Узлы системы запуска двигателя

Система запуска предназначена для воспламенения заряда РДТТ (рисунок 4.1) [1]. Воспламенение осуществляется горячими продуктами сгорания воспламенительного состава 6, выходящими из корпуса воспламенителя 7, установленного на передней крышке 4 РДТТ. Первичное инициирование (зажигание) воспламенительного состава осуществляется пиропатронами 1, 3, импульс от которых через коллектор 2 и форсажную трубку 5 после прорыва защитной мембраны 8 передается на воспламенительный состав 6.

Рисунок 4.1 - Схема системы запуска РДТТ

Инициаторы

В качестве первичных инициаторов применяют электрические пиропатроны, в редких случаях - механического действия накольного типа. Пиропатроны механического действия вместо мостиков накаливания имеют обычный накольный капсюль, являющийся первичным инициатором. Задействование такого пиропатрона происходит при ударе бойка накольного механизма [1].

Пиропатроны могут быть непредохранительного и предохранительного типов [1]. Пиропатроны непредохранительного типа просты по конструкции и обладают высокой надёжностью. Пиропатроны предохранительного типа имеют предохранительно-взводящий механизм, исключающий несанкционированное задействование пиропатрона при случайной подаче напряжения на входные контакты его от системы управления, а также при воздействии внешних электростатических или электромагнитных полей. Предохранительно-взводящий механизм может быть однократного и многократного взведения (снятия предохранения) [1].

С целью повышения помехозащищенности электрических пиропатронов применяют пиропатроны, рабочее напряжение которых увеличено до нескольких тысяч вольт, а рабочий ток соответственно уменьшен. В этом случае реальные физические поля, которые могут создать помехи (грозовые разряды, электромагнитный импульс ядерного взрыва, токи наводок, электростатические разряды) не достигают уровня рабочего напряжения [1]. Кроме того, применение высоковольтных электрических пиросредств уменьшает массу бортовой кабельной сети, величина которой пропорциональна потребляемому току.

Свойство взрывчатых веществ аккумулировать большую энергию в малом объёме обусловливает создание разнообразных пиротехнических средств, обладающих значительно лучшими габаритно-массо-выми характеристиками по сравнению с аналогичными механическими, электромеханическими и пневматическими устройствами.

В качестве снаряжения для пиротехнических источников энергии используют пиротехнические составы на основе перхлората калия и алюминиевой пудры, гранулированной канифолью [1].

Кроме инициирования воспламенителей, пиропатроны применяются в целях создания давления для срабатывания клапанов перекрытия или вскрытия магистралей, срезания чек, открытия замков, прорыва мембран, срабатывания пироножей. Время срабатывания пиропатронов 0,015-0,05 с. Сила тока срабатывания 1,5-2,0 А, безопасного тока 0,2 А, тока проверки 0,05 А. Развиваемое давление в объёме пять кубических сантиметров составляет 35-110 МПа в зависимости от навески [1].

Для скрепления отдельных элементов конструкций и их разделения по электрической команде служат разрывные пироболты. Командные устройства в виде пиромеханизмов используются для приведения в действие различных функциональных узлов.

В работе пиромеханизмов используется принцип преобразования энергии продуктов сгорания пиротехнических средств в механическую работу по перемещению исполнительного элемента пиромеханизма (клапана, чеки, ножа, ударника).

Узлы газовой связи

Для передачи импульса от пиропатрона к воспламенителю и согласования величины импульса служат узлы газовой связи, которые являются также коллекторами при применении нескольких пиропатронов, используемых для дублирования и повышения надёжности системы запуска. В состав газовой связи входят коллекторы, распределители и форсажные трубки, усиливающие импульс при его воздействии на воспламенитель или ограничивающие его воздействие с целью предохранения воспламенителя от нерасчётного разрушения [1].

Для форсажных трубок существенен зазор L (см. рисунок 4.1) между торцом трубки и защитной мембраной воспламенителя. Величина зазора отрабатывается экспериментально и зависит от типов выбранных пиропатронов и воспламенителя [1].

Воспламенители

Для воспламенения и обеспечения начала стабильного процесса горения основного топлива заряда РДТТ применяют воспламенители. Существующие системы воспламенения подразделяют на три основные группы: пиротехнические, электрические, системы с самовоспламеняющейся жидкостью (гипергольные) [1].

Наиболее распространенными являются пиротехнические системы. Они надёжны и безопасны, срок их службы достаточно велик, время задержки воспламенения легко регулируется подбором состава пиротехнической смеси и её навески.

Воспламенители размещают в головной или донной частях двигателя, а иногда и в некоторой фиксированной точке по длине заряда. Параметры воспламенителя, в том числе масса, время работы и воспламенительный состав, зависят, в основном, от величины поверхности горения заряда РДТТ, его конфигурации и требований, предъявляемых к начальному участку кривой «давление-время» при работе двигателя. С учетом этих факторов выбирают конструкцию и параметры воспламенителя, его расположение относительно заряда РДТТ.

Воспламенители по времени их срабатывания можно условно разделить на три группы:

1) малого времени срабатывания (порядка тысячных-сотых долей секунды);

2) среднего времени срабатывания (порядка сотых-десятых долей секунды);

3) большого времени срабатывания (от десятых долей секунды до нескольких секунд); их называют воспламенителями сопровождения.

Первая группа воспламенителей наиболее проста по конструкции - это, как правило, насыпные воспламенители бескаркасного типа (рисунки 4.2, 4.3) [1].

1 - футляр; 2 - навеска

Рисунок 4.2 - Схема насыпного воспламенителя бескаркасного типа

1 - пакет; 2 - навеска

Рисунок 4.3 - Схема плёночного насыпного воспламенителя
бескаркасного типа

В качестве воспламенительного состава обычно применяют дымный или ружейный порох с различной величиной зерна, таблетки или гранулы крупнозернистого дымного пороха. Состав воспламенителя размещают в футлярах путём свободной насыпки.

Футляры изготавливают из лавсановой пленки, тканевого материала - миткаля или алюминиевой фольги. Закрепляют воспламенитель в соответствующем гнезде, имеющем расходные отверстия или окна.

Иногда воспламенитель размещают в специальном рассекателе для разделения и направления газового потока на поверхность заряда.

Вторая группа воспламенителей конструктивно более сложна, их заряды из воспламенительного состава размещают в герметичных корпусах (рисунок 4.4) [1].

1 - мембрана; 2 - крышка; 3 - воспламенитель;
4 - воспламенительный состав; 5 - корпус; 6 - герметизирующая
оболочка; 7 - форсажная трубка

Рисунок 4.4 - Схема воспламенителя маршевого РДТТ

Воспламенитель имеет устройство задействования (предвоспламенитель), устройства герметизации, корпусные и крепежные детали воспламенителей, основной воспламенительный состав. Корпуса воспламенителей могут быть сгорающими (рисунок 4.5) [1].

Основной воспламенительный состав состоит из таблеток или гранул пиротехнического состава, содержащего какие-либо металлы с высокой теплотой образования, например Mg, Al, B, Zr и т. п.

1 - фланец; 2 - предвоспламенитель в футляре; 3 - плетеный каркас;
4 - топливные шашки; 5 - центрирующая форсажная трубка

Рисунок 4.5 - Схема воспламенителя со сгорающим корпусом

Воспламенители такого типа наиболее распространены, так как достаточно надёжны, могут обладать любой мощностью и имеют возможность выброса таблеток из высокоэффективных пиротехнических составов непосредственно в камеру сгорания двигателя на поверхность заряда, в результате чего увеличивается устойчивость и надёжность процесса воспламенения заряда двигателя.

Корпуса воспламенителей изготавливают из металла и различных пластмасс штамповкой, прессованием или намоткой из полимерных материалов. Крепят такие воспламенители с помощью резьбового или фланцевого соединений.

Воспламенители третьей группы выполняют в виде газогенератора с определенным массово-временным расходом продуктов сгорания (рисунок 4.6) [1], в состав которого входит силовой корпус 6, имеющий внутреннее 3 и наружное 4 теплозащитные покрытия, входные 1 (для задействования) и расходные 5 отверстия, поперечные сечения которых рассчитывают с учетом требуемого режима работы воспламенителя. Внутри корпуса размещают предвоспламенитель 2 и заряд 7, состоящий обычно из шашек баллиститного топлива.

Рисунок 4.6 - Схема воспламенителя сопровождения
направленного действия

Узлы отсечки тяги

Узлы отсечки тяги предназначены для полного обнуления тяги, создания противотяги или ступенчатого регулирования тяги двигателя. Их обычно располагают на переднем днище двигателя или на цилиндрической части корпуса. Они применяются для коррекции траектории ракеты по дальности полёта, обеспечения полёта по заданной программе, разделения ступеней, аварийного выключения двигателя [16].

Вскрытие узлов отсечки тяги осуществляется путём перерезания стенки камеры сгорания двигателя с помощью детонирующих удлиненных зарядов (ДУЗ) или механических стопорных устройств.

ДУЗ представляет собой медную трубку с кумулятивной выемкой, наполненную бризантным взрывчатым веществом (октогеном, гексогеном и т. д.). В газовой струе после его срабатывания содержится большое количество высокодисперсных частиц металла, образовавшихся при разрушении материала трубки.

Металлизированная газовая струя имеет скорость до 7 км/c и при столкновении с преградой создаёт давление до 15 ГПа [3]. Для обеспечения герметичности и надёжной передачи детонации от заряда к заряду на торцах ДУЗ имеются тонкостенные колпачки с подпрессованным в них взрывчатым веществом. Для защиты от коррозии ДУЗ покрыт специальными эмалями [1].

ДУЗ может быть выполнен в виде прямого отрезка, полукольца, кольца. Возбуждение детонации в заряде осуществляется детонаторами, конструкция которых аналогична конструкции пиропатронов запуска, но вместо основного воспламенительного состава применяют детонирующие составы.

В работе ДУЗ используется принцип разрушающего действия на преграду продуктов взрыва в виде кумулятивной струи, образующейся при срабатывании зарядов.

Для повышения эффективности ДУЗ следует устанавливать на определенном расстоянии от перерезаемой преграды, поверхность которой должна находиться в фокусе кумулятивной струи [1].

Конструктивно ДУЗ может быть выполнен с осевой или радиальной кумулятивной выемкой. В зоне реза эластичные материалы (например, теплозащитные покрытия) следует заменять более хрупкими материалами. Схема узла отсечки с ДУЗ представлена на рисунке 4.7 [1].

1 - ДУЗ; 2 - пиродетонатор; 3 - раструб отсечки; 4, 6 - положение

детонатора при различной схеме задействования; 5 - основной ДУЗ;

7 - передающий ДУЗ

Рисунок 4.7 - Схема узла отсечки тяги с ДУЗ

В узлах отсечки тяги с механическим стопорением широко используют закладные стопорные элементы: кольца, сухари, пластины. Опорные поверхности стопорных элементов располагают под углом в диапазоне 30–45 градусов, чтобы при снятии блокировки вследствие действия внутрикамерного давления стопорные элементы автоматически выходили из зацепления с корпусом [1].

Для обнуления тяги при возникновении аварийной ситуации в полёте ракеты используют узлы аварийного выключения двигателя (АВД). Они устроены подобно узлам отсечки тяги, но имеют более простую конструкцию, так как требования к стойкости проточной части узла АВД к продуктам сгорания обычно не предъявляются, необходимо лишь обеспечить обратную тягу, большую чем основная. При необходимости узел АВД объединяют с системой увода ступени с траектории. Система увода может быть выполнена в виде отклоняющихся щитков, с помощью которых образуется составляющая обратной тяги, или с помощью периферийного расположения вскрываемого отверстия, в связи с чем при течении продуктов сгорания возникает момент относительно центра масс уводимой ступени [16].

ЗАРЯДЫ РДТТ

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: