double arrow

Формы зарядов ТРТ и особенности их горения



Конструкция заряда твердого топлива должна обеспечивать:

а) максимально возможное заполнение корпуса РДТТ топливом;

б) исключение (по возможности) контакта горячих продуктов сгорания  со стенками корпуса для облегчения условий их работы;

в) неизменность геометрической формы заряда при нагрузках, возникающих при транспортировке РДТТ, а также при его работе, когда на заряд воздействуют осевые и боковые перегрузки, интенсивная вибрация в широком спектре частот и давления горячих продуктов сгорания;

г) наименьшие остатки неиспользованного топлива к концу работы двигателя.

В зависимости от характера изменения площади горения во время работы двигателя различают следующие типы зарядов, рис. 4.6.:

Рис. 4. 6. Характер изменения площади горения зарядов:

1-нейтральное горение; 2-прогресивное горение; 3-дегрессивное горение

- с постоянной площадью горения (с нейтральным горением);

- с увеличивающейся площадью горения (прогрессивным горением);

- с уменьшающейся площадью горения (с дигрессивным горением);

- с площадью горения изменяющейся по заданному закону.

Заряды твердого топлива можно подразделить по геометрическим особенностям поверхности горения на следующие типы:




· заряды с торцевым горением;

· заряды с внутренним горением.

У зарядов с торцевым горением время горения определяется длиной заряда, а у зарядов с внутренним горением – толщиной свода (толщиной стенки цилиндра заряда). Поверхности заряда, по которым не должно быть горения, защищают бронирующим покрытием (ингибитором). Заряд обертывают лентой из ингибитора или обклеивают листами из него с помощью клея. Предпочтительно применять заряды, у которых ингибитор не омывается продуктами сгорания, в частности, скрепленные заряды, у которых ингибитором служит слой термоизоляции на внутренней поверхности стенки корпуса.

Заряды торцевого типа широко распространены в двигателях с небольшими временами работы, так как в этом случае, даже при наличии срав­нительно тонкого слоя теплоизоляции, стенки камеры иногда не успевают прогреться до высокой температуры и не теряют проч­ности..

Такие заряды применяются в виде, как моноблоков, так и полиблоков. Двигатели с торцевыми за­рядами имеют высокий коэффициент заполнения камеры сгорания топливом, могут обеспечивать большое время работы, но их тяга, как правило, невели­ка из-за небольшой поверхности и малой скорости горения топ­лива. Термоизоляция двигателя, в случае продолжительного времени работы, должна быть усиленной, так как зна­чительная часть внутренней поверхности камеры смывается горячими пороховыми газами.



Сферические заряды, рис.4.7., относящиеся к классу зарядов торцевого горения, применяются в особых слу­чаях, т. е. когда требуется создать двигатель с минимальной мас­сой конструкции и наименьшей длины. Сферические заряды могут быть как вкладными, так и жесткоскрепленными с корпусом.

а) б)

Рис.4.7.Схемы заряда торцевого горения (а) и сферического заряда (б)

1-заряд ТТ; 2-воспламенительное устройство

Эти заряды очень разнообразны по форме и могут обеспе­чить постоянную площадь поверхности горения, а также прогрессивное или депрессивное ее изменение во времени, рис. 4.8.

а) б)

Рис. 4.8. Заряды с торцевым горением:

а – дегрессивный характер горения; б – прогрессивный характер горения

Заряды, горящие с торца, могут применяться для маршевых двигателей ракет, а также для различного рода вспомогатель­ных устройств типа аккумуляторов давления и для рулевых двигателей.

Заряд, горящий с торца, может обеспечить ступенчатую тягу в двигателе двумя способами:

1. Заряд изготовлен из одной марки топлива и имеет форму «ступенчатого» цилиндра, рис. 4.9.

Рис. 4.9.Заряд ступенчатой формы для двухрежимного двигателя

2. Заряд изготовлен из двух марок топлива, имеющих разные скорости горения, рис. 4.10.

Рис. 4.10. Заряд, состоящий из двух марок топлива для двухрежимного двигателя

В некоторых конструкциях РДТТ используются сдвоенные заряды торцевого горения, рис. 4.11.

Рис. 4. 11.Заряд, горящий с двух торцов

Общим недостатком зарядов этой группы является сильный нагрев стенок камеры в процессе работы двигателя, необходи­мость теплоизоляции внутренней поверхности камеры от продук­тов сгорания топлива. В связи с этим масса конструкции двига­теля с такими зарядами получается большой, что делает невоз­можным их применение в двигателях ракет дальнего действия. Двигатели с зарядами этого типа имеют большие тепловые по­тери, уменьшающие удельный импульс топлива. Применение та­ких зарядов вызывает необходимость в опорных диафрагмах или колосниковых решетках, что усложняет конструкцию двигателя и увеличивает его пассивную массу.

К перечисленным недостаткам рассматриваемого типа зарядов следует добавить, что они к кон­цу работы двигателя часто разрушаются и куски несгоревшего топлива выбрасываются через сопло, что вызывает дополнитель­ные энергетические потери.

Кроме того, при сравнительно больших временах работы для них характерна: большая сухая масса корпуса, т.к. его стенки подвергаются интенсивному нагреву при работе двигателя, поэтому приходится увеличивать их толщину для обеспечения достаточной прочности; смещение центра масс двигателя при горении заряда.

К зарядам с внутренним горением относятся:

- канальный;

- телескопический;

- звездообразный;

- щелевой.

Заряд канального типа представляет собою свободно-вложенную одноканальную шашку, а также горящую с внутрен­ней и наружней цилиндрических поверхностей, с поверхностей обоих торцов; иногда торцы бронируются, рис. 4. 12. Если шашка забронирована с обоих торцов, то площадь поверхности горения не изменяется во времени; если торцы не бронированы, шашка горит слабо дегрессивно. Горение заряда по наружной поверхности определяет необходимость нанесения на корпус двигателя надежной и эффективной тепловой защиты. Кроме того, заряды канального типа весьма плохо сопротивляются боко­вым и осевым перегрузкам, а также легко разрушаются под дей­ствием центробежных сил.

а) б)

Рис. 4. 12. Заряд канального типа (а) и изменение характера горения его поверхностей (б)

При постоянном сечении внутреннего канала топливного заряда скорость продуктов сгорания по мере приближения к соплу, как уже указывалось, нарастает, что может привести к эрозии поверхности канала. Для исключения указанного явления канал может выполняться конусным, с расширением к соплу.

Иногда в одношашечных зарядах наблюдается неустойчи­вое горение, характеризуемое резкими колебаниями давления, приво­дящими часто к затуханию горения. Экспериментально установ­лено, что неустойчивое горение чаще всего возникает в канале.

Телескопический заряд представляет собой соосно расположенные цилиндры (как правило, не более двух), вставленные друг в друга, рис .4.13 а. Крепление внутреннего цилиндра в корпусе двигателя может осуществляться с помощью:

-стержня, пронизывающего его по оси;

-приливов, выполненных на наружной поверхности внутреннего цилиндра, упирающихся в наружный цилиндр;

-специальных кронштейнов на корпусе, удерживающих его за торцевую поверхность.

Телескопические заряды, аналогично многошашечным зарядам, рис. 4.13б, применяются в двигателях, работающих сравнительно короткий период времени.

а) б)

Рис. 4.13.Схема телескопического (а) и многошашечного (б) зарядов

Горение телескопического и многошашечного зарядов, в зависимости от способа их крепления, может происходить в различных комбинациях по наружным, внутренним и торцевым поверхностям цилиндров.

Однако двигатели с такими зарядами имеют низкий коэффи­циент массового совершенства ввиду непосредственного воздействия продуктов сгорания на корпус двигателя и из-за наличия достаточно сложных узлов крепления зарядов.

Примером скрепленных зарядов являются литые заряды с внутренним каналом в виде 6-лучевой звезды, обеспечивающие постоянную площадь горения. Их недостатком является то, что в конце горения образуются куски объемом 3-5% от общего объема заряда, которые или не сгорают, или догорают при пониженном давлении, что приводит к уменьшению удельного импульса РДТТ, рис. 4. 14.

Рис. 4.14. Схема заряда с внутренним 6-ти лучевым каналом:

1— камера; 2инертный заполнитель (пенопласт); 3—бронировка; 4топливо

Применение щелевых зарядов (с пропилами), рис. 4.15 а, позволяет создать конструкции, обеспечивающие заданный за­кон изменения поверхности горения в широком диапазоне давлений. Эти заряды могут быть как вкладными, так и скрепленны­ми с корпусом двигателя. Время работы двигателя, имеющего ще­левые заряды, достигает нескольких десятков секунд.

а) б)

Рис. 4. 15. Щелевые заряды:

(а)- со сквозными щелями; (б)- с комбинированными щелями

Недостатком этих зарядов считают то, что они обладают пло­хой термостабильностью: при низких температурах у оснований ще­лей, возникают несимметричные участки концентраций напряжений, которые могут привести к растрескиванию заряда.

Для зарядов со щелями без перемычек при высоких температу­рах характерно нарушение их цилиндрической формы, а при нали­чии перемычек - усложнение технологии изготовления.

Недостатком этих типов зарядов считают также и то, что в рай­оне щелей имеет место интенсивное выгорание термопокрытий кор­пуса двигателя, поэтому оно здесь наносится более толстым слоем.

Щелевой заряд представляет собой полый цилиндр, брони­рованный с наружной поверхности. С одной стороны заряда на некоторую глубину lщ прорезано несколько щелей, которые могут доходить или не доходить до наружной поверхности заряда.

Встречаются случаи, когда в заряде выполняются оба типа щелей,

рис. 4 .15б.

Торцы заряда могут быть плоски­ми или иметь более сложную пространственную форму, рис. 4.16 а. Эта фор­ма обуславливается заданной программой изменения площади горящей поверхности заряда по времени. При фасонной форме торцов также повышается коэффициент заполнения объема ка­меры. Щелевая часть обеспечивает дегрессивный характер горения заряда, а полая, наоборот, — прогрессивный. Варьируя числом, формой и протяженностью щелей можно обеспечить заданную программу изменения площади горящей поверхности по времени.

а) б)

Рис. 4.16. Схемы щелевого эаряда с профилированными торцами (а) и секционно-секторного щелевого заряда (б):

1—сектор щелевой шашки; 2—секции; 3— сектор цилиндрической шашки

Щелевой заряд на некоторой длине полой шашки может слу­жить естественной теплоизоляцией стенок камеры.

Щелевые заряды, в особенности скрепленные с камерой, хорошо сопротивляются осевым и поперечным перегрузкам, воз­никающим при движении ракеты на активном участке траекто­рии.

Технология изготовления щелевых зарядов достаточно проста.

Для упрощения технологии изготовления, контроля, транспортировки, хранения крупногабаритных зарядов и снижения стоимости изготовления крупных РДТТ используют секционные топливные заряды.

Секционный заряд состоит из нескольких последовательно расположенных частей (секций) корпуса со скрепленными топливными зарядами, имеющими внутренний канал. РДТТ собирают из секций на стартовой или промежуточной позициях. Секции соединяют между собой с помощью разъемного (например, фланцевого) или неразъемного (сварного) соединения. Сварное соединение обеспечивает лучшую герметичность и меньшую массу РДТТ, чем фланцевое, но вызывает определенные неудобства при сборке РДТТ на стартовой позиции.

Преимущество секционных зарядов состоит также в том, что, имея один стандартный тип секций, можно, применяя различное их количество, получать те или иные значения тяги и времени работы двигателя (т. е. менять суммарный импульс тяги РДТТ в широких пределах).

Чтобы уменьшить трудности, возникающие при изготовлении больших топливных зарядов, применяют сегментные топливные заряды. Они состоят из нескольких сегментов, которые разделяются друг от друга по поверхностям соприкосновения слоем, служащим одновременно бронирующим покрытием и упругой прокладкой.

В крупногабаритных РДТТ, обеспечивающих большие тяги, используются секционно-секторные заряды, рис.4. 16 б.



Сейчас читают про: