ракетный двигатель твердого топлива реактивного снаряда системы залпового огня

Формула изобретения

Ракетный двигатель твердого топлива ракетного снаряда системы залпового огня, состоящий из днища, оболочки, концевых эластичных компенсаторов и соплового блока, отличающийся тем, что каждый концевой эластичный компенсатор выполнен в виде кольцевого сплошного вкладыша переменной толщины в продольном сечении, одна часть которого выполнена цилиндрической формы по наружной поверхности и конической внутренней поверхностью, а другая часть выполнена в виде полого усеченного конуса длиной, равной 0,01 - 0,03 длины зарядной камеры, диаметром у меньшего сечения, равным 0,8 - 0,92 диаметра зарядной камеры, и толщиной стенки, равной 0,01 - 0,03 диаметра зарядной камеры, при этом с металлической оболочкой компенсаторы скреплены только по наружной цилиндрической поверхности.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к военной технике и может быть использовано при разработке и производстве ракетных двигателей (РД) к снарядам систем залпового огня (РСЗО), работающих на смесевом твердом топливе (СТТ).

При определении уровня техники использовались общедоступные сведения, представленные в следующих источниках информации:

- опубликованные описания к охранным документам, заявки на изобретения;

- советские и иные издания, имеющиеся в библиотеке;

- депонированные рукописи статей, обзоров, монографий, отчеты о научно-исследовательских работах, пояснительные записки к опытно-конструкторским работам и другая конструкторская, технологическая, нормативно-техническая и проектная документация, находящаяся в органах научно-технической информации;

- материалы диссертаций и авторефераты, изданные на правах рукописи;

- принятые на конкурс работы и экспонаты, помещенные на выставке;

- сообщения, переданные посредством радио, телевидения, кино и т.д.;

- сведения о техническом средстве, ставшие известными в результате их использования.

В последнее время как в нашей стране, так и за рубежом, активно проводятся работы, направленные на повышение эффективности применения снарядов РСЗО и преимущественно на повышение дальности стрельбы.

Из зарубежных аналогов известно техническое решение из патента США N 3015209, в котором (по описанию) между прокладками на пороховой шашке и металлическими дисками установлены прокладки из пробки или резины. Назначение этих прокладок - предохранять вкладной заряд твердого топлива от выпадения из своих опор при тепловом расширении камеры сгорания.

Способ компоновки прокладок относительно заряда ТТ и корпуса двигателя аналога не годится для использования в заявляемой конструкции, так как не обеспечивает компенсацию технологической усадки и температурных деформаций заряда в радиальном направлении.

Известно также техническое решение, принятое за прототип, из заявки Франции N 2466627, кл. F 02 K 9/10, 1971. В ракетном двигателе в соответствии с прототипом концевой компенсатор выполнен в виде кольцевого монолитного чашеобразного вкладыша полусферической формы с отверстием в донной части и переменной толщиной стенки - однослойной в зоне перехода от цилиндра к дну и трехслойной в донной части с открытыми кольцевыми полостями между слоями.

Такие вкладыши не компенсируют технологической осадки топлива в процессе изготовления заряда и также не компенсируют разности деформаций заряда и корпуса РЧ в радиальном направлении в процессе воздействия температуры в пределах от -50^oC до +50^oC и не обеспечат надежного крепления заряда к корпусу ракетной части. Следовательно, и они не пригодны для рассматриваемого решения.

Целью изобретения является повышение надежности крепления заряда твердого смесевого топлива внутри корпуса ракетной части во всех температурных условиях эксплуатации изделия и упрощение процесса его закрепления в корпусе при снаряжении, обеспечение компенсации деформации заряда в осевом и радиальном направлениях после заполнения зарядного пространства, компенсации разности температурных деформаций в осевом и радиальном направлениях топлива и металлической оболочки в диапазоне температур от плюс 50^oC до минус 50^oC, обеспечение надежного крепления заряда в корпусе при динамических нагрузках в процессе транспортирования, выполнения погрузочно-разгрузочных работ и стартовых перегрузок в процессе запуска изделия.

Поставленная цель достигается тем, что каждый концевой эластичный компенсатор выполнен в виде кольцевого сплошного вкладыша переменной толщины в продольном сечении, одна часть которого выполнена цилиндрической формы по наружной поверхности и конической внутренней поверхностью, а другая часть выполнена в виде полого усеченного конуса длиной, равной 0,01 - 0,03 длины зарядной камеры, диаметром у меньшего сечения, равным 0,8-0,92 диаметра зарядной камеры, и толщиной спинки, равной 0,01 - 0,03 диаметра зарядной камеры, при этом с металлической оболочкой компенсаторы скреплены только по наружной цилиндрической поверхности.

Разные по толщине элементы компенсатора выполняют различные функции.

Утолщенная часть компенсатора воспринимает на себя механические нагрузки, возникающие при погрузочно-разгрузочных работах, транспортировании и стартовых перегрузках при запуске изделия, а также обеспечивает компенсацию технологической усадки и разницу температурных деформаций заряда и оболочек в осевом и радиальном направлениях при перепаде температуры от плюс 50^oC до минус 50^oC за счет эластичности и упругих характеристик материала. Утоненная коническая часть компенсатора обеспечивает компенсацию технологической усадки топлива и разницу температурных деформаций в осевом и радиальном направлениях топлива и металлической оболочки как за счет эластичности и упругих характеристик материала, так и за счет геометрических параметров этого элемента компенсатора (длины, диаметра, толщины и конусности), которые обуславливают растягивающие, сжимающие и изгибные деформации конической части компенсатора.

На фиг. 1 представлена схема корпуса РЧ. Корпус состоит из днища 1, металлической оболочки 2, эластичных компенсаторов 3 и соплового блока 4. На фиг. 2 приведены геометрические параметры компенсаторов и взаимосвязанные размеры других элементов РЧ, где D, L -диаметр и длина зарядной камеры соответственно; l₁ - длина утолщенного элемента 5 компенсатора; l₂, S, d - длина, толщина и диаметр у меньшего сечения утоненного конического элемента 6 компенсатора. На фиг. 3 представлена схема разложения осевой силы, где P_о - осевая сила стартовой нагрузки заряда 7; P_p - радиальная составляющая сила; P_pз -результирующая сила, воздействующая перпендикулярно конической внутренней поверхности 8 компенсатора.

Геометрические параметры конического элемента компенсатора выполнены таким образом, что позволяют внутренней его поверхности следовать за изменениями размеров заряда во всех направлениях в процессе технологической усадки и температурных деформаций в диапазоне от +50^oC до -50^oC. Этим обеспечивается неразрывность соединения заряда с металлической оболочкой корпуса во всех условиях эксплуатации и применения изделий.

Длина l₂ конического элемента компенсатора выполнена равной 0,01 - 0,03 длины L зарядной камеры. Конический элемент меньшей длины не обеспечит компенсации усадочной и температурной деформации в осевом направлении, а при большой длине не обеспечивается необходимой конструктивной жесткости и устойчивости.

Наружный диаметр d конического элемента выполнен равным 0,8 - 0,92 диаметра D зарядной камеры. Меньший диаметр неоправдано приводит к сокращению зарядного пространства, массы топлива и, следовательно, дальности полета изделий, а большая величина диаметра не обеспечит компенсации технологической усадки и температурной деформации, так как этот элемент компенсатора будет располагаться практически параллельно оси зарядной камеры.

Толщина S конического элемента выполнена численно равной 0,01 - 0,03 диаметра D зарядной камеры. Меньшее значение толщины не обеспечит конструктивной жесткости и технологичности. Большее значение толщины неоправданно повышает жесткость и сокращает объем зарядного пространства.

В результате сопоставительного анализа предлагаемого корпуса РЧ аналога и прототипа установлены отличительные признаки, отвечающие критерию "новизна" заявляемого технического решения и позволяющие классифицировать его соответствие критерию "изобретательский уровень".

В заявляемом корпусе РЧ компенсаторы отличаются конструктивно от таких же деталей аналога и прототипа. В корпусе-аналоге компенсаторы выполнены в виде сплошных колец прямоугольного сечения и постоянной толщины. В прототипе компенсаторы выполнены в виде кольцевых монолитных чашеобразных вкладышей полусферической формы с отверстием в донной части и переменной толщиной стенки - однослойной в зоне перехода от цилиндра к дну и трехслойной в донной части с открытыми кольцевыми полостями между слоями. В соответствии с заявляемым решением каждый компенсатор выполнен в виде сплошного кольца переменной толщины в сечении, параллельном оси корпуса. Каждый компенсатор состоит из двух частей - одна часть 5 утолщена и выполнена в виде цилиндра по наружной поверхности и конуса по внутренней поверхности, другая утоненная часть 6 выполнена в виде полого усеченного конуса.

Размеры конуса - длина, диаметр и толщина стенки - выполнены в определенной зависимости от размера зарядной камеры корпуса РЧ.

Оригинальная геометрия и взаимосвязь размеров компенсаторов с размерами зарядной камеры обеспечивают компенсацию технологической усадки и разности температурных деформаций металлической оболочки и заряда в условиях производства и эксплуатации в осевом и радиальном направлениях как в случае увеличения размеров при нагреве изделия до +50^oC, так и в случае уменьшения размеров при технологической усадке топлива и охлаждения изделия до -50^oC.

В предлагаемом изобретении компенсаторы скреплены непосредственно как с металлической оболочкой корпуса, так и с зарядом по боковым поверхностям без дополнительных конструктивных элементов. В аналоге и прототипе компенсаторы не связаны непосредственно с металлической оболочкой корпуса, а опираются одним торцом на дополнительные крепежные элементы РЧ, а другим торцом взаимодействуют с зарядом, воспринимая на себя осевую нагрузку, и компенсируют деформацию заряда только в осевом направлении и только при нагреве изделия.

Выполнение внутренней поверхности утолщенной части компенсатора конической формы обеспечивает дополнительный прижим компенсатора к внутренней поверхности 9 оболочки корпуса в процессе воздействия осевых стартовых нагрузок за счет радиальной составляющей вектора разложения сил (см. фиг. 3).

В соответствии с предлагаемым техническим решением изготовлены и испытаны с положительными результатами во всех условиях эксплуатации и применения корпуса РЧ к РС калибром 300 мм, 220 мм и 120 мм. Это подтверждает правильность выбранного решения.