способ утилизации ракетного двигателя твердого топлива
Классы МПК: | F23G5/34 когда отходы сжигаются в каком-либо углублении или яме или собираются в кучу для сжигания F23G7/00 Печи или другие устройства, специально предназначенные для уничтожения специфических отходов или низкокачественного топлива, например химикатов F42D5/04 обезвреживание зарядов взрывчатых веществ, например уничтожение боеприпасов; предотвращение детонации зарядов взрывчатых веществ |
Автор(ы): | Куценко Геннадий Васильевич (RU), Никитин Василий Тихонович (RU), Козьяков Алексей Васильевич (RU), Кислицын Алексей Анатольевич (RU), Шаповалова Нина Алексеевна (RU), Трусихина Лариса Владимировна (RU) |
Патентообладатель(и): | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт полимерных материалов" (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2007-06-09 публикация патента:
27.01.2009 |
Изобретение касается переработки отработавшего ракетного топлива. Способ утилизации ракетного двигателя твердого топлива (РДТТ) в полевых условиях включает выжигание топлива из корпуса двигателя. В переднем днище утилизируемого двигателя выполняют кольцевую проточку - ослабление из условия вскрытия днища по кольцевому ослаблению при давлении в корпусе 5...25 кгс/см 2. При этом внешний диаметр кольцевой проточки (Д) обеспечивают с учетом условия:
где Fкр - площадь критического сечения сопла РДТТ, Ррд - рабочее давление в корпусе РДТТ при Fкр, Р урд - давление в корпусе утилизируемого РДТТ при наличии Fкр и дополнительного отверстия в переднем днище двигателя диаметром Д, - показатель степени в степенном законе скорости горения твердого ракетного топлива. Ракетный двигатель размещают в заглубленной в грунт яме, оснащают линией подачи импульса на пусковой пиропатрон и осуществляют дистанционный запуск двигателя из укрытия. При этом глубина ямы составляет не менее двух калибров утилизируемого РДТТ. Технический результат заключается в простоте способа и его безопасности. 3 ил.
![способ утилизации ракетного двигателя твердого топлива, патент № 2345283](/images/patents/120/2345283/2345283-2.jpg)
![способ утилизации ракетного двигателя твердого топлива, патент № 2345283](/images/patents/120/2345283/2345283-15.jpg)
![способ утилизации ракетного двигателя твердого топлива, патент № 2345283](/images/patents/120/2345283/2345283-16.jpg)
Формула изобретения
Способ утилизации ракетного двигателя твердого топлива в полевых условиях, включающий выжигание топлива из корпуса двигателя, отличающийся тем, что в переднем днище утилизируемого двигателя выполняют кольцевую проточку - ослабление из условия вскрытия днища по кольцевому ослаблению при давлении в корпусе 5...25 кгс/см2, при этом внешний диаметр кольцевой проточки (Д) обеспечивают с учетом условия:
где Fкр - площадь критического сечения сопла РДТТ,
Ррд - рабочее давление в корпусе РДТТ при Fкр,
Рурд - давление в корпусе утилизируемого РДТТ при наличии Fкр и дополнительного отверстия в переднем днище двигателя диаметром Д,
- показатель степени в степенном законе скорости горения твердого ракетного топлива,
ракетный двигатель размещают в заглубленной в грунт яме, оснащают линией подачи импульса на пусковой пиропатрон и осуществляют дистанционный запуск двигателя из укрытия, при этом глубина ямы составляет не менее 2-х калибров утилизируемого РДТТ.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области ракетной техники и может быть использовано при утилизации ракетных двигателей твердого топлива (РДТТ) предпочтительно малого и среднего калибров.
Известен способ утилизации РДТТ с зарядом смесевого твердого ракетного топлива (ТРТ) по патенту RU 2064659, заключающийся в том, что осуществляют механическое размельчение заряда с последующим растворением перхлората аммония (ПХА) - основного компонента ТРТ с помощью гидроксида натрия. Указанный способ характеризуется высокой трудоемкостью и длительностью.
Известен также способ утилизации РДТТ путем выжигания скрепленного с корпусом заряда ТРТ по патенту RU 2021560, по которому канал заряда заполняют хладагентом, устанавливают утилизируемый РДТТ соплом вверх и в условиях стенда (полигона) осуществляют запуск РДТТ и выжигают СТРТ из корпуса. Способ по патенту RU 2021560, МПК F23G 7/00, заявлен 15.04.93, опубликован 15.10.94 принят авторами за прототип.
Недостатками способа-прототипа являются высокие финансово-экономические издержки при его реализации, связанные с подготовкой к транспортированию, порой весьма протяженному и длительному к местам утилизации (полигонам, стендам). Сам процесс доставки к оборудованным местам утилизации не всегда безопасен, особенно в случае транспортирования РДТТ, с истекшими (продленными) сроками эксплуатации.
Технической задачей патентуемого изобретения является разработка простого, с повышенными надежностью и безопасностью способа утилизации РДТТ (путем выжигания ТРТ из корпуса) малого и среднего калибров (диаметр до 0,5 м, масса до 500 кг) в полевых условиях (как правило, вблизи технических позиций эксплуатируемых ракетных систем либо арсеналов), обеспечивающего уменьшение отрицательного воздействия на экологию окружающей среды при сокращенных финансовых затратах.
Технический результат изобретения заключается в разработке способа утилизации РДТТ путем выжигания заряда твердого ракетного топлива из корпуса РДТТ в полевых условиях, при этом в переднем днище РДТТ до выжигания заряда выполняют кольцевое ослабление - проточку из условия вскрытия днища по кольцевому ослаблению при давлении в корпусе 5÷25 кгс/см2, внешний диаметр которой (Д) соответствует соотношению
где Fкр - площадь критического сечения сопла РДТТ;
Ррд - рабочее давление в корпусе РДТТ при Fкр;
Рурд - давление в корпусе утилизируемого РДТТ при наличии Fкр и дополнительного отверстия Fдо в переднем днище двигателя;
- показатель степени в степенном законе скорости горения твердого ракетного топлива при температуре окружающей среды при проведении утилизации РДТТ.
Размещают утилизируемый РДТТ в заглубленном в грунт пространстве - яме, глубина которой составляет не менее двух калибров утилизируемого РДТТ, оснащают утилизируемый РДТТ линией подачи импульса на пусковой пиропатрон и осуществляют дистанционный запуск РДТТ с безопасного расстояния.
Сущность изобретения заключается в обеспечении при выжигании ТРТ дополнительным отверстием переднюю крышку утилизируемого РДТТ, что позволяет, с одной стороны, обеспечить пониженный, безопасный (исключающий разрушение утилизируемого РДТТ) уровень давления в камере сгорания (КС), с другой стороны, за счет критического истечения продуктов сгорания (ПС) из КС, в основном, осуществить дожигание окисей азота, углерода и других компонентов ПС ТРТ в КС, что способствует снижению отрицательного воздействия последних при проведении выжигания ТРТ (огневых испытаний) на экологию окружающей среды. При этом непосредственно функционирование утилизируемого РДТТ осуществляют при давлении в КС в 3...5 (и менее) раз меньше (фиг.1) предусмотренного для его эксплуатации. Обеспечение критических условий истечения ПС твердого ракетного топлива (ТРТ) заряда осуществляют за счет реализации в переднем днище РДТТ дополнительного отверстия площадью Fдо, получаемого за счет кольцевой проточки (ослабления) с внешним диаметром Д. Соотношение для Д получено из следующих соображений.
Для квазистационарного режима работы РДТТ справедливо [Шапиро Я.М., Мазинт Г.Ю., Прудников Н.Е., Теория ракетного двигателя на твердом топливе, М., 1966, стр.69]:
где S - площадь горящей поверхности заряда;
u=u1pv - скорость горения ТРТ;
A - коэффициент истечения;
Fкр - площадь критического сечения сопла РДТТ;
Р - давление в КС РДТТ;
- плотность ТРТ.
С учетом вышеизложенного, для РДТТ без дополнительного отверстия (Fдо) имеем
Для РДТТ с дополнительным отверстием имеем
В соотношениях [2], [3]:
Р рд - рабочее давление в РДТТ без дополнительного отверстия;
Рурд - рабочее давление в утилизируемом РДТТ с дополнительным отверстием;
Из соотношений [2], [3], [4] следует
В случае выполнения кольцевой проточки (ослабления), учитывая что
имеем
где =3, 14, Д - диаметр кольцевой проточки - ослабления по внешнему диаметру.
В соответствии с технической задачей в патентуемом техническом решении должна обеспечиваться надежность и безопасность при утилизации и минимально вредное воздействие на экологию окружающей среды.
Надежность и безопасность при утилизации РДТТ по предлагаемому способу достигается (фиг.2) за счет предельно возможного снижения рабочего давления в КС утилизируемого РДТТ (25 кгс/см2 и менее) до уровня устойчивого нижнего предела по горению ТРТ с учетом обеспечения герметичности двигателя (за счет выполнения кольцевой проточки - ослабления (8) в переднем днище (7) без разгерметизации двигателя) до момента сжигания твердотопливного заряда (3), а также существенного снижения уровня давления в РДТТ, а вредное минимальное воздействие на экологию окружающей среды - за счет обеспечения эффективного дожигания ПС в КС утилизируемого РДТТ при критическом истечении ПС.
Обеспечение в процессе утилизации (выжигания ТРТ) в переднем днище РДТТ отверстия площадью F до позволяет также полностью или в значительной степени "обнулить" тягу по оси утилизируемого РДТТ и тем самым исключить либо существенно уменьшить как вероятность срыва (фиг.3) утилизируемого РДТТ (11) с места крепления ложементов (12), хомутов (13), так и разрушение РДТТ при проведении огневого испытания при утилизации. Заглубление утилизируемого РДТТ в грунт на глубину не менее 2 калибров практически исключает вылет РДТТ из заглубления при срыве последнего с крепления. Обеспечение дистанционной подачи (14) импульса на пиропатрон способствует безопасности проведения утилизации.
Сущность изобретения поясняется на чертежах.
Фиг.1 Диаграмма «давление-время»
Р - давление;
- время;
1 - для «боевого» РДТТ;
2 - для утилизируемого РДТТ.
Фиг.2 Конструкция утилизируемого РДТТ, подготовленного к выжиганию топлива
3 - твердотопливный заряд;
4 - корпус РДТТ;
5 - заднее днище;
6 - сопло;
7 - переднее днище;
8 - кольцевая проточка;
9 - узел воспламенения;
10 - пиропатрон.
Фиг.3 Схема установки утилизируемого РДТТ для проведения выжигания ТРТ (огневого сжигания)
11 - РДТТ;
12 - ложемент;
13 - хомут;
14 - линия подачи электроимпульса на пиропатрон.
Пример реализации способа.
Утилизации подвергался стартовый РДТТ ракеты с прочноскрепленным зарядом ТРТ. Масса заряда 480 кг, калибр РДТТ 0,5 м, =0,35, Fкр=266 см 2, Ррд=75 кгс/см2 . В передней крышке РДТТ выполняли кольцевую проточку - ослабление, обеспечивающую при вскрытии крышки по проточке дополнительное отверстие Fдо, рассчитанное по соотношению [5]:
РДТТ размещали (фиг.3) в заглубленном в фунт объеме-яме, обеспечивая глубину заглубления относительно оси РДТТ не менее двух калибров РДТТ, с обеспечением от переднего и заднего днищ РДТТ (11) расстояний до стенок заглубления не менее 7 калибров РДТТ. Подачу импульса (14) на пусковой пиропатрон РДТТ осуществляли дистанционно из заглубленного укрытия. Выжигание заряда прошло удовлетворительно (полностью, до стенок КС) без разрушения РДТТ.
Класс F23G5/34 когда отходы сжигаются в каком-либо углублении или яме или собираются в кучу для сжигания
Класс F23G7/00 Печи или другие устройства, специально предназначенные для уничтожения специфических отходов или низкокачественного топлива, например химикатов
Класс F42D5/04 обезвреживание зарядов взрывчатых веществ, например уничтожение боеприпасов; предотвращение детонации зарядов взрывчатых веществ