АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОГО УРОВНЯ И ТЕНДЕНЦИЙ РАЗВИТИЯ ТВЕРДОТОПЛИВНЫХ ДВИГАТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК

Твердотопливная разгонная двигательная установка предназначена для размещения внутри прямоточного воздушно-реактивного двигателя, и снабжена хвостовым обтюрирующим отсеком, имеющим диаметр, равный диаметру среза сопла прямоточного воздушно-реактивного двигателя. Корпус разгонной двигательной установки выполнен цилиндрическим с диаметром, меньшим или равным диаметру канала воздухозаборника. Хвостовой обтюрирующий отсек снабжен аэродинамической юбкой или кожухом, выполненным в виде плунжера, размещенного внутри камеры сгорания прямоточного воздушно-реактивного двигателя и перекрывающим сопло [3, с. 3].

Изобретение относится к ракетной технике и может быть использовано при создании разгонной двигательной установки (РДУ), обеспечивающей разгон летательного аппарата (ЛА), маршевым двигателем которого является прямоточный воздушно-реактивный двигатель (ПВРД), до скорости, обеспечивающей надежный запуск ПВРД.

Известно, что запуск ПВРД возможен только при сообщении начальной скорости снабженному ПВРД летательному аппарату. Поэтому такие ЛА снабжаются сбрасываемыми разгонными двигательными установками (РДУ). Например, в ракете "025" разработки 1953 года в качестве РДУ используется РДТТ [Карпенко А.В. Отечественные тактические ракетные комплексы. Приложение к военно-техническому сборнику "Невский бастион", выпуск 7. - СПб, 1999. С. 9-10]. Размещение данного РДТТ позади ракеты увеличивает ее габариты (ухудшая тем самым эксплуатационные характеристики, как самой ракеты, так и пусковой установки) и существенно увеличивает аэродинамическое сопротивление ракеты.

Для анализа технического уровня разработок в области создания РДУ изучена патентно-лицензионная ситуация в исследуемой области техники.

Изобретательская активность, показателем которой является количество полученных патентов, является следствием вложения финансовых средств в разработку и может свидетельствовать либо об устранении конкретных технических проблем, либо о появлении новых принципиальных решений. Для построения динамических кривых результаты патентных исследований по РФ были проанализированы все патенты за выбранный период времени (с 2010 по 2020). Такой подход позволяет облегчить сопоставительный анализ по исследуемым объектам, а также оценить перспективы развития каждого из направлений с упреждением во времени на 3–5 лет. За исследуемый период по объектам в РФ было получено 265 охранный документ и сделано публикаций по заявкам на изобретения, прошедших формальную экспертизу с положительным результатом, из них было выбрано 7 патентов, которые наиболее соответствовали теме патентных исследований.

Через поисковую базу данных «PATENTSCOPE» (позволяет ознакомиться с полным текстом международных заявок, поданных в соответствии с Договором о патентной кооперации (РСТ), с первого дня их публикации, а также с патентными документами национальных и региональных патентных ведомств государств-участников), проведен анализ самого встречающегося МПК в нашем патентном исследовании - №F02K 9/08. Найдено 53 охранных документов, относящихся к данному МПК.

 

Рисунок 1. График представления количества патентных документов по странам

 

 

Рисунок 2. График представления количества патентных документов по годам

Можно отметить, что с 2011 по 2012, с 2013 по 2014, с 2015 по 2017 , 2018 по 2019 идет увеличение количества выпускаемых патентов. Это может свидетельствовать о высоком финансировании разработок в указанный период, или о простоте решаемой технической задачи.

В 2016, 2017 произошел скачок – это может свидетельствовать об интересе разработчиков к данным техническим направлениям, и в разработке этого объекта максимум изобретательской активности пройден.

Затем, 2019 год – происходит резкий спад, значит, средства в проведение исследований и разработок этих объектов были урезаны.

Анализ выявленных технических решений в области создания амортизаторов.

Рассмотрим патенты РФ на изобретения и полезные модели сведения, о которых приведены ниже.

1. Патент РФ на изобретение № 2019102737, МПК F02К 9/28 , F02K 9/70, F02K 9/24.Ракетная двигательная установка с устройством диспергирования твёрдого топлива [1].
2. Патент РФ на изобретение № 2569539, МПК, F02K9/10. ТВЕРДОТОПЛИВНЫЙ РАКЕТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ [2].

Основные недостатки известных технических решений, приведенных выше.

1. Известна конструкция ракетной двигательной установки с устройством диспергирования твёрдого топлива. Недостатком пылеугольной горелки для использования ее в качестве ракетной двигательной установки является отсутствие конструктивно совмещенного с ней диспергирующего устройства для измельчения твердого топлива ракеты и для придания ему свойств сыпучести эквивалентного текучести жидкому ракетному топливу с целью использования его в жидкостных реактивных двигателях. А также отсутствие устройства (тракта), позволяющего подавать топливо в диспергирующее устройство с заданными динамическими параметрами [1].

2. Известна конструкция ТВЕРДОТОПЛИВНЫЙ РАКЕТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ. Недостатками являются: невысокий удельный импульс, относительные сложности с управлением тягой двигателя (дросселированием),  остановкой (отсечка тяги) и повторным запуском.

 По сравнению с ЖРД: больший уровень вибраций при работе, большое количество агрессивных веществ в выхлопе наиболее распространённых видов топлива с перхлоратом аммония[2].

Основные направления совершенствования известных технических решений.

1. Задачей изобретения является повышение стабильности горения твердого топлива и снижение требований к температурным и влажностным режимам хранения ракет, а также для придания твердотопливным ракетам возможности вращения двигательной установки относительно топливного ствола для обеспечения маневрирования [1].

2.Техническойзадачей настоящего изобретения является разработка твердотопливного ракетного двигателя с максимальным коэффициентом объемного заполнения и высоким значением массовой скорости горения [2].

Для достижения вышеуказанных технических задач и результатов, могут быть применены следующие технические решения:

1. Требуемый технический результат достигается тем, что в устройстве реализуется измельчение твердого топлива до состояния пылеобразной субстанции, которая может подаваться в камеру сгорания как жидкое топливо [1].

2. Технический результат изобретения достигается тем, что разработан твердотопливный ракетный двигатель, включающий камеру сгорания, пластинчатый заряд твердого топлива из сплошных и перфорированных дисков, боковая поверхность которого покрыта бронирующим покрытием, и сопло [2].

Вышеупомянутые технические решения позволяют обеспечить:

1. Позволяет обеспечить повышение стабильности горения твердого топлива и снижение требований к температурным и влажностным режимам хранения ракет, а также для придания твердотопливным ракетам возможности вращения двигательной установки относительно топливного ствола для обеспечения маневрирования [1].

2. Позволяют разработать твердотопливный ракетный двигатель с максимальным коэффициентом объемного заполнения и высоким значением массовой скорости горения ТРТ [2].

В результате проведенного патентного исследования (ПИ), были определены принципиально новые технологии, технологические и технические решения при разработке современных твердотопливных РДУ.

Проведенные патентные исследования позволили обосновать и разработать предложения по совершенствованию научно-технической, производственной продукции различны видов РДУ.

В процессе проведения работ по теме патентные исследования следует продолжить в направлении:

- отбор и изучение современных зарубежных патентов в области создания твердотопливных РДУ;

- отбор и изучение информации о Российских и зарубежных разработках в области производства и применения РДУ по публикациям в выставочных проектах и каталогах;

- поиск и изучение информации, появившейся в Интернете по вопросам создания и применения РДУ.

Стоит отметить, что наиболее перспективными техническими решениями, обладающими новизной по сравнению с РДУ. Принимая во внимание очевидный интерес к этому направлению исследований, можно сделать вывод о его актуальности и перспективности дальнейших исследований. А, следовательно, разработки, созданные при выполнении данной ПИ, могут быть предложены в качестве потенциальных охраноспособных, т.е. возможны оформление и подача в ФИПС заявок с целью получения патента на изобретение и (или) полезную модель и свидетельства о государственной регистрации программы ЭВМ.

При проведении патентных исследований был выявлен ряд организаций, имеющих патентные документы в области разработки, относящейся к исследуемому объекту.

На основании проведенных патентных исследований на первом этапе ПИ определены направления, области и объекты разработок, в которых целесообразно создание новых технических решений и в которых будет обеспечено достижение требуемого технического уровня.