ракетный двигатель твердого топлива для увода отделяемых частей ракеты

Формула изобретения

Ракетный двигатель твердого топлива для увода отделяемых частей ракеты, содержащий корпус с твердотопливным многошашечным зарядом, расположенным между опорными решетками и двумя газосвязанными соплами, имеющими разные диаметры критических сечений (d _кр), отличающийся тем, что содержит воспламенители с пиротехническим составом, снабженные пиропатроном, а каждый из воспламенителей установлен в одном из предсопловых объемов, размещенных с каждой стороны от опорных решеток заряда, при этом масса пиротехнического состава воспламенителя со стороны сопла с меньшим диаметром критического сечения больше массы пиротехнического состава противоположного воспламенителя и/или пиротехнические составы воспламенителей имеют разную энергетическую способность, причем со стороны сопла с меньшим критическим сечением энергетическая способность пиротехнического состава больше, чем у противоположного.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области ракетно-космической техники и может быть использовано при проектировании двигателей твердого топлива.

Известно, что для обеспечения увода отделяемых частей ракеты по направляющим штырям с траектории полета без соударения с ракетой необходимо, чтобы вектор тяги двигателя увода составлял с вектором полета ракеты некоторый угол, например, в пределах ~3°-10° (см. Г.Ф.Король «Инженерные методы расчета динамики ракет с РДТТ», стр.254. - М.: НТЦ «Информтехника», 1995 г.).

При использовании газосвязанных многосопельных двигателей (число сопел от 2 и более) наиболее просто это достигается за счет разных размеров противоположно расположенных в плоскости увода критических сечений сопел. Вектор тяги, реализуемый в сопле с большим критическим сечением, при одинаковом давлении в газосвязанной камере сгорания всегда больше, чем вектор тяги, реализуемый в сопле с меньшим критическим сечением при одинаковых параметрах выходной части сопла. За счет этого суммарный вектор тяги составляет некоторый угол по отношению к вектору тяги при одинаковых размерах критических сечений.

Известен двигатель, содержащий корпус с двумя соплами, в котором твердотопливный заряд разделен на две части, между которыми расположено воспламенительное устройство, срабатывающее от одного пиропатрона (см. «Двигатели специального назначения импульсного типа на твердом топливе. Основы проектирования, конструкция и опыт отработки», авторы И.М.Гладков, Ю.П.Ермаков и др., стр.102, рис.33. - М.: ЦНИИинформации, 1990 г.).

Недостаток такого двигателя при использовании в качестве двигателя увода объекта состоит в том, что в начальный момент движения за счет рассогласования вектора тяги с вектором полета появляется возмущающий момент и уводимый объект неравномерно отделяется от ракеты. Это создает возмущение как на ракету, которой приходится парировать данное возмущение командами системы управления, так и на отделяемый объект, который начинает двигаться по нерасчетной траектории.

Задачей предлагаемого изобретения является создание ракетного двигателя твердого топлива для увода отделяемых частей ракеты, позволяющего уменьшить возмущение в начальный момент движения отделяемого объекта за счет того что, суммарный вектор тяги двигателя отделения совпадает с вектором движения ракеты.

Это достигается тем, что известный ракетный двигатель твердого топлива для отделения частей ракеты содержит воспламенители c пиротехническим составом и пиропатрон, а каждый из воспламенителей установлен в одном из предсопловых объемов, размещенных с каждой стороны от опорных решеток заряда, при этом масса пиротехнического состава воспламенителя ,например, дымного ружейного пороха (ДРП) со стороны сопла с меньшим диаметром критического сечения больше массы пиротехнического состава противоположного воспламенителя или пиротехнические составы воспламенителей имеют разную энергетическую способность, причем со стороны сопла с меньшим критическим сечением энергетическая способность пиротехнического состава больше, чем у противоположного.

За счет такой конструкции суммарный вектор тяги двигателя совпадает с вектором движения ракеты, т.к. при срабатывании таких воспламенителей в начальный момент в предсопловых объемах создаются разные величины давлений продуктов сгорания, которые, истекая через критические сечения, создают равенство тяг R₁=R₂. При этом должно выполняться условие: Р₁·d_кр1 ²=Р₂·d_кр2 ², где d_кр1<d_кр2, Р ₁>Р₂.

Отделяемый объект без перекосов в начальный момент движения отделяется от ракеты по траектории, совпадающей с траекторией полета ракеты. Так как предсопловые объемы двигателей связаны газовой связью - единой камерой сгорания, то давление в предсопловых объемах через некоторое время выравнивается (Р₁=Р₂), в каждом сопле реализуется свой вектор тяги (R₂>R₁) и их суммарный вектор тяги приобретает расчетный угол рассогласования с вектором движения ракеты и за счет этого уводит отделяемый объект с траектории полета ракеты.

Такой же эффект достигается за счет того, что в воспламенителях содержится пиротехнический состав разных энергетических способностей. Например, дымный ружейный порох (ДРП) в воспламенителе со стороны меньшего диаметра критического сечения сопла и крупнозернистый дымный порох (КЗДП) в противоположном воспламенителе ДРП при воспламенении сгорает быстрее, чем КЗДП, создавая в предсопловых объемах в фиксированный момент времени разное значение давлений продуктов сгорания. Такой же эффект достигается при одновременном использовании этих принципов.

Кроме того, размещение воспламенителей в предсопловых объемах по сравнению с воспламенителями в средней части позволяет повысить надежность зажжения многошашечного заряда за счет того, что продукты сгорания от каждого воспламенителя сначала движутся навстречу друг другу, а затем в обратную сторону, то есть больше времени взаимодействуют с поверхностью шашек заряда.

Предложенная конструкция двигателя увода поясняется чертежом, на котором представлен общий вид двигателя (фиг. 1). Двигатель состоит из корпуса в виде цилиндра (1), закрытого с двух сторон сопловыми крышками (2), содержащими сопла (3) с разными значениями диаметров критических сечений . В корпусе располагается многошашечный твердотопливный заряд (4).

В сопловых крышках (2) выполнены гнезда (5) для установки пиропатронов (6) и крепления перфорированных держатей (7), а также закреплены опорные решетки (8), ограничивающие перемещение заряда (4).

Внутри держателя располагаются футляры воспламенителя, содержащие пиротехнический состав (9). Полости пиропатрона и воспламенителя соединены форсажным каналом (10). При этом масса или энергетическая способность пиротехнического состава (9) со стороны сопла (3), имеющего меньшее значение диаметра критического сечения (d_кр1), больше, чем масса или энергетическая способность пиротехнического состава со стороны противоположного сопла, имеющего большее значение диаметра критического сечения .

Двигатель работает следующим образом.

При подаче команды на срабатывание двигателя срабатывают пиропатроны (6), форсы их продуктов сгорания, истекая через форсажные каналы (10), разрушают футляр воспламенителя и зажигают пиротехнические составы (9), содержащиеся в них. Продукты сгорания воспламенителей через перфорированный держатель (7) истекают в предсопловые объемы и далее на поверхность многошашечного заряда твердого топлива (4). За счет разных масс или энергетических способностей пиротехнического состава воспламенителей в предсопловых объемах создается разное значение давлений продуктов сгорания, которые, истекая через сопла, создают одинаковую тягу каждого сопла. Пиротехнический состав обеспечивает условие: . Отделяемый объект без перекосов в начальный момент движения отделяется от ракеты.

Так как предсопловые объемы связаны газовой связью - общей камерой сгорания, то давление продуктов сгорания через некоторое время в предсопловых объемах выравнивается (P₁=P₂) и при истечении через сопла с разными диаметрами критического сечения реализуют свои векторы тяги (R₂>R₁). Суммарный вектор тяги приобретает расчетный угол рассогласования с вектором движения ракеты и за счет этого уводит отделяемый объект с траектории полета ракеты.

Двигатель данной конструкции планируется использовать при уводе ракетного блока аварийного спасения космонавтов при пусках новейшего ракетоносителя.