RU2139438C1 - Solid-propellant rocket engine - Google Patents
Solid-propellant rocket engine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2139438C1 RU2139438C1 RU97119760A RU97119760A RU2139438C1 RU 2139438 C1 RU2139438 C1 RU 2139438C1 RU 97119760 A RU97119760 A RU 97119760A RU 97119760 A RU97119760 A RU 97119760A RU 2139438 C1 RU2139438 C1 RU 2139438C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- charge
- engine
- partition
- channel
- casing
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к ракетной технике и может быть использовано в конструкциях маршевых ступеней ракетных двигателей на твердом топливе (РДТТ). The invention relates to rocket technology and can be used in the design of the march stages of rocket engines on solid fuel (solid propellant rocket engine).
Конструктивное оформление современных маршевых РДТТ в большинстве случаев базируется на канальных конструкциях крупногабаритных зарядов цилиндрического типа с эллиптическими (заполняющими днища корпуса двигателя) торцами (Фиг. 1). Подобные конструкции зарядов позволяют обеспечить коэффициент заполнения двигателя топливом не более 0.90 - 0,95 (М.Баррер и др., Ракетные двигатели, М, Оборонгиз, 1962 г., с. 298). The design of modern marching solid propellant rocket motors in most cases is based on channel structures of bulky charges of a cylindrical type with elliptical (filling the bottoms of the engine casing) ends (Fig. 1). Such charge designs make it possible to ensure that the engine fill factor with fuel is not more than 0.90 - 0.95 (M. Barrer et al., Rocket Engines, M, Oborongiz, 1962, p. 298).
Дальнейшее усовершенствование весовых характеристик (увеличение коэффициента заполнения двигателя топливом) зарядов двигателей больших и средних удлинений (отношение длины L к радиусу корпуса b - 3...6) со сквозным каналом может реализоваться за счет дополнительного размещения топлива в канале заряда. Уменьшение диаметра канала неизбежно приводит к увеличению прочностной напряженности заряда и недопустимо высоким требованиям к прочностным и деформационным характеристикам используемого топлива. Наиболее рациональным в данном случае может оказаться использование цилиндрических конструкций с несквозным каналом. Further improvement of the weight characteristics (increase in the engine fill factor with fuel) of the charges of engines of large and medium elongations (the ratio of the length L to the radius of the body b is 3 ... 6) with a through channel can be realized due to the additional placement of fuel in the charge channel. A decrease in the channel diameter inevitably leads to an increase in the strength of the charge and unacceptably high requirements for the strength and deformation characteristics of the fuel used. The most rational in this case may be the use of cylindrical structures with a non-through channel.
Известен (фиг. 2) твердотопливный ракетный двигатель малых удлинений, принятый за прототип, содержащий корпус с днищами, скрепленный с корпусом заряд, имеющий центральный несквозной канал (Aerospace Daily, 1980, 5/11, vol. 101, N 25, p.188 A - русский перевод "Ракетная и космическая техника" N 35, 1980, с. 12). A known (Fig. 2) solid propellant rocket engine of small elongations, adopted for the prototype, comprising a housing with bottoms, a charge bonded to the housing, having a central through passage (Aerospace Daily, 1980, 5/11, vol. 101, N 25, p. 188 A - Russian translation of "Rocket and Space Technology" N 35, 1980, p. 12).
Анализ применимости такой моноблочной конструкции для зарядов больших и средних удлинений показал, что в этом случае появляются проблемы прочностного характера, обусловленные наличием концентрации деформаций в вершине глухого канала. Эта зона становится более опасной (в 1,3 - 1,6 раза) по сравнению с центральной областью канала, что связано с необходимостью скрепления переднего торца заряда с днищем высокодеформативного корпуса, которое существенно догружает зону законцовки канала при работе двигателя. An analysis of the applicability of such a monoblock design for charges of large and medium elongations showed that in this case, problems of strength character arise due to the presence of a concentration of strains at the apex of the blind channel. This zone becomes more dangerous (1.3 - 1.6 times) compared with the central region of the channel, which is associated with the need to fasten the front end of the charge to the bottom of the highly deformative body, which significantly loads the channel ending zone during engine operation.
Задачей предлагаемого технического решения является разработка твердотопливного ракетного двигателя имеющего заряд с несквозным каналом, который может применяться в конструкциях со средним и высоким уровнем удлинений L/b - 3...6 (первые и вторые ступени РДТТ), повышающего эффективность использования ракетных комплексов за счет снижения напряженно-деформированного состояния заряда в зоне канала и в зоне скрепления заряда с корпусом, и позволяющего одновременно приблизить коэффициент заполнения двигателя топливом к достигнутому уровню коэффициента заполнения высоких ступеней 0,97 - 0,98. The objective of the proposed technical solution is to develop a solid propellant rocket engine having a charge with a non-through channel, which can be used in structures with medium and high elongations L / b - 3 ... 6 (first and second stages of solid propellant rocket engines), which increases the efficiency of using rocket systems due to reducing the stress-strain state of the charge in the channel zone and in the zone of charge bonding with the housing, and allowing at the same time to bring the engine fill factor to the achieved level with the fill factor of the high stages of 0.97 - 0.98.
Поставленная задача решается заявляемой конструкцией твердотопливного ракетного двигателя, содержащего корпус с днищами, скрепленный с корпусом заряд, имеющий центральный несквозной канал, причем заряд разделен перегородкой на две части, перегородка предусмотрена сгораемая, раскреплена непосредственно от частей заряда и выполнена в виде криволинейной поверхности с центральным отверстием, симметричной относительно продольной оси двигателя, площадь поперечного сечения которой убывает в направлении заднего днища, при этом передняя часть заряда и перегородка скреплены с передним днищем,
Предпочтительным является выполнение перегородки в виде усеченного конуса.The problem is solved by the claimed design of a solid propellant rocket engine containing a housing with bottoms, a charge bonded to the housing having a central through passage, the charge being divided by a partition into two parts, the partition is combustible, unfastened directly from the parts of the charge and made in the form of a curved surface with a central hole symmetrical about the longitudinal axis of the engine, the cross-sectional area of which decreases in the direction of the rear bottom, while the front h Part of the charge and septum are bonded to the front bottom,
It is preferable to make the partition in the form of a truncated cone.
Отличительными признаками предлагаемой конструкции от прототипа являются: разделение заряда на две части, не извлекаемой после формования, сгораемой при работе двигателя перегородкой, не скрепленной непосредственно с топливом и скрепленной с передним днищем, с которым также скреплена бесканальная часть заряда, площадь поперечного сечения этой части убывает в направлении заднего днища. Distinctive features of the proposed design from the prototype are: separation of the charge into two parts, which cannot be removed after molding, which is burned off during operation of the engine by a partition that is not directly bonded to the fuel and bonded to the front bottom, with which the channel-free part of the charge is also bonded, the cross-sectional area of this part decreases towards the rear bottom.
Таким образом, заявляемый твердотопливный ракетный двигатель соответствует критерию "новизна". Thus, the inventive solid propellant rocket engine meets the criterion of "novelty."
Сравнение предлагаемого твердотопливного ракетного двигателя с прототипом и другими конструкциями показало, что не известно техническое решение, в котором бы имело место предложенное сочетание конструктивных элементов. Но именно совокупность отличительных от прототипа признаков с остальными существенными признаками заявляемого изобретения позволяет для широкого класса зарядов (L/b>1) достичь не только повышение коэффициента заполнения топливом двигателя, как в прототипе, по сравнению со штатными конструкциями со сквозным каналом, но и одновременно снизить напряженно-деформированное состояние заряда в центральной зоне канала и в зоне скрепления заряда с корпусом. Comparison of the proposed solid propellant rocket engine with a prototype and other designs showed that there is no known technical solution in which the proposed combination of structural elements would take place. But it is precisely the combination of features that are distinctive from the prototype with the other essential features of the claimed invention that allows for a wide class of charges (L / b> 1) to achieve not only an increase in the engine fuel fill rate, as in the prototype, in comparison with standard designs with a through channel, but also simultaneously to reduce the stress-strain state of the charge in the central zone of the channel and in the zone of bonding of the charge with the housing.
Эффект снижения напряженно-деформированного состояния достигается за счет устранения нависающей торцевой поверхности и формирования вместо нее утопленной конфигурации переднего торца задней части заряда, реализации возможности взаимного перемещения частей заряда в зоне размещения перегородки. The effect of reducing the stress-strain state is achieved by eliminating the overhanging end surface and forming instead of it a recessed configuration of the front end of the back of the charge, realizing the possibility of mutual movement of the parts of the charge in the area of the partition.
Предложенная совокупность признаков позволяет наилучшим образом использовать внутренний объем корпуса двигателя, применять заглушенный канал для размещения большего количества топлива в конструкциях первых и вторых ступеней двигателей средних и больших удлинений и повысить в конечном счете эффективность ракетных комплексов. The proposed set of features makes it possible to make the best use of the internal volume of the engine body, use a muffled channel to accommodate more fuel in the structures of the first and second stages of medium and large elongation engines, and ultimately increase the efficiency of missile systems.
Это дает основание считать заявляемое техническое решение обладающим изобретательским уровнем. This gives reason to consider the claimed technical solution as inventive.
Размещение дополнительной массы топлива в двигателе позволит увеличить полный импульс тяги при заданном пассивном весе корпуса либо снизить пассивный вес двигателя (за счет сокращения его длины) при заданной массе заряда. Следствием этого является увеличение эффективности РДТТ в виде увеличения дальности полета или веса полезной нагрузки. Снижение напряженно-деформированного состояния заряда позволит увеличить гарантийные сроки эксплуатации и надежность функционирования РДТТ. Placing an additional mass of fuel in the engine will increase the total thrust momentum for a given passive body weight or reduce the passive engine weight (by reducing its length) for a given charge mass. The consequence of this is an increase in the efficiency of solid propellant rocket engines in the form of an increase in flight range or payload weight. Reducing the stress-strain state of the charge will increase the warranty period of operation and the reliability of the solid propellant.
Заявляемое изобретение иллюстрируется чертежами, на которых изображены:
на фиг. 3 - продольный разрез двигателя;
на фиг. 4 - схема деформирования предлагаемой конструкции двигателя при нагружении внутренним давлением.The invention is illustrated by drawings, which depict:
in FIG. 3 - longitudinal section of the engine;
in FIG. 4 is a diagram of the deformation of the proposed engine design under internal pressure loading.
Твердотопливный ракетный двигатель содержит корпус 1 с днищами 2 и 3,с корпусом 1 скреплен заряд, перегородка 4 делит заряд на две части 5 и 6, задняя часть 6 заряда имеет центральный канал 7. A solid propellant rocket engine contains a
Предлагаемая конструкция твердотопливного ракетного двигателя работает следующим образом. The proposed design of a solid propellant rocket engine operates as follows.
В процессе предстартовой эксплуатации перегородка 4,разделяя заряд на две укрепленные с корпусом 1 части 5 и 6, разгружает его от воздействия температурных нагрузок и массовых сил за счет образования свободной для формоизменения заряда зоны, прилегающей к перегородке 4. In the process of pre-launch operation, the partition 4, dividing the charge into two parts 5 and 6, reinforced with the
На пассивном участке полета двигателя части заряда 5 и 6 подкрепляют и капсулируют друг друга. При воздействии осевых перегрузок за счет деформирования частей 5 и 6 заряда в зоне перегородки 4 образуется зазор δ. Формоизменение части 5 заряда при этом сдерживается скреплением ее с поверхностью переднего днища 2. On the passive section of the engine flight, the charge parts 5 and 6 reinforce and encapsulate each other. Under the influence of axial overload due to deformation of the parts 5 and 6 of the charge in the area of the partition 4, a gap δ is formed. The shape change of the charge part 5 is thus restrained by fastening it to the surface of the
При срабатывании воспламенителя (не показан) происходит загорание поверхности канала части 6 заряда и прилегающих к перегородке 4 поверхностей частей 5 и 6 заряда поступающими через сечение канала 7 и зазор δ газами от воспламенителя. Возникающее внутри корпуса 1 двигателя давление от поступающих газов воздействует на поверхность канала 7 и прилегающие к перегородке 4 поверхности частей 5 и 6 заряда. Возможность свободного деформирования переднего торца части 6 заряда снижает уровень деформированного состояния в зоне канала 7. When the igniter (not shown) is ignited, the surface of the channel of the charge part 6 and the surfaces of the charge parts 5 and 6 adjacent to the partition 4 come through the cross section of the channel 7 and the gap δ from the igniter. The pressure arising inside the
Реализация различных режимов работы становится возможной за счет организации горения по поверхностям канала и прилегающих к перегородке частей заряда, варьирования открытой (небронированной) поверхностью в зоне перегородки и заднего торца канальной части заряда. The implementation of various operating modes becomes possible due to the organization of combustion on the surfaces of the channel and the charge parts adjacent to the partition, variation of the open (unarmored) surface in the area of the partition and the rear end of the channel part of the charge.
Основным инструментом оптимизации прочностных и внутрибаллистических параметров заявляемой конструкции является линейный размер (вдоль оси двигателя) передней части заряда, диаметр канала и угловой параметр перегородки, разделяющей в радиальном направлении заряд на две части. The main tool for optimizing the strength and intra-ballistic parameters of the claimed design is the linear size (along the axis of the engine) of the front of the charge, the diameter of the channel and the angular parameter of the partition, which divides the charge into two parts in the radial direction.
С целью иллюстрации эффективности предлагаемого технического решения результаты проведенного расчета кольцевых деформаций на канале и сдвиговых напряжений σns в краевой зоне скрепления заряда с корпусом для трех типов конструкций двигателя (геометрические, жесткостные параметры и нагрузки для всех конструкций идентичны) представлены в таблице.In order to illustrate the effectiveness of the proposed technical solution, the results of the calculation of ring deformations on the channel and shear stresses σ ns in the boundary zone of the charge bonding with the casing for three types of engine structures (geometric, stiffness parameters and loads for all structures are identical) are presented in the table.
Расчет для заявляемой конструкции выполнен на примере использования перегородки в виде усеченного конуса, у которой образующая находится под углом 45o к продольной оси двигателя.The calculation for the claimed design is made on the example of using a partition in the form of a truncated cone, in which the generatrix is at an angle of 45 o to the longitudinal axis of the engine.
Оценка влияния "поднутрения" торца задней части заряда в зоне перегородки на уровень контактных напряжений σns показывает, что происходит снижение последних более чем в 2,5 раза (4,51/1,49) по сравнению с выпуклыми торцами, характерными для штатных конструкций.An assessment of the effect of “undercutting” of the end of the rear part of the charge in the septum zone on the level of contact stresses σ ns shows that the latter decreases by more than 2.5 times (4.51 / 1.49) compared with the convex ends characteristic of standard structures .
Из анализа таблицы следует, что в конструкции двигателя с зарядом, имеющим перегородку, разделяющую его на две части, в опасных зонах заряда реализуется более низкий уровень напряжений и деформаций при одновременном размещении дополнительного топлива в зоне канала (увеличение коэффициента заполнения двигателя топливом на 0,03) в сравнении со штатными конструкциями и приближения его к достигнутому уровню коэффициента высоких ступеней. From the analysis of the table it follows that in the design of an engine with a charge having a partition separating it into two parts, in the hazardous zones of the charge a lower level of stress and strain is realized while additional fuel is placed in the channel area (increase in the engine fill factor by 0.03 ) in comparison with the standard structures and its approximation to the achieved level of the coefficient of high steps.
Скрепленная с передним днищем передняя бесканальная часть заряда в прочностном отношении является слабо напряженной зоной, не регламентирующей условия эксплуатации твердотопливного ракетного двигателя и требования к характеристикам топлива. Bonded with the front bottom of the front channel-free part of the charge in the strength relation is a weakly stressed zone that does not regulate the operating conditions of a solid propellant rocket engine and the requirements for fuel characteristics.
Таким образом, предлагаемое техническое решение практически реализуемо, создание таких конструкций является задачей актуальной и перспективной, поскольку в этом случае повышается эффективность использования ракетных комплексов и, следовательно, заявляемое изобретение обладает промышленной применимостью. Thus, the proposed technical solution is practically feasible, the creation of such structures is an urgent and promising task, since in this case the efficiency of using missile systems is increased and, therefore, the claimed invention has industrial applicability.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU97119760A RU2139438C1 (en) | 1997-11-26 | 1997-11-26 | Solid-propellant rocket engine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU97119760A RU2139438C1 (en) | 1997-11-26 | 1997-11-26 | Solid-propellant rocket engine |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU97119760A RU97119760A (en) | 1999-08-10 |
RU2139438C1 true RU2139438C1 (en) | 1999-10-10 |
Family
ID=20199457
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU97119760A RU2139438C1 (en) | 1997-11-26 | 1997-11-26 | Solid-propellant rocket engine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2139438C1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2458244C1 (en) * | 2011-04-22 | 2012-08-10 | Открытое акционерное общество "Федеральный научно-производственный центр "Алтай" | Solid-liquid propellant rocket engine |
RU2542709C1 (en) * | 2013-12-23 | 2015-02-27 | Открытое акционерное общество "Федеральный научно-производственный центр "Алтай" | Solid-propellant rocket engine |
RU2635427C1 (en) * | 2016-08-09 | 2017-11-13 | Акционерное общество "Федеральный научно-производственный центр "Алтай" | Solid-propellant rocket engine |
-
1997
- 1997-11-26 RU RU97119760A patent/RU2139438C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
1. Aerospace Daily, 1980, 5/11, vol.101. N 25, p.188A. 2. * |
4. Баррер М. И др. Ракетные двигатели. - М.: Оборонгиз, 1962, с.298. * |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2458244C1 (en) * | 2011-04-22 | 2012-08-10 | Открытое акционерное общество "Федеральный научно-производственный центр "Алтай" | Solid-liquid propellant rocket engine |
RU2542709C1 (en) * | 2013-12-23 | 2015-02-27 | Открытое акционерное общество "Федеральный научно-производственный центр "Алтай" | Solid-propellant rocket engine |
RU2635427C1 (en) * | 2016-08-09 | 2017-11-13 | Акционерное общество "Федеральный научно-производственный центр "Алтай" | Solid-propellant rocket engine |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP0767872B1 (en) | Solid propellant dual phase rocket motor | |
JP4569951B2 (en) | Pulse detonation engine detonation damper | |
JP5507686B2 (en) | Expansion tube separation device | |
EP0354692A1 (en) | Case for a multiple or staged solid propellant rocket motor | |
US7261038B2 (en) | Low shock separation joint and method therefor | |
US4972673A (en) | Solid rocket motor with dual interrupted thrust | |
US5491973A (en) | Self-actuating control for rocket motor nozzle | |
US5070691A (en) | Solid propellant canister loaded multiple pulsed or staged rocket | |
US20070113537A1 (en) | Thrust termination device for solid rocket motor | |
RU2139438C1 (en) | Solid-propellant rocket engine | |
US5894723A (en) | Rocket engine nozzle with ejectable inserts | |
US4154141A (en) | Ultrafast, linearly-deflagration ignition system | |
US11732677B2 (en) | Ring-shaped booster rocket | |
CN112361898B (en) | Aerospace craft separation system | |
US7484353B1 (en) | Rocket motor case using plank sections and methods of manufacturing | |
US4625649A (en) | Projectiles | |
US3616646A (en) | Forward or aft stress relief for a case bonded solid propellant | |
CN112455728A (en) | Separation device for an aerospace vehicle | |
US3173250A (en) | Reverse flow thrust chamber | |
RU2200243C2 (en) | Solid-propellant rocket engine | |
JP4619814B2 (en) | Two-stage thrust rocket motor | |
US11852103B2 (en) | Ring-shaped booster rocket | |
US4656920A (en) | Method and apparatus for dynamically supporting a high stress structure | |
RU2133371C1 (en) | Solid-propellant rocket engine | |
RU2251628C1 (en) | Solid-propellant impulse rocket engine |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20110527 |
|
PD4A | Correction of name of patent owner | ||
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20161127 |