Спосіб формування заряду ракетного двигуна на твердому паливі

Винахід відноситься до технології ракетобудування і може застосовуватися при виготовленні двигунів ракет на твердому паливі. Відомий спосіб виготовлення заряду, жорстко скріпленого з корпусом камері згоряння РДТП, методом лиття [1]. Відомий у такий спосіб двигун має незадовільну довговічність, що обумовлене відшаруванням заряду від корпуса камери згоряння. Застосування захисно-скріплюючого шару між корпусом і зарядом ракетного твердого палива [2], не гарантує відсутності відшарувань при роботі двигуна. Ця проблема набуває особливої гостроти в ракетних двигунах з акустичним накачуванням паливного заряду [3], бо в таких двигунах корпус знаходиться під впливом спеціально уведених високочастотних коливань. Імовірність відшарування можна зменшити введенням у зону контакта полімерізуємої маси з корпусом ультразвукових коливань [4], які призводять до кращого зчеплення між паливною масою і корпусом. Це дозволяє отримувати більш довговічні виробі з підвищеними механічними властивостями. Але в процесі експлуатації двигуна відшарування заряда від корпусу все ж такі відбуваються, бо навантаження системи "заряд-корпус" при формуванні заряду не відповідає навантаженню при роботі РДТП. Зменшити відшарування дозволяє вибраний за найбільш близькій аналог спосіб формування заряду ΡДТП [5] завдяки гідравлічному навантаженню корпуса тиском з реєстрацією переміщення фланців полюсних отворів. Згідне з цім способом корпус заповнюють паливною масою, після чого здійснюють процеси підтискування, полімеризації, охолодження та зміні тиску в корпусі, а фланці встановлюють у положення, яке відповідає підсумкам гідронавантаження. Внаслідок цих операцій положення фланців при дії тиску в процесі формування відповідає стену фланців при навантаженні заряда тиском у процесі роботи двигуна. Завдяки такій технології формування заряду вирівнюється напруго-деформаційний стан у системі " корпус-заряд" при роботі двигуна. Проте довговічність отриманого двигуна недостатня, бо при формуванні не враховуються динамічні процеси, які мають місце в процесі експлуатації. В основу винаходу поставлене задачу створити спосіб формування заряду РДТП, згідно з яким заповнюють корпус камери згоряння паливною масою та здійснюють її полімерізацію в акустичному полі з експлуатаційним спектром частот, що призводить до підвищення зчеплення заряду і корпусу шляхом збільшення ультразвукової проробки динамічно навантажених зон контакта заряда з корпусом. Внаслідок такої технології, у процесі формування заряду здійснюється його підготовка до роботи в умовах широкосмугового високочастотного навантаження. Технічний результат, якого можна досягти при використанні винаходу, полягає в підвищенні довговічності двигунів з корпусом, жорстко скріпленим із зарядом твердого палива. Поставлена задача вирішується за рахунок того, ще в способі формування заряда РДТП, згідно з яким заповнюють корпус камери згоряння паливною масою та здійснюють її полімерізaцію в акустичному полі, застосовують акустичне поле зі спектром частот, якій має місце при експлуатації двигуна. Таке виконання способу дозволяє проводити ультразвукову проробку поверхні контакта заряда з корпусом залежно від рівня вібраційного навантаження її окремих ділянок при експлуатації. Завдяки запропонованій технологи підвищується зчеплення заряду і корпусу в найбільш небезпечних /з точки зору міцності/ зонах їх контакту, що призводить до підвищення довговічності двигуна. у конкретних формах виконання спектр частот акустичного поля призначають відповідним спектру частот при роботі двигуна в режимі максимальної тяги. Стосовно ракетних двигунів з акустичним накачуванням паливного заряду частоту ультразвука змінюють у межах можливої зміні робочої частоти накачування паливного заряду. Такі форми виконання способу обумовлені тим, що на зазначених режимах імовірність відшарування заряда від корпуса максимальна. Винахід пояснюється кресленням пристрою, який реалізує спосіб, що заявляється. На пружній основі 1 встановлено корпус 2 камери згоряння РДТП /сопловий блок знятий/, який може бути заповнений паливною масою 3. Корпус може бути виконаний із магнітострикційного матеріалу і розміщений усередині котушки 4 високочастотного струму. Для підтискування паливної маси служить поршень 5, жорстко з'єднаний з широкосмуговим ультразвуковим випромінювачем /у вигляді блоку п'єзокерамічних кілець 6, скріплених за допомогою гайки 7/. Живлення котушки 4 та п’єзоелементів 6 здійснюється від широкосмугового ультразвукового генератора 8 з регулятором частоті 9 та індикатором частоті 10. Спосіб здійснюється наступним чином. Корпус 2 заповнюють паливною масою 3 та підтискують її поршнем 5. Потім здійснюють полімерізaцію паливної маси 3 в ультразвуковому полі, яке утворене широкосмуговим п’єзоелектрічним випромінювачем, побудованим на елементах 6, або магнітострикційним матеріалом корпусу 2, розміщеним усередині котушки високочастотного струму 4. Спектр частот акустичного поля встановлюють за допомогою генератора 8. У першому варіанті спектр частот призначають відповідним спектру частот при роботі двигуна в режимі максимальної тяги /наприклад, суцільний рівномірний спектр типу "нормальний білий шум"/. В другому варіанті частоту ультразвуку змінюють регулятором 9 в межах можливої зміни робочої частоти накачування паливного заряду, можливе застосування обох наведених варіантів одночасно. Важливо, щоб схема динамічного навантаження система "заряд-корпус" у процесі формування заряду відповідала схемі динамічного навантаження цієї системи при роботі двигуна в екстремальному режимі. При такій ультразвуковій полімерізaції за рахунок кращого змочування та підвищення текучості змінюються властивості паливної маси і корпусу в місцях найбільших динамічних навантажень , що призводить до кращого зчеплення між ними. Завдяки поглинанню ультразвукової енергії у динамічно навантажених зонах на кордоні між корпусом та паливною масою має місце ефект суттєвого підвищення міцності /ультразвукова енергія перетворюється в теплову, знижуючи пристіночну в’язкість/. При запропонованому сонохімічному процесі тепле створюється і утримується в зонах паливної маси, які при роботі двигуна найбільш динамічно навантажені. Це дозволяє економно витрачати ультразвукову енергію та отримувати рівноміцну конструкцію РДТП /за рахунок більш розумного розподілу енергії ультразвуку по паливній масі/. Заряд після формування широкосмуговим ультразвуком має більш низькій напруго-деформаційний стан по відношенню до заряда, відформованого одночастотним способом, що значно знижує імовірність появи відшарувань заряда від корпуса двигуна. Використання винаходу також підвищує продуктивність процесу завдяки більш дбайливому використанню часу формування заряду та зменшує вартість сировини через відказ від застосування коштовних домішок скріплюючого шару. Запропонований метод формування заряду суттєво збільшує надійність і довговічність РДТП, значно розширює діапазон його динамічного застосування, знижує забруднення навколишнього середовища при виробництві двигуна. Слід зазначити, що варіант запропонованого способу щодо РДТП з високочастотним накачуванням паливного заряду не потребує додаткового технологічного устаткування, бо при формуванні заряду використовуються штатні агрегати пускової установки /котушка збудження, ультразвуковий генератор, з'єднувачі, вимикачі і таке інше/. Джерела інформації: 1. Патент США №6101948, кл. С06Д5/06, 2000. 2. Патент Російської Федерації №2166660, кл. F02К9/32, 2001. 3. Патент України №48711, кл. F02К9/08, 2002. 4. Патент США №4548771, кл. В29Η5/01, 1985. 5. Патент Російської Федерації №2170837, кл. F02К9/24, 2001.