Газогенератор на твердому паливі

Реферат: Заявлений газогенератор на твердому паливі містить корпус і кришку з внутрішнім теплозахисним покриттям. У корпусі встановлені донна опора і діафрагма, між якими закріплений заряд твердого палива у вигляді моноблока з поздовжніми каналами і зовнішнім бронюванням. На дні корпусу встановлено запальник, а на кришці виконане сопло, на виході якого розміщені розсікач з бічними отворами і відбивач. Газогенератор оснащений решіткою, пружним демпфером, захисним стаканом і захисною накладкою. Решітка виконана у вигляді коаксіальних кілець, сполучених радіальними ребрами, які з боку заряду розташовані нижче за торцеву площину кілець. Решітка встановлена з донного боку заряду так, що її кільця примикають до торця заряду і розташовані між отворами каналів заряду, а кінцеві ділянки каналів в бронюванні виконані у вигляді конічних отворів. На циліндричній ділянці внутрішньої поверхні корпусу на теплозахисному покритті виконані поздовжні виступи. Пружний демпфер виконаний з еластичного матеріалу, у вигляді кільця переважно прямокутного поперечного перерізу і встановлений між решіткою і донною опорою. На бічній поверхні стакана виконані отвори, розмір яких виконаний меншим, ніж розмір отворів розсікача. Стакан встановлений всередину розсікача, а захисна накладка закріплена на внутрішній поверхні відбивача. UA 99765 C2 (12) UA 99765 C2 UA 99765 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Пропонований винахід належить до газогенераторів на твердому паливі, призначених для вживання в різних газовитиснювальних системах, зокрема для прискорення об'єкта, що стартує з пускової труби. Відомий газогенератор на твердому паливі з витратою гарячих газів, яка збільшується, призначений, наприклад, для катапульти з поршнем, рухомим з прискоренням [Шишков А.А., Румянцев Б.В. Газогенераторы ракетных систем. - М.: Машиностроение, 1981, с. 78-79, рис. 4.2]. Даний газогенератор має заряд твердого палива, заброньований по циліндричний поверхні і відкритий по торцях, який містить також поздовжні канали. При роботі газогенератора такий заряд горить по торцях і по поверхні каналів, при цьому канали, розгораючись, забезпечують збільшення поверхні горіння і підвищення витрати гарячого газу, а горіння по торцях дає постійну складову витрати. Недоліком даної конструкції заряду є недостатня величина відношення початкової поверхні горіння до кінцевої (низька прогресивність), оскільки враховуючи те, що при русі об'єкта уздовж пускової труби об'єм під ним значно збільшується, тому для забезпечення постійного тиску на об'єкт у витіснювальному газогенераторі потрібний заряд з максимальною прогресивністю. Найбільш близьким за технічною суттю до пропонованого є газогенератор [Прототип патент Російської Федерації № 2111349 від 27.07.2002 р., МПК F02K 9/08]. Даний газогенератор містить корпус з вузлами кріплення його до зовнішньої опори, запальник, сопло, вкладний моноблочний циліндричний заряд твердого ракетного палива з внутрішніми каналами, паралельними поздовжній осі заряду, а також донну опору з пружним амортизатором і соплову діафрагму, при цьому заряд броньований по всій зовнішній поверхні, впритул до бічної поверхні заряду встановлений циліндричний кожух з каналами для проходу газів з донного об'єму в передсопловий об'єм, за соплом встановлений розсікач з глухим дном і отворами, розташованими рівномірно по бічній стінці розсікача, причому до глухого дна прикріплений тарілчастий відбивач, що формує витік продуктів згорання під деяким кутом до поздовжньої осі газогенератора, що забезпечує мінімум сил, що діють на вузли кріплення при роботі газогенератора. Перевагою даного рішення є те, що заряд з каналами, оснащений бронюванням по зовнішній поверхні, дає максимальну прогресивність. Недоліком прототипу є те, що в ньому заряд опирається на амортизатор по обмеженій поверхні, тому в зоні контакту виникає контактна напруга, що негативно впливає на заряд при зберіганні, транспортуванні і при роботі газогенератора, коли унаслідок горіння палива переріз заряду зменшується, в даній зоні можливе порушення цілісності заряду і бронювання, що знижує надійність. Також недоліком є те, що циліндричний кожух, який знаходиться в зазорі між зарядом і корпусом, перекриває прохідний переріз, тому для збереження прохідного перерізу необхідно збільшувати діаметр корпусу, що збільшує масу конструкції. Третій недолік полягає в тому, що при горінні палива на виході з каналів паливо згорає швидше, ніж матеріал бронювання, тому край бронювання опиняється в потоцігарячого газу, що витікає з каналу, і може відриватися тиском потоку, в результаті розкривається додаткова поверхня горіння, внаслідок цього зменшується розрахункова прогресивність, що знижує надійність. Ще один недолік полягає в тому, що відсутній тепловий захист розсікача, відбивача і зовнішньої поверхні кришки, які обмиваються високотемпературним вихлопним струменем газогенератора, що містить ерозійні частки, тому ці елементи можуть бути пошкоджені потоком, і це знижує надійність. Технічною задачею винаходу є виконання конструкції газогенератора з покращеним кріпленням заряду, збільшеним перерізом для проходу газу між зарядом і корпусом, виключенням ефекту відриву бронювання і з покращеним теплозахистом розсікача, відбивача і зовнішньої поверхні кришки. Технічним результатом пропонованого рішення є підвищення надійності роботи і зменшення маси на 10-15 %. Вирішення поставленої задачі здійснюється за рахунок використання наступних відомих суттєвих ознак: газогенератор на твердому паливі, що містить корпус і кришку з внутрішнім теплозахисним покриттям, запальник, сопло, донну опору, соплову діафрагму, розсікач з бічними отворами, відбивач, заряд твердого палива у вигляді моноблока з поздовжніми каналами і зовнішнім бронюванням, а також наступних відмінних суттєвих ознак: газогенератор оснащений решіткою, пружним демпфером, захисним стаканом і захисною накладкою, при цьому решітка виконана у вигляді коаксіальних кілець, сполучених радіальними ребрами, які з боку заряду розташовані нижче за торцеву площину кілець, решітка встановлена з донного боку 1 UA 99765 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 заряду так, що її кільця примикають до торця заряду і розташовуються між отворами каналів заряду, а кінцеві ділянки каналів в бронюванні виконані в вигляді конічних отворів, на циліндричної ділянці внутрішньої поверхні корпусу на теплозахисному покритті виконані поздовжні виступи, пружний демпфер виконаний з еластичного матеріалу, наприклад, м'якої гуми, у вигляді кільця переважно прямокутного поперечного перерізу і встановлений між решіткою і донною опорою, на бічній поверхні стакана виконані отвори, розмір яких виконаний меншим, ніж розмір отворів розсікача, стакан встановлений всередину розсікача, а захисна накладка закріплена на внутрішній поверхні відбивача. Використання сукупності відмічених ознак дозволяє поліпшити роботу елементів конструкції газогенератора, підвищити його надійність і понизити масу. Конструкція і робота запропонованого газогенератора пояснюються наступними ілюстраціями: Фіг. 1 - схема конструкції, Фіг. 2 - конструкція заряду в зоні поздовжніх каналів; Фіг. 3 - переріз корпусу в місці поздовжніх виступів. Газогенератор містить кришку 1 з внутрішнім теплозахисним покриттям 2 і зовнішнім покриттям 3, корпус 4 з внутрішнім теплозахисним покриттям 5 і подовжніми виступами 6, сопло 7, запальник 8, донну опору 9, соплову діафрагму 10, розсікач 11 з отворами 12 і захисним стаканом 13 з отворами 14, відбивач 15 із захисною накладкою 16, заряд твердого палива 17 з бронюванням 18 поздовжніми каналами 19 і конічними отворами 20, решітка 21 з коаксіальними кільцями 22 і радіальними ребрами 23, демпфер 24. На решітці 21 радіальні ребра 23 розташовані нижче за торцеву поверхню кілець 22, що забезпечує вільний витік газу з каналів 19 заряду 17. Для виключення ушкодження конструкції розсікача, відбивача і зовнішньої поверхні кришки витікаючим із сопла високотемпературним вихлопним потоком газу з ерозійними частками, в пропонованому газогенераторі використовується захисний стакан 13, встановлений всередину розсікача 11, захисна накладка 16, встановлена всередину відбивача 15 і теплозахист 3, що наноситься на зовнішню поверхню кришки 1, при цьому на бічній стінці стакана 13 виконані отвори 14, менші за розміром, ніж отвори 12 в розсікачі 11. Робота запропонованого газогенератора на твердому паливі відбувається таким чином. Під час перевезень газогенератора на його конструкцію впливають динамічні навантаження від вібрації і поштовхів, які діють на заряд 17 і на елементи його кріплення, зокрема на решітку 21. Контактний тиск кілець 22 на торець заряду підвищується, проте завдяки збільшеній контактній площі кілець цей тиск не перевищує безпечну величину. Зниженню контактної напруги при динамічних навантаженнях також сприяє наявність пружного демпфера 24 між решіткою 21 і опорою 9. Аналогічно знижуються динамічні навантаження на заряд при запуску газогенератора, коли при запаленні запальника 8 усередині корпусу 4 газогенератора виникає хвиля тиску, яка діє динамічно на заряд і елементи його кріплення. При подальшому горінні запальника гарячий газ проходить в канали 19 заряду 17 і запалює в них тверде паливо. При горінні палива радіус каналів і поверхня горіння їх збільшується і прогресивно збільшується витрата продуктів згорання. При цьому при горінні палива одночасно горить і шар бронювання 18 на виходах з каналів 19, стоншений по конічній поверхні 20, тому порушення цілісності бронювання не відбувається. При горінні палива і русі газу всередині корпусу газогенератора зменшення гідравлічного опору уздовж тракту потоку, зниження величини перепаду тиску і зменшення навантажень на заряд відбувається за рахунок вільного перетікання газу між донним і сопловим об'ємами корпусу по кільцевому зазору В (Фіг. 3) між бронюванням заряду 18 і теплозахистом корпусу 5. При цьому рівномірність зазору В забезпечується за рахунок виконання на теплозахисті 5 корпусу 4 поздовжніх виступів 6, що центрують заряд по зазору Г. Поліпшення працездатності досягається, за рахунок того, що захисний стакан 13 і захисна накладка 16 виконані з пресматеріалу на основі скловолокна і фенолформальдегідної смоли, а на зовнішню поверхню кришки 1 нанесена теплоізоляція 3, яка за складом матеріалу аналогічна теплоізоляції 2 внутрішньої поверхні кришки 1. Виконання газогенератора запропонованої конструкції забезпечує в порівнянні з прототипом надійність вищу, а масу на 10-15 % менше. 55 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 60 1. Газогенератор на твердому паливі, що містить корпус і кришку з внутрішнім теплозахисним покриттям, у корпусі встановленні донна опора і діафрагма, між якими закріплений заряд твердого палива у вигляді моноблока з поздовжніми каналами і зовнішнім бронюванням, на дні 2 UA 99765 C2 5 10 15 корпусу встановлено запальник, а на кришці виконане сопло, на виході якого розміщені розсікач з бічними отворами і відбивач, який відрізняється тим, що оснащений решіткою, пружним демпфером, захисним стаканом і захисною накладкою, при цьому решітка виконана у вигляді коаксіальних кілець, сполучених радіальними ребрами, які з боку заряду розташовані нижче за торцеву площину кілець, решітка встановлена з донного боку заряду так, що її кільця примикають до торця заряду і розташовані між отворами каналів заряду, а кінцеві ділянки каналів в бронюванні виконані у вигляді конічних отворів, на циліндричній ділянці внутрішньої поверхні корпусу на теплозахисному покритті виконані поздовжні виступи, пружний демпфер виконаний з еластичного матеріалу, у вигляді кільця переважно прямокутного поперечного перерізу і встановлений між решіткою і донною опорою, на бічній поверхні стакана виконані отвори, розмір яких виконаний меншим, ніж розмір отворів розсікача, стакан встановлений всередину розсікача, а захисна накладка закріплена на внутрішній поверхні відбивача. 2. Газогенератор за п. 1, який відрізняється тим, що решітка, захисний стакан і накладка виконані з пресматеріалу на основі скловолокна і фенолформальдегідної смоли. 3. Газогенератор за п. 1, який відрізняється тим, що на зовнішню поверхню кришки нанесений шар теплозахисного покриття. 3 UA 99765 C2 Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4