Пиротехнические зажигательные устройства благодаря их простоте и пригодности для любой конструкции используются для зажигания топлива в камерах сгорания ЖРД с момента зарожде­ния ракетной техники до настоящих дней. Часть двигателей или систем каждой космической ракеты, запущенной до сего времени, обязательно имела пиротехнические зажигательные устройства.

Типичное пиротехническое зажигательное устройство имеет вид прессованного столбика из тонкого порошка металла (обычно бора, алюминия, магния, а также смеси этих или подобных им металлов), окислителя типа перхлората калия и связую­щих. Пиротехнический состав обычно воспламеняется электро­запалом. При горении пиротехнической смеси образуются нагре­тые раскаленные частицы и высокотемпературные газы, которые воспламеняют жидкие топлива. На фиг. 2.5 показаны конструк­ции пиротехнических зажигательных устройств для газогенера­тора и камеры сгорания жидкостного ракетного двигателя.

Первые конструкции зажигательных устройств для ЖРД обычно монтировались на довольно примитивных деревянных опорах и вставках. Пламя от зажигательного устройства направ­лялось к плоскости форсуночной головки, и после начала работы двигателя газообразные продукты сгорапия выбрасывали само устройство, электрические провода и крепежные элементы. Такое зажигательное устройство было пригодным для камер сгорания с прочными стенками, которые не получали заметных повреждений от выбрасываемых осколков. При появлении легких трубчатых камер сгорания возникла потребность в предохране­ния их стенок от разрушения или деформации остатками зажи­гательного устройства.

Желательно, чтобы пламя от зажигательного устройства покрывало почти вето плоскость форсуночной головки. Этому требованию удовлетворяют конструкции зажигательных устройс 1в,

Пиропатрон

Б

Ф п 1. 2.5. Пиротехнические заллнательные >стропства для газон1- нератора и камеры сгорания жидкостного ракетного двигателя.

А — зажигательное устройство для газогенератора; б — зажигательное устройство для ьаыеры сгорания ЖРЦ.

Которые создают пламя в виде плоского диска, параллельное пло­скости форсуночной головки и покрывающее значительную ее часть. В первых; двигателях; ракеты «Редстоун» иногда использо­вались пиротехнические зажигательные устройства, укрепленные в четырех ножках вертушки, имеющей конфигурацию свастики. При срабатывании устройств создавался вращательный эффект, который обеспечивал образование фронта пламени в 360°. Другой особенностью этой конструкции было использование системы контроля зажигания по разрыву провода, который происходил после нескольких оборотов вертушки. Одной из трудностей, свя­занных с использованием вертушек, является необходимость одновременного воспламенения всех пиротехнических элементов для поддержания пламени при заданной скорости вращения в пло­скости, перпендикулярной оси вращения вертушки и параллель­ной плоскости форсуночной головки.

Необходимость создания плоских симметрично распределен­ных по плоскости форсуночной головки очагов пламени привела к разработке парных и групповых зажигательных устройств, заключенных в один корпус. Эти устройства создавали очаги пламеии, перекрывающие друг друга, обеспечивая распростра­нение пламени но всей поверхности форсуночной головки. Неко­торые типы зажигательных устройств состояли из двух элементов, направлявших форс пламени навстречу друг другу с обра­зованием широкого отраженного фронта пламени. Усовершен­ствованный вариант этой конструкции зажигательного устрой­ства успешно использовался в ранних модификациях двигатель­ных установок ракет «Тор», «Юпитер», «Атлас» и «Сатурн». Это зажигательное устройство с радиальным форсом иламени (ПОИ) имеет два противолежащих пиротехнических элемента, при горе­нии которых образуются потоки газов, направленные навстречу друг другу. В результате получается круглый плоский фронт пла­мени. На фиг. 2.5,6 показано поперечное сечение такого зажигатель­ного устройства. Следует отметить, что в данной конструкции имеется 4 электрозапала для воспламенения пиротехнической смеси: один является основным, а остальные три обеспечивают надежность воспламенения. Другая особенность этого устрой­ства — применение мембраны из фольги, которая обеспечивает герметизацию, а также служит в качестве элемента системы кон­троля зажигания. При срабатывании только электрозапалов давления образующихся газов недостаточно для прорыва мем­браны, имеющей электрическую связь. При воспламенении пиротехнических элементов образующиеся газы и пламя разру­шают фольгу, обеспечивая очаг пламени для воспламенения топ­лива и подачу сигнала о завершении фазы зажигания. Элементы, названные на фигуре пиропатронами, представляют собой стол­бики пиротехнической смеси. Следует отметить, что эти элементы горят навстречу друг другу. Результирующее кольцевое пламя параллельно плоскости форсуночной головки (его ось совпадает с осью зажигательного устройства). Зажигательное устройство ввертывается в форсуночную головку, что исключает потреб­ность в дополнительных опорных или переходных элементах. Зажигательное устройство связано с источником питания легкой электропроводкой, проходящей через сопло камеры сгорания. При запуске двигателя электрические провода выбрасываются, а остальная часть устройства сгорает без образования опасных осколков. Время работы зажигательного устройства составляет около 4 сек в условиях запуска на уровне моря. Чтобы обеспечить воспламенение в случае затяжного запуска, на зажигательное устройство подается сигнал приблизительно за х!% сек до подачи топлива (зажигательное устройство для газогенератора, изобра­женное на фиг. 2.5,а создает осевое пламя, которое распростра­няется по плоскости форсуночной головки газогенератора).

Конструкция пиротехнического зажигательного устройства должна по возможности отвечать следующим основным требова­ниям:

1. Высокая эффективность воспламенения. Обеспечивается соответствующим выбором формы пламени, его температуры, соста­ва продуктов сгорания (в частности, раскаленных частиц) и про­должительностью действия.

2. Герметичность. Зажигательное устройство должно быть герметичным для обеспечения длительного хранения как в склад­ских, так и полевых условиях.

3. Прочность конструкции. В вынесенных за пределы камеры сгорания зажигательных устройствах не должно быть утечки газов из устройства или из камеры сгорания через это устройство во время их работы. Для этого следует пропустить все электриче­ские выводы через термостойкие уплотнения из стекла и металла или керамики и металла. Конструкция зажигательного устройства и монтажных узлов должна быть такова, чтобы свести к минимуму образование осколков, которые могут повредить элементы дви­гателя.

4. Безопасность. Зажигательное устройство должно быть безопасным в обращении, транспортировке, монтаже, использова­нии и демонтаже в любых неблагоприятных условиях эксплуа­тации.

5. Надежность. Надежность зажигательного устройства должна устанавливаться и подтверждаться жестким статистическим контролем качества и проверкой по выборочным партиям.

Преимущества пиротехнических зажигательных устройств обусловлены возможностью их использования в жидкостных ракетных двигателях в разных условиях. Эти устройства обеспе­чивают высокие энергетические характеристики и, следовательно, служат хорошим источником воспламенения; они могут работать в широком диапазоне параметров окружающей среды и использо­ваться для большинства сочетаний компонентов топлива. Кроме того, устройства этого типа относительно дешевы, сохраняют рабо­тоспособность в течение длительного срока хранения в складских и полевых условиях и срабатывают от обычных источников энер­гии. К недостаткам пиротехнических зажигательных устройств относится потребность в довольно сложных механизмах для обеспечения повторного запуска. Кроме того, для крупных фор­суночных головок могут понадобиться многоэлементные пиротех­нические устройства, обеспечивающие распространение пламени

По всей поверхности форсуночной головки. При низких темпера­турах (в случае использования криогенных топлив) может про­изойти недопустимое отклонение параметров зажигания пиротех­нических устройств с электрозапалом и их рабочих харак­теристик.