Investigations of selected thermal characteristics concerning certain models of carbon hybrid nozzles for solid propellant missiles
 
More details
Hide details
 
Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management 2007;23(Zeszyt specjalny 1):189–197
 
KEYWORDS
ABSTRACT
There are presented test results on temperature distribution and its courses as a function of time on outer surfaces of bodies of nozzles models for small caliber solid propellant missiles. The models of the nozzles were made of polycrystalline graphite optionally saturated by pyrolytic carbon or the models of the nozzles so called 'hybrid nozzles' were consisted of polycrystalline graphite body saturated by pyrolytic carbon and high temperature resistant insert made of pyrographite. It was also determined degree of washing out (erosion) of the nozzles throats. The tests were conducted on static firing stand with usage of flow of hot gases of ca. 3000 K temperature, exhausted from the oxy-acetylene blow-pipe with velocity about 0.5 Mach. The gases in the form of flame flew into convergent cone of the tested model of graphite nozzle. Such configuration of the tested nozzle and acetylene-oxygen flame reflect in certain degree real conditions of action of gaseous high speed, hot combustion products on nozzle assembly of rocket motor during its operation. Test results point out to real possibility of application of above mentioned carbon materials in construction of small caliber missile propelled by solid propellant which time of burning is not longer than 10 seconds and which combustion products have temperature ca. 3000 K. This possibility of graphite materials usage in missile nozzles design should be confirmed by static firings of real rocket motors propelled by solid propellant charge and equipped with the nozzles built of polycrystalline graphite body saturated by pyrolytic carbon and pyrographite insert. In the scope of these static firings analogous temperature measurements will be done and measurements of erosion of the nozzles throats as well. Due to standard procedures dealing with static firings of rocket motors, there are recommended measurements of time profiles of rocket motor thrust and pressure in combustion chamber of the motor during its operation. These static firings of real missiles motors equipped with the graphite hybrid nozzles are planned to realize in the final stage of experimental tests due to a schedule of Scientific Project No. 0 T00 026 29 entitled 'Investigations of hybrid nozzles' granted to Military Institute of Armament Technology by Ministry of Science and High Education, and financed from financial means for science in the period from 2005 to 2007 year.
METADATA IN OTHER LANGUAGES:
Polish
Badanie wybranych, termicznych charakterystyk węglowych modeli dysz hybrydowych pocisków rakietowych na paliwo stałe
dysza hybrydowa, pocisk rakietowy, grafit polikrystaliczny, pirografit, temperatura, zewnętrzna powierzchnia dyszy, pomiar temperatury, termopara, kamera termowizyjna, erozja, przekrój krytyczny dyszy, badania stacjonarne spalaniem, palnik acetylenowo tlenowy
Przedstawiono wyniki badań rozkładu temperatur i ich przebieg w funkcji czasu na zewnętrznych powierzchniach korpusów modeli dysz pocisków rakietowych na paliwo stałe, zbudowanych z grafitu polikrystalicznego opcjonalnie nasycanego węglem pirolitycznym albo składających się z korpusu z grafitu polikrystalicznego nasycanego węglem pirolitycznym i żaroodpornej wkładki z pirografitu, czyli modeli tzw. 'dysz hybrydowych'. Określono także stopień zużycia (erozji) przekrojów krytycznych tych modeli. Badania przeprowadzono na stanowisku stacjonarnym z wykorzystaniem strumienia gorących gazów o temperaturze około 3000 K, wylatujących z dyszy palnika acetylenowo-tlenowego z prędkością około 0,5 Macha, dostarczanych do stożka wlotowego modelu dyszy grafitowej, co w określonym stopniu odpowiada rzeczywistym warunkom oddziaływania gazowych produktów spalania na zespół dyszowy silnika rakietowego podczas jego pracy. Pomiary temperatur wykonywano podczas ogrzewania dysz gazem z palnika oraz podczas ich stygnięcia, za pomocą termopar i kamery termowizyjnej, usytuowanych po przeciwnych stronach korpusu dysz, prostopadle do ich osi wzdłużnej i na wysokości kanału przelotowego o przekroju krytycznym. Wyniki badań wskazują na realną możliwość wykorzystania ww. rodzajów materiałów węglowych do budowy dysz małogabarytowych pocisków rakietowych na paliwo stałe, których układ napędowy pracuje do 10 sekund, wytwarzając gazowe produkty spalania o temperaturze około 3000 K. Powinny to potwierdzić badania stacjonarne spalaniem stałych ładunków napędowych w komorach spalania silników rakietowych, wyposażonych w dysze hybrydowe. W ramach tych badań zostaną wykonane analogiczne pomiary temperatur i erozji przekroju krytycznego dysz a także pomiary podstawowych charakterystyk roboczych silników rakietowych, czyli ciągu i ciśnienia produktów spalania w komorze spalania w funkcji czasu pracy silnika. Badania stacjonarne spalaniem silników rakietowych na paliwo stałe, wyposażonych w grafitowe dysze hybrydowe, stanowią ostatni etap badań eksperymentalnych Projektu Badawczego Nr 0 T00B 026 29 p.t. 'Badanie dysz hybrydowych', przyznanego Wojskowemu Instytutowi Technicznemu Uzbrojenia przez Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego, finansowanego ze środków na naukę w latach 2005-2007.
 
REFERENCES (6)
1.
Fachrutdinow I.H., Kotelnikow A.W., 1987 – Konstrukcja i projektirowanie rakietnych dwigatielej twiordowo topliwa. Moskwa, Izdatelstwo Maszinostrojenie, ZSRR.
 
2.
Orłow B.W., Mazing G.J., 1968 – Termodinamiczeskoje i balisticzeskoje osnowy projektirowania rakietnych dwigatielej na twiordom topliwie. Izdanie 2. Moskwa, Izdatelstwo Maszinostrojenie, ZSRR.
 
3.
Pierson H.O., 1993 – Handbook of carbon, graphite, diamond and fullerenes. Properties, processing and applications. New Jersey, Noyes Publications, USA.
 
4.
Rogalin M.I., Czałyk E.F., 1974 – Sprawocznik po uglegrafitowym materiałam, Leningrad, Izdatelstwo Chimia, ZSRR.
 
5.
Sutton G.S., Biblarz O., 2001 – Rocket propulsion elements, 7th Edition, New York, Chichester, Weinheim, Brisbane, Singapore, Toronto, John Wiley and Sons Inc.
 
6.
FR/GE/UK/US International Test Operations Procedure – ITOP 5-2-500; Static firing tests of solid propellant rocket motors; 2000, 2nd Edition, US Army Developmental Test Command, Aberdeen Proving Ground, MD – 21005-50, USA.
 
eISSN:2299-2324
ISSN:0860-0953