ракетных двигателей твердого топлива (РДТТ), которые отличаются формой зарядов. Формы зарядов весьма разнообразны и определяются предъявляемыми к ним требованиями: величиной и характером изменения тяги, временем работы, а также характеристиками и составом выбранного топлива.There are various schemes of single-chamber multi-mode solid propellant rocket engines (SSRMs), which differ in the shape of the charges. The forms of charges are very diverse and are determined by the requirements imposed on them: the magnitude and nature of the change in thrust, the operating time, as well as the characteristics and composition of the selected fuel.

Заряды можно классифицировать по расположению горящей поверхности относительно оси двигателя, определяют 3 типа зарядов:Charges can be classified according to the location of the burning surface relative to the axis of the engine, 3 types of charges are defined:

1. Заряды, в которых поверхности горения расположены непараллельно оси двигателя (например, торцевые). РДТТ с такими зарядами имеют высокую пассивную массу, малую тягу и длительное время работы.1. Charges in which the combustion surfaces are not parallel to the axis of the engine (for example, end). Solid propellant rocket engines with such charges have a high passive mass, low thrust and a long operating time.

2. Заряды, поверхности горения которых расположены параллельно оси двигателя. Заряды этой группы полностью исключают или наоборот имеет место постоянное обтекание продуктами сгорания внутренних поверхностей корпуса двигателя. РДТТ с такими зарядами имеют большую тягу и малое время работы.2. Charges whose combustion surfaces are parallel to the axis of the engine. The charges of this group completely exclude, or vice versa, a constant flow of combustion products around the internal surfaces of the engine housing. Solid propellant rocket motors with such charges have high thrust and short operating time.

3. Заряды, в которых поверхности горения частично не параллельны продольной оси двигателя. В большинстве случает, допускают обтекание внутренних поверхностей корпуса двигателя продуктами горения топлива. К этой категории относят заряды щелевые или с профилированными торцами.3. Charges in which the combustion surfaces are partially not parallel to the longitudinal axis of the engine. In most cases, the products of fuel combustion are allowed to flow around the internal surfaces of the engine housing. This category includes charges slotted or with profiled ends.

В практической реализации РДТТ часто применяют комбинированные заряды, сочетающие разные форма зарядов.In the practical implementation of solid propellant rocket engines, combined charges are often used, combining different forms of charges.

Известен ракетный двигатель твердого топлива (патент на изобретение РФ №2152529, МПК F02K 9/08, дата публикации 10.07.2000 г.), содержащий корпус с дном и свободным объемом у дна, заряд твердого топлива, скрепленный с корпусом, с осевым каналом, сопловой блок с входным и выходным конусами, вкладыш, установленный в критическом сечении соплового блока, узел воспламенения и сопловую заглушку. Канал заряда выполнен последовательно звездообразным, цилиндрическим и коническим.A solid propellant rocket engine is known (patent for the invention of the Russian Federation No. 2152529, IPC F02K 9/08, publication date 07/10/2000), containing a body with a bottom and a free volume at the bottom, a charge of solid fuel fastened to the body, with an axial channel, a nozzle block with inlet and outlet cones, an insert installed in the critical section of the nozzle block, an ignition unit and a nozzle plug. The charge channel is successively star-shaped, cylindrical and conical.

Также известен заряд ракетного двигателя (патент на изобретение РФ №2274757, МПК F02K 9/18, дата публикации 20.04.2006 г.) на смесевом металлизированном твердом топливе, содержащий корпус, защитно-крепящий слой, щелевую часть канала заряда со стороны переднего торца, переходящую в цилиндрическую часть канала заряда, при этом щелевая часть канала имеет поверхность горения, равную 1,2-1,4 от поверхности горения цилиндрической части канала заряда.Also known is the charge of a rocket engine (patent for the invention of the Russian Federation No. 2274757, IPC F02K 9/18, publication date 20.04.2006) on a mixed metallized solid fuel, containing a housing, a protective and fastening layer, a slotted part of the charge channel from the front end, passing into the cylindrical part of the charge channel, while the slotted part of the channel has a combustion surface equal to 1.2-1.4 from the combustion surface of the cylindrical part of the charge channel.

Имеется ракетный двигатель твердого топлива (патент на изобретение РФ №2298110, МПК F02K 9/18, дата публикации 20.11.2006 г.), который содержит корпус, переднее и сопловое днища, а также заряд твердого топлива, имеющий щели со стороны переднего днища двигателя. Заряд твердого топлива скреплен с корпусом защитно-крепящим слоем. Свод заряда увеличивается по направлению к сопловому днищу двигателя за счет перехода цилиндрического канала со стороны переднего днища в сужающийся в сторону соплового днища конус. Щели расположены симметричными парами с отношением углов между щелями одной пары и между смежными щелями соседних пар 0,1-0,4. Высота щелей составляет 0,3-0,7 величины полного горящего свода заряда. Длина щелей составляет 0,05-0,25 общей длины корпуса. Конструкция этого ракетного двигателя взята за прототип.There is a solid propellant rocket engine (patent for the invention of the Russian Federation No. 2298110, IPC F02K 9/18, publication date 11/20/2006), which contains a body, front and nozzle bottoms, as well as a solid fuel charge having slots from the front bottom of the engine . The charge of solid fuel is fastened to the body with a protective-fastening layer. The charge vault increases towards the nozzle bottom of the engine due to the transition of the cylindrical channel from the side of the front bottom into a cone tapering towards the nozzle bottom. The slots are arranged in symmetrical pairs with the ratio of the angles between slots of one pair and between adjacent slots of adjacent pairs of 0.1-0.4. The height of the slots is 0.3-0.7 of the value of the full burning arch of the charge. The length of the slots is 0.05-0.25 of the total body length. The design of this rocket engine is taken as a prototype.

Указанные изобретения обладают некоторыми общими техническими решениями: они все являются однокамерными двигателями, содержащими комбинированный (канально-щелевой) заряд, скрепленный с корпусом защитно-крепящим слоем, при этом щелевая (или звездообразная) часть канала заряда расположена со стороны переднего днища. Такая конструкция заряда позволяет обеспечить устойчивую работу РДТТ, повысить объемное заполнение топливом его камеры сгорания, защитить его корпус от теплового воздействия и обеспечить нейтральную диаграмму его тяги. Однако, у них имеется и общий недостаток - однорежимность, т.е. невозможность обеспечить большой, свыше 5, перепад тяги в начальный и последующий период работы.These inventions have some common technical solutions: they are all single-chamber engines containing a combined (channel-slotted) charge bonded to the body with a protective and fastening layer, while the slotted (or star-shaped) part of the charge channel is located on the side of the front bottom. This design of the charge makes it possible to ensure stable operation of solid propellant rocket motors, increase the volumetric filling of its combustion chamber with fuel, protect its body from thermal effects and ensure a neutral thrust diagram. However, they also have a common drawback - single-mode, i.e. the inability to provide a large, more than 5, thrust difference in the initial and subsequent periods of operation.

Целью предлагаемого изобретения является устранение указанного недостатка, а именно обеспечение двухрежимной работы РДТТ: стартового и маршевого режимов, при повышении технологичности изготовления и обеспечения надежности его работы.The aim of the invention is to eliminate this disadvantage, namely, to ensure dual-mode operation of solid propellant rocket motors: starting and marching modes, while improving manufacturability and ensuring the reliability of its operation.

Поставленная цель достигается тем, что двухрежимный ракетный двигатель твердого топлива содержит корпус, переднее днище с воспламенительным устройством, заднее днище с газоходом и сопловым блоком, и заряд твердого топлива с внутренним цилиндрическим каналом, имеющий щели со стороны переднего днища и скрепленный с корпусом защитно-крепящим слоем, при этом, длина щелей составляет 0,4-0,7 от полной длины заряда твердого топлива, а отношение площади горения щелевой части канала составляет 5-8 к площади горения цилиндрической части канала.This goal is achieved in that the dual-mode solid propellant rocket engine contains a housing, a front bottom with an igniter, a rear bottom with a gas duct and a nozzle block, and a solid propellant charge with an internal cylindrical channel having slots from the front bottom and fastened to the body with a protective fastening layer, while the length of the slots is 0.4-0.7 of the total length of the solid fuel charge, and the ratio of the burning area of the slotted part of the channel is 5-8 to the burning area of the cylindrical part of the channel.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется схемой продольного сечения двигателя, представленной на фиг. 1 и расчетной диаграммой его тяги, изображенной на фиг. 2.The essence of the invention is illustrated by a diagram of the longitudinal section of the engine shown in Fig. 1 and the calculated diagram of its thrust shown in Fig. 2.

Предлагаемый двухрежимный РДТТ (фиг. 1) состоит из корпуса 1, переднего днища 2 с воспламенительным устройством 3, заднего днища 4 с газоходом 5 и сопловым блоком 6, заряда твердого топлива 7, скрепленного с корпусом 1 защитно-крепящим слоем 8. Заряд 7 имеет канально-щелевую форму, при этом щелевая часть расположена в передней части двигателя, длина щелей составляет 0,4-0,7 от полной длины заряда 7, внутренний канал имеет цилиндрическую форму и имеет диаметр D, больше диаметра критического сечения сопла d (D>d). Для достижения большого перепада тяги между стартовым и маршевым режимами работы, отношение площади горения щелевой части канала должно лежать в диапазоне 5-8 к площади горения цилиндрической части канала, для чего расчетным путем подбирается количество, расположение по окружности и высота щелей.The proposed dual-mode solid propellant rocket engine (Fig. 1) consists of a body 1, a front bottom 2 with an igniter 3, a rear bottom 4 with a gas duct 5 and a nozzle block 6, a solid fuel charge 7, fastened to the body 1 with a protective and fastening layer 8. The charge 7 has channel-slotted shape, while the slotted part is located in the front of the engine, the length of the slots is 0.4-0.7 of the total length of the charge 7, the inner channel has a cylindrical shape and has a diameter D, greater than the diameter of the critical section of the nozzle d (D> d). To achieve a large difference in thrust between the starting and marching modes of operation, the ratio of the burning area of the slotted part of the channel should lie in the range of 5-8 to the burning area of the cylindrical part of the channel, for which the number, location along the circumference and height of the slots are selected by calculation.

Работа двухрежимного РДТТ, выполненного в соответствии с предлагаемым изобретением, осуществляется следующим образом. После срабатывания воспламенительного устройства 3, образующиеся газы, воспламеняют заряд твердого топлива 7, первоначально - по щелям, а затем -по внутреннему каналу и заднему коническому торцу, тем самым формируется относительно большая площадь горения заряда, обеспечивая высокую тягу на стартовом режиме работы (часть графика 1 на фиг. 2). После выгорания части заряда в зоне щелей, горение продолжается по поверхности цилиндрического канала, коническим переднему и заднему торцам, при этом происходит разгорание и увеличение свода цилиндрического канала одновременно с уменьшением его длинны из-за выгорания заряда с торцев, тем самым обеспечивается относительно постоянная площадь горения и соответственно - нейтральная диаграмма тяги на маршевом режиме работы (часть графика 2 на фиг. 2). В этом режиме, в зоне щелевой части заряда, свободной от сгоревшего топлива образуется застойная зона, такая же зона образуется и между коническим задним торцем заряда и конусной частью соплового днища. Застойные зоны имеют пониженную, относительно основного потока, температуру и скорость истекания газов, что позволяет уменьшить тепловое и эрозионное воздействие на защитно-крепящий слой и обеспечить надежную работу двигателя.The operation of a dual-mode solid propellant rocket motor, made in accordance with the present invention, is carried out as follows. After actuation of the ignition device 3, the resulting gases ignite the charge of solid fuel 7, initially through the slots, and then through the inner channel and the rear conical end, thereby forming a relatively large charge burning area, providing high thrust in the starting mode of operation (part of the graph 1 in Fig. 2). After burning out part of the charge in the zone of slots, combustion continues along the surface of the cylindrical channel, the conical front and rear ends, while the cylindrical channel flares up and increases simultaneously with a decrease in its length due to the charge burning out from the ends, thereby ensuring a relatively constant burning area and, accordingly, a neutral thrust diagram in the marching mode of operation (part of graph 2 in Fig. 2). In this mode, in the zone of the slotted part of the charge, free from burnt fuel, a stagnant zone is formed, the same zone is formed between the conical rear end of the charge and the conical part of the nozzle bottom. The stagnant zones have a lower temperature and gas outflow rate relative to the main flow, which makes it possible to reduce the thermal and erosive effect on the protective-fastening layer and ensure reliable engine operation.

Работоспособность предлагаемого двухрежимного ракетного двигателя на твердом топливе обоснована расчетными исследованиями и подтверждена огневыми стендовыми испытаниями.The operability of the proposed dual-mode solid-propellant rocket engine is substantiated by computational studies and confirmed by firing bench tests.

Таким образом, предложенное техническое решение позволяет достичь поставленной цели, а именно, обеспечение двухрежимной работы РДТТ: стартового и маршевого режимов, при повышении технологичности изготовления и обеспечения надежности его работы.Thus, the proposed technical solution allows achieving the set goal, namely, ensuring the dual-mode operation of solid propellant rocket motors: starting and marching modes, while improving the manufacturability and ensuring the reliability of its operation.

Claims (1)

Двухрежимный ракетный двигатель твердого топлива, содержащий корпус, переднее днище с воспламенительным устройством, заднее днище с газоходом и сопловым блоком и заряд твердого топлива с внутренним цилиндрическим каналом, имеющий щели со стороны переднего днища и скрепленный с корпусом защитно-крепящим слоем, отличающийся тем, что длина щелей составляет 0,4-0,7 от полной длины заряда твердого топлива, отношение площади горения щелевой части канала составляет 5-8 к площади горения цилиндрической части канала.A dual-mode solid propellant rocket engine, comprising a body, a front bottom with an igniter, a rear bottom with a gas duct and a nozzle block, and a solid fuel charge with an internal cylindrical channel, having slots from the side of the front bottom and fastened to the body with a protective and fastening layer, characterized in that the length of the slots is 0.4-0.7 of the total length of the solid fuel charge, the ratio of the burning area of the slotted part of the channel is 5-8 to the burning area of the cylindrical part of the channel.
RU2022114978A 2022-06-02 Dual-mode solid propellant rocket engine RU2783054C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2783054C1 true RU2783054C1 (en) 2022-11-08

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2152529C1 (en) * 1999-03-29 2000-07-10 Государственное унитарное предприятие Государственное научно-производственное предприятие "Сплав" Solid-propellant rocket engine
RU2298110C2 (en) * 2005-05-03 2007-04-27 ОАО "ФНПЦ "Станкомаш" Solid-propellant rocket engine
RU2397354C1 (en) * 2009-05-18 2010-08-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Федеральный научно-производственный центр "Алтай" Rocket solid-propellant engine
CN111749814A (en) * 2020-06-15 2020-10-09 哈尔滨工程大学 A metal-fuel-based cross-media dual-mode ramjet and its control method

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2152529C1 (en) * 1999-03-29 2000-07-10 Государственное унитарное предприятие Государственное научно-производственное предприятие "Сплав" Solid-propellant rocket engine
RU2298110C2 (en) * 2005-05-03 2007-04-27 ОАО "ФНПЦ "Станкомаш" Solid-propellant rocket engine
RU2397354C1 (en) * 2009-05-18 2010-08-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Федеральный научно-производственный центр "Алтай" Rocket solid-propellant engine
CN111749814A (en) * 2020-06-15 2020-10-09 哈尔滨工程大学 A metal-fuel-based cross-media dual-mode ramjet and its control method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3442084A (en) Multistage solid fuel rocket propulsion unit for the placing of depth charges
US5010728A (en) Solid fuel turbine engine
RU2783054C1 (en) Dual-mode solid propellant rocket engine
RU2326260C2 (en) Charge molded within solid-fuel rocket engine case
RU2435979C1 (en) Double-pulse solid-propellant rocket engine
RU2383764C1 (en) Solid propellant rocket engine
RU2282741C1 (en) Solid-propellant charge for acceleration-and-cruise propulsion rocket engine of guided missile
RU2461728C2 (en) Solid-propellant rocket engine
RU2378525C1 (en) Solid propellant rocket engine
RU2133864C1 (en) Solid-propellant rocket engine
US20220252004A1 (en) Radial pre-detonator
RU2315193C1 (en) Ramjet engine with lengthwise heat-mass distribution
RU2675983C1 (en) Cumulative-high-explosive charge engine
RU2298110C2 (en) Solid-propellant rocket engine
RU2687500C1 (en) Dual-mode solid-propellant rocket engine
RU2317433C1 (en) Solid-propellant rocket engine
RU2313685C1 (en) Solid-propellant rocket engine
RU2229617C1 (en) Solid-propellant rocket engine
RU2726835C2 (en) Rocket engine of solid fuel
RU2084676C1 (en) Two-regime rocket engine
RU2269024C1 (en) Method of and device for ignition of solid-propellant charge in solid-propellant rocket engine
RU2613351C1 (en) Solid-fuel rocket engine of guided projectile
RU2131053C1 (en) Solid propellant charge for dual thrust rocket engine
RU2239081C2 (en) Solid-propellant rocket engine
US3199295A (en) Conical vortex injection and comrustion device for reaction motors