Безкорпусний двигун (варіанти) і спосіб його виготовлення

F02K9 / 08 - використовують тверді палива (F02K 9/72 має перевагу; використання напівтвердих або пилоподібних палив F02K 9/70)

Власники патенту RU 2398125:

Старовірів Микола Євгенович (RU)

Безкорпусний двигун містить головну частину і заряд твердого ракетного палива, що має вигляд циліндричної або різьбовій шашки, на яку з заднього кінця надіта обойма, що складається з втулки з упорами всередині, камери згоряння і реактивного сопла. Головна частина двигуна має в задній частині ділянку, що входить по закінченні горіння палива в обойму, причому ця ділянка має теплоізоляцію і заповнений вибуховою речовиною. В іншому варіанті обойма підтягується вперед гнучкими тягами, причому турбіна приводу розташована на обоймі або на носовому обтічнику. Ще в одному варіанті шашка заряду має наскрізні поздовжні отвори, заповнені сумішшю на основі чорного пороху. Інший винахід групи відноситься до способу виготовлення зазначеного вище двигуна, відповідно до якого крупинки вибухової речовини покривають шаром кіслородовиделяющего речовини і / або шаром компонента пального. Потім з вийшов крупинок формують шашку заряду за допомогою сгораемого сполучного. Винаходи дозволяють знизити вагу і вартість двигуна, підвищити його надійність, а також забезпечити корисне використання обойми на двигуні і спростити виготовлення шашки заряду. 4 н. і 17 з.п. ф-ли, 3 мул.

Винахід відноситься до ракетних двигунів твердого палива (РДТТ) і призначене для всіх типів ракет, від ручних гранатометів і систем залпового вогню до ракет підводних човнів і космічних.

Відомі РДТТ, наприклад пат. США 2987821. Переваги безкорпусних двигунів зрозумілі - відсутність складного, важкого і дорогого корпусу. Їх недоліки - необхідність складного і високоточного виготовлення різьбової частини шашки, висока ймовірність прориву полум'я в цьому місці. Якщо різьбова частина розташована зовні, це призводить до збільшення аеродинамічного опору шашки. Задня обойма після вироблення палива стає марним вантажем.

Нижче будуть розглянуті три винаходи. Перше з них - п.1 формули винаходу - вирішує завдання корисного використання задньої обойми в бойових ракетах. Друге - п.19 формули винаходу - дозволяє спростити виготовлення шашки (виключити різьбову частину), підвищити надійність двигуна і зменшити його аеродинамічний опір. Третє - п.20 формули винаходу - є розширенням арсеналу засобів, що дозволяють створити шашку із заданою лінійною швидкістю горіння.

Безкорпусний двигун не має суцільного корпусу, а складається з циліндричної або різьбовій шашки, виконаної з достатнього механічно міцного твердого ракетного палива (далі ТРТ), на яку з заднього кінця надіта обойма з жаростійкого матеріалу, що складається з втулки з упорами всередині, камери згоряння і реактивного сопла (див фіг.1).

Суть роботи двигуна в наступному: примусово під дією приводу обойма зсувається вперед у міру того, як краю торця шашки ТРТ обгорають в зоні контакту з внутрішніми упорами. Упором може бути реборда всередині втулки або виступаючі всередину шліци.

Після закінчення горіння ТРП можливо два подальших варіанти: обойма відділяється, тому що шашка її більше не тримає, і падає. Але якщо на обоймі були стабілізатори, а також по деяких інших міркувань, наприклад використання обойми в якості осколкообразующего елемента в бойових ракетах, має сенс пристикувати обойму до головної частини ракети. Для чого на обоймі і на головній частині ракети є відповідні елементи однієї або декількох засувок. Наприклад, обойма має в передній частині зовнішню реборди, а на задній поверхні головної частини є підпружинені гаки. Або навпаки. Навпаки, до речі, краще: гаки та їх кронштейни будуть одночасно аеродинамічними стабілізаторами і ребрами охолодження.

У тому випадку, якщо ракета бойова, то для того, щоб використовувати обойму як осколкообразующій елемент, головна частина має ззаду ділянку, що входить по закінченні горіння палива в обойму. Причому ця ділянка має теплоізоляцію (наприклад, покритий фторопластом або керамікою) і заповнений вибуховою речовиною (наприклад, термостійким - трінітроксілолом).

Для кращого поділу обойми на осколки вибухову речовину всередині цієї ділянки головної частини (або всієї головної частини) має на зверненої до корпусу поверхні кумулятивні канавки, краще пересічні.

Шашка для кращого ковзання і для попередження передчасного займання від нагрітих стінок втулки може мати бронювання, тобто покрита, наприклад, фторопластом, кремнийорганической фарбою, фольгою,

Для попередження передчасного займання втулка може мати подвійні стінки, в порожнині між якими знаходиться охолоджуюча рідина. Порожнина з'єднана отворами з зазором між шашкою і втулкою (див. Фіг.2), а також має найпростіший запобіжний клапан.

Охолоджувальною рідиною може бути гліколевий антифриз, причому загущений гелеутворювача (щоб не виливався при транспортуванні і зберіганні).

Примусове рух обойми вперед по блокам може бути організовано шляхом надання шашки і втулки різьбовій форми (без зазорів!) І приведенням шашки і обойми у взаємне обертання, наприклад, за допомогою турбіни і зубчастого колеса (див. Фіг.3). Турбіна може приводитися в дію від стікали газів або від набігаючого потоку (для літакових ракет). Регулювання подачі здійснюється так само, як і при самоподаче, - упором країв шашки в упори-обмежувачі всередині обойми.

Гвинтовий привід може бути розташований і всередині шашки, і приводитися в обертанні гвинтом, що входять без зазорів в розташоване по осі шашки отвір для гвинта. У передньому кінці отвір для гвинта має мати невелике бічний отвір для виходу стискається гвинтом повітря. Гвинт, як і в попередньому випадку, обертається турбіною.

У більших двигунах можливо підтягування обойми вперед за допомогою гнучких тяг (високоміцних волокон). Турбіна при цьому може бути розташована як на обоймі, так і на головній частині (для літакових ракет).

У дуже великих і відповідальних двигунах для зсуву обойми можливе застосування автоматичної системи, що складається з датчика вогню, регулятора і виконавчого механізму.

Можливий і інший варіант кріплення обойми до головної частини: задня поверхня головної частини робиться трохи більше діаметру, ніж шашка, або вона може мати накатку, і тоді обойма з натягом наповзає на цю частину і фіксується на ній за рахунок натягу.

Для надійного стартового утримання шашки: шашка всередині обойми виходить за обмежувальні упори, і поки ця частина шашки НЕ обгорить, шашка з місця не зрушиться. Для цього шашка повинна бути складовою, наприклад на різьбі з клеєм з піроксиліну в ацетоні з додаванням дрібнодисперсного ВВ, або задня частина шашки може бути приклеєна цим клеєм до основного стрижня.

До шашки ТРТ такого двигуна пред'являються особливі вимоги: механічна міцність, механічна жорсткість, достатня термостійкість, енерговиділення на сучасному рівні, прийнятна ціна, і найголовніше, швидкість горіння, що знаходиться в проміжку між вибуховими речовинами і застосовуються в даний час ТРТ.

Для отримання потрібної швидкості горіння шашка має поздовжні отвори на всю довжину, заповнені сумішшю на основі чорного пороху. Чорний порох має при тиску в камері згоряння швидкістю горіння, близькою до необхідної. Її можна міняти в ту і іншу сторони, додаючи, наприклад, гексаметилентетрамін (для зменшення швидкості) або дрібнодисперсні порошкоподібні вибухові речовини (далі ВВ) малобрізантного дії. Але тепловиділення чорного пороху далеко від сучасних вимог. Тому він тільки задає лінійну швидкість горіння шашки, а основний матеріал шашки горить з набагато меншою швидкістю. В результаті цього симбіозу вся шашка горить з потрібною швидкістю, але фронт горіння складається з безлічі дрібних конусоподібних заглиблень. Таким він повинен бути і спочатку.

Отвори в шашки повинні бути розташовані досить рівномірно по її перетину, наприклад в стільниковому порядку, квадратами, а краще - колами. Основним матеріалом шашки може бути порошок перхлората амонію в полимеризованной метиловий ефірі кислоти метакрилової (плексиглас). Така шашка буде володіти хорошим поєднанням міцності, жорсткості, пружності і високою ефективністю горіння.

У сучасній піротехніку відомі заряди у вигляді твердих шашок з потрібною швидкістю горіння (наприклад, безгільзовий квадратний патрон німецького автомата). Однак їх отримання все ж залишається проблематичним. Тому пропонується спосіб отримання шашок ТРТ з потрібними властивостями.

У шашку додається ВВ в дрібнодисперсному вигляді. Однак якщо частинки ВВ стикаються або знаходяться дуже близько, можливо взривоподібний руйнування шашки на крупінкообразние фрагменти і розліт останніх. Щоб цього не сталося, спосіб передбачає покриття кожної крупинки ВВ шаром кіслородовиделяющего речовини, наприклад перхлората амонію, і / або потім покриття вийшла крупинки ще й шаром компонента пального, наприклад плексигласом. А потім виконується формування всієї шашки на основі плексигласу, поліефірної смоли, епоксидної смоли, поліпропілену або іншого сгораемого сполучного. Покривати крупинки зручно в конусної звужується вниз шахті, в яку знизу подається тепле повітря. Змочені розчином або розплавом потрібного речовини крупинки рівномірно скидаються зверху в звужується шахту. Оскільки перетин шахти внизу менше, то швидкість повітря там більше. У певному місці крупинки «зависають» в потоці і підсихають або остигають. Крупинки повинні бути приблизно одного розміру. Краще, якщо процес буде циклічним, - так легше контролювати ступінь готовності, так менше разова доза ВВ, і так легше боротися зі статичною електрикою.

На фіг.1 показаний в перерізі безкорпусний РДТТ, де 1 - шашка ТРТ, 2 - обойма, що складається з втулки 3 по діаметру шашки, упору у вигляді реборди 4, камери згоряння 5 і реактивного сопла 6. Головна частина 7 двигуна (точніше, ракети ) має ззаду ділянку 8 такого ж діаметру, як шашка, і має накатку 9. Привід шашки не показаний.

На фіг.2 показаний варіант з охолодженням обойми, де 10 - порожнина між подвійними стінками обойми, заповнена загущеній незамерзаючої рідиною. Порожнина має зворотний клапан у вигляді привареної до обойми пружної пластини 11, яка через прокладку з термостійкої гуми 12 закриває вихід з порожнини 10.

На Фіг.3 спрощено показаний варіант з шашкою 1, яка примусово подається в обойму 2 за допомогою шківа 13, що обертається через вал 14 турбіною 15, розташованої (хоча б частково) в струмені газів, що відходять. На шків намотується гнучка тяга 16, що проходить через вушко 17, за допомогою якої обойма підтягується до головної частини.

Працює двигун так: після запалювання шашки 1 на сопло 6 діє сила тяги, яка призводить ракету в рух. І в міру обгорання частини торця шашки, контактує з упором 4, обойма насувається на шашку. Поступово в шашку входить задня частина 8 головної частини 7 і накатка 9. Після повного вигоряння палива обойма фіксується на головній частині.

При наявності охолодження втулки на фіг.2 антифриз, випаровуючись з порожнини 10, потрапляє у вигляді пари в зазор між шашкою 1 і обоймою 2, а також виходить назовні через запобіжний клапан 11-12.

Обойма 2 на Фіг.3 підтягується до головної частини гнучкою тягою 16, яка намотується через вушко 17 на шків 13. Шків обертається зубчастим колесом за допомогою турбіни 15. Подача шашки 1 саморегулюється упирання в упор 4. Зрозуміло, зусилля турбіни (турбін) має бути відповідним чином розраховано з урахуванням насувається сили самого сопла.

1. Безкорпусний двигун, що складається з головної частини і заряду твердого ракетного палива, що має вигляд циліндричної або різьбовій шашки, на яку з заднього кінця надіта обойма, що складається з втулки з упорами всередині, камери згоряння і реактивного сопла, що відрізняється тим, що головна частина двигуна має в задній частині ділянку, що входить по закінченні горіння палива в обойму, причому ця ділянка має теплоізоляцію і заповнений вибуховою речовиною.

2. Двигун по п.1, що відрізняється тим, що вибухова речовина має на поверхні, зверненої до корпусу головної частини, кумулятивні канавки.

3. Двигун по п.1, що відрізняється тим, що шашка всередині обойми виходить за упори, для чого вона виконана складовою.

4. Двигун по п.1, що відрізняється тим, що упором є реборда або виступаючі всередині шліци.

5. Двигун по п.1, що відрізняється тим, що камера згоряння має циліндричну, або розширюється, або звужується форму.

6. Двигун по п.1, що відрізняється тим, що зовнішня поверхня шашки має поздовжнє армування високомодульний волокнами.

7. Двигун по п.1, що відрізняється тим, що обойма має оперення і / або ребра охолодження.

8. Двигун по п.1, що відрізняється тим, що шашка має бронювання або покрита фторопластом.

9. Двигун по п.1, що відрізняється тим, що втулка має подвійні стінки, порожнина між якими з'єднана з внутрішньою поверхнею втулки, причому в порожнині знаходиться охолоджуюча рідина, і порожнину має запобіжний клапан.

10. Двигун по п.9, що відрізняється тим, що охолоджувальною рідиною є антифриз, загущений гелеутворювача.

11. Двигун по п.1, що відрізняється тим, що шашка і втулка мають різьбову форму і наводяться у взаємне обертання турбіною, яка діє від стікали газів або потоку, що набігає.

12. Двигун по п.1, що відрізняється тим, що шашка має по осі отвір для гвинта, в яке без зазорів входить гвинт, що обертається турбіною, причому передній кінець отвори має з'єднання з повітрям.

13. Двигун по п.1, що відрізняється тим, що має автоматичну систему зсуву обойми, що складається з датчика вогню, автоматичного регулятора і виконавчого механізму.

14. Двигун по п.1, що відрізняється тим, що на обоймі і головної частини є відповідні частини однієї або декількох засувок.

15. Двигун по п.14, що відрізняється тим, що на обоймі є зовнішня реборда, а на головній частині є підпружинені гачки або навпаки.

16. Двигун по п.15, що відрізняється тим, що на шашки є западини під гаки.

17. Двигун по п.1, що відрізняється тим, що головна частина двигуна має в задній частині ділянку, що входить по закінченні горіння палива в обойму, причому частина цієї ділянки має більший діаметр, ніж шашка, і / або має накатку, що забезпечують фіксацію втулки з натягом.

18. Двигун по п.1, що відрізняється тим, що обойма має подовжню муфту зворотного ходу, що складається з пасажирів профилированной канавці пружних кульок, роликів або конусних сегментів.

19. Безкорпусний двигун, що складається з головної частини і заряду твердого ракетного палива, що має вигляд циліндричної або різьбовій шашки, на яку з заднього кінця надіта обойма, що складається з втулки з упорами всередині камери згоряння і реактивного сопла, що відрізняється тим, що обойма підтягується вперед гнучкими тягами, причому турбіна приводу розташована на обоймі або на носовому обтічнику.

20. Безкорпусний двигун, що складається з головної частини і заряду твердого ракетного палива, що має вигляд циліндричної або різьбовій шашки, на яку з заднього кінця надіта обойма, що складається з втулки з упорами всередині камери згоряння і реактивного сопла, що відрізняється тим, що шашка заряду має наскрізні поздовжні отвори, заповнені сумішшю на основі чорного пороху.

21. Спосіб виготовлення двигуна по п.1, що відрізняється тим, що крупинки вибухової речовини покривають шаром кіслородовиделяющего речовини і / або шаром компонента пального, а потім з вийшов крупинок формують шашку заряду за допомогою сгораемого сполучного.