ПРИВОД ДВУХПОЗИЦИОННОГО СОПЛА РЕАКТИВНОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 1997 года по МПК F02K9/12 

Изобретение относится к области ракетной техники, в частности к приводам сопловых блоков ракетных двигателей с изменяемым критическим сечением.

Известна конструкция двухпозиционного соплового блока ракетного двигателя, который состоит из стационарного сопла, подвижного соплового вкладыша, расположенного в предсопловом объеме камеры сгорания, и механизма его привода. Такие сопловые блоки используются в ракетных двигателях, оснащенных твердотопливными генераторами с двумя последовательными режимами работы максимальной и номинальной выработки рабочего тела.

При переходе газогенератора с режима максимальной выработки рабочего тела на номинальный привод обеспечивает перемещение соплового вкладыша по команде системы управления. Перемещаясь, подвижный вкладыш садится на поверхность сужающейся части стационарного сопла, образуя новое критическое сечение (1).

Недостатком такой конструкции привода является то, что он обеспечивает однократное перемещение соплового вкладыша, а следовательно, однократное изменение площади критического сечения сопла, которая определяет расход рабочего тела.

Известна конструкция регулируемого соплового блока, позволяющая осуществить многократное изменение площади критического сечения сопла за счет оснащения регулирующего органа подвижного соплового вкладыша - электроприводом (2).

Недостатком такой конструкции является то, что применение электропривода требует дополнительных энергетических затрат, а сама конструкция как исполнительное устройство системы управления является инерционной.

Наиболее близким к изобретению является привод сопла для двухступенчатого регулирования давления в РДТТ, содержащий регулирующий орган, шток, соединенный с регулирующим органом и выходящий (со скольжением) в цилиндрическую полость, выполненную в стационарной части сопла. Шток удерживается в заданном положении с помощью шариковых стопоров кольцом-фиксатором, выполняющим одновременно функцию поршня и имеющим каналы. Цилиндрическая полость в стационарном сопле закрыта резьбовой пробкой, имеющей каналы, которые сообщены с камерой сгорания. Между кольцом-фиксатором и резьбовой пробкой размещена пружина, находящаяся в сжатом состоянии. Суммарное проходное сечение каналов, выполненных в резьбовой пробке, значительно больше, чем проходное сечение каналов, выполненных в кольце-фиксаторе (3).

Описанный привод обеспечивает только однократное перемещение регулирующего органа, укрепленного на штоке, а следовательно, однократное изменение площади критического сечения сопла при изменении режима работы газогенератора. Однако в процессе работы двигателя возникает необходимость автономного перемещения регулируемого органа при переходе двигателя с маршевого режима работы на форсажный и обратно, что в прототипе не достигается.

Кроме того, шток не связан жестко со стационарной частью сопла, что создает возможность возникновения автоколебаний на переходных режимах работы двигателя, а также при случайных возмущениях на стационарных режимах его работы.

Задача изобретения состояла в разработке привода двухпозиционного сопла реактивного двигателя, обеспечивающего автономное перемещение регулирующего органа при изменении режима работы газогенератора, а также исключения автоколебаний.

Поставленная задача решается тем, что в известном приводе двухпозиционного сопла реактивного двигателя, содержащем регулирующий орган, шток, соединенный с регулирующим органом и снабженный подпружиненным фиксатором, поршень с каналами, взаимодействующий со штоком и размещенный в цилиндрической полости, выполненной в стационарной части сопла, и резьбовую пробку, установленную в цилиндрической полости и снабженную каналами, сообщенными с камерой сгорания, при этом суммарное проходное сечение каналов резьбовой пробки значительно больше суммарного проходного сечения каналов поршня. Согласно изобретению, шток выполнен полым, подпружинен относительно стационарной части сопла и снабжен ограничителем хода, фиксатор размещен в полости штока с возможностью взаимодействия с фиксирующими отверстиями, выполненными в штоке, и снабжен отстреливающейся головкой с пирозамедлителем, а поршень соединен с дополнительным штоком, на котором установлен кулачок с возможностью взаимодействия с фиксатором и профилированной полостью, расположенной внутри полого штока.

Выполнение штока полым позволяет разместить часть элементов привода внутри штока.

Выполнение штока подпружиненным относительно стационарной части сопла обеспечивает возврат полого штока в первоначальное (переднее) положение на маршевом режиме работы двигателя, а снабжение штока ограничителем хода обеспечивает останов полого штока в заданном (заднем) положении на форсажном режиме работы двигателя.

Размещение фиксатора в полости штока с возможностью взаимодействия с фиксирующими отверстиями, выполненными в штоке, а также соединение поршня с дополнительным штоком, на котором установлен кулачок с возможностью взаимодействия с фиксатором и профилированной полостью, расположенной внутри полого штока, позволяет стопорить полый шток в переднем и заднем положениях на соответствующих режимах работы реактивного двигателя.

Снабжение фиксатора отстреливающейся головкой с пирозамедлителем позволяет освободить фиксатор и привести привод в рабочее состояние в момент выравнивания давления в камере сгорания двигателя и цилиндрической полости в соответствии с временем горения пирозамедлителя.

Таким образом, привод обеспечивает автономное перемещение регулирующего органа при переходе двигателя с маршевого на форсажный режим работы и обратно.

Наряду с этим формирование жесткой конструкции "стационарная часть сопла полый шток" исключает возможность возникнования автоколебаний на переходных режимах работы двигателя, а также при случайных возмущениях на стационарных режимах его работы.

На фиг. 1 изображен заявляемый привод (разрез по главной оси симметрии)
на маршевом режиме работы двигателя; на фиг. 2 то же, на форсажном режиме работы двигателя.

Привод содержит корпус 1, жестко установленный в стационарной части сопла. В корпусе 1 выполнена цилиндрическая полость 2, в которой установлен поршень 3, имеющий каналы 4. Цилиндрическая полость 2 закрыта резьбовой пробкой 5, имеющей каналы 6, сообщенные с камерой сгорания. Суммарное проходное сечение каналов 6 значительно больше суммарного проходного сечения каналов 4.

Привод также содержит полый шток 7, установленный в кольцевом пазу 8, выполненном в корпусе 1, и регулирующий орган 9 произвольной формы (например, грушевидной), закрепленный на резьбовой части штока 7 и размещенный в расширяющейся части сопла.

В штоке 7 выполнена перемычка 10 с центральным отверстием 11. В полости штока 7 между перемычкой 10 и регулирующим органом 9 размещен болт 12, проходящий через отверстие 11 и закрепленный резьбовой частью в корпусе 1. Между перемычкой 10 и головкой болта 12 установлена пружина 13, находящаяся в разжатом состоянии.

Шток 7 снабжен ограничителем хода, включающим закрепленный на штоке 7 ведущий штифт 14, размещенный в П-образном пазу 15, выполненном в корпусе 1, и упор 16.

В корпусе 1 выполнена профилированная полость 17 квадратного сечения, отделенная от цилиндрической полости 2 резьбовой пробкой 18, имеющей центральное отверстие 19 с герметизирующим уплотнением 20.

Поршень 3 соединен с дополнительным штоком 21, проходящим через отверстие 19 с герметизирующим уплотнением 20. На штоке 21 установлен кулачок 22.

В полости штока 7 размещен фиксатор 23, установленный в глухом отверстии 24, выполненном в корпусе 1. Между фиксатором 23 и дном глухого отверстия 24 установлена пружина 25. Фиксатор 23 имеет профилированное отверстие 26, в которое входит конец штока 21. В штоке 7 выполнены фиксирующие отверстия 27, в одном из которых установлен конец фиксатора 23 в зависимости от режима работы двигателя.

Фиксатор 23 снабжен отстреливающейся головкой 28 с пирозамедлителем 29.

Работа привода осуществляется следующим образом.

При пуске двигателя продукты сгорания топлива воспламеняют пирозамедлитель 29, время горения которого соответствует времени выравнивания давления в камере сгорания двигателя и цилиндрической полости 2. По истечении этого времени отстреливается головка 28 фиксатора и привод переходит в рабочее состояние.

При работе двигателя на маршевом режиме тяги поршень 3 находится в переднем положении. При переходе двигателя на форсажный режим работы (режим коррекции) в камере сгорания повышается давление, которое, воздействуя на поршень 3, перемещает его. Перемещаясь, поршень 3 увлекает шток 21, который кулачком 22 поднимает фиксатор 23. Фиксатор 23 выходит из фиксирующего отверстия 27, освобождая полый шток 7.

Поток массы продуктов сгорания, образуемых на форсажном режиме работы двигателя, воздействуя на регулирующий орган 9, сжимает пружину 13. Поршень 3, продолжая движение, перемещает шток 21 с кулачком 22. Кулачок 22 выходит из взаимодействия с фиксатором 23, подготавливая его к стопорению полого штока 7 через фиксирующее отверстие 27.

Ограничитель хода обеспечивает останов полого штока 7 в момент совмещения фиксатора 23 с фиксирующим отверстием 27. Фиксатор 23 входит в фиксирующее отверстие 27, обеспечивая формирование жесткой конструкции "корпус привода полый шток" в заданном положении штока 7.

Продолжая движение, шток 21 упирается в заданную стенку профилированной полости 17 и останавливает поршень 3 в заднем положении, так что между поршнем 3 и резьбовой пробкой 18 формируется запоршневая газовая емкость.

При работе двигателя на форсажном режиме давление в запоршневой газовой емкости и в камере сгорания выравнивается.

При переходе двигателя на маршевой режим работы давление в камере сгорания уменьшается, одновременно с этим уменьшается давление перед поршнем 3, а падение давления в запоршневой газовой емкости запаздывает из-за относительно малого проходного сечения каналов 4. В результате этого на поршень 3 начинает действовать сила, перемещающая его в переднее положение. Перемещаясь, поршень 3 увлекает за собой шток 21, который кулачком 22 выводит фиксатор 23 из взаимодействия с фиксирующим отверстием 27 полого штока 7. Полый шток 7 расстопоривается.

Воздействие на регулирующий орган 9 потока массы продуктов сгорания, образуемых на маршевом режиме работы двигателя, уменьшается. Пружина 13, разжимаясь, возвращает полый шток 7 в переднее положение. Продолжая движение, поршень 3 выводит кулачок 22 из взаимодействия с фиксатором 23, подготавливая его к стопорению полого штока 7 в переднем положении.

При совмещении фиксатора 23 с фиксирующим отверстием 27 фиксатор входит в него, обеспечивая формирование жесткой конструкции "корпус привода полый шток" в переднем положении штока 7.

При работе двигателя на маршевом режиме давление в камере сгорания и запоршневой газовой емкости выравнивается. Привод готов к отработке очередного цикла.

Использование: ракетная техника. Сущность изобретения: в корпусе 1 привода расположены устройства пневмоавтоматики, обеспечивающие стопорение и расстопорение подвижного полого штока 7 с регулирующим органом 9. Перемещение штока 7 осуществляется за счет действия силы аэродинамического сопротивления на регулирующий орган 9 при повышении давления в камере сгорания (форсажный режим) и силы упругости возвратной пружины 13 при снижении давления в камере сгорания (маршевый режим). 2 ил.

Привод двухпозиционного сопла реактивного двигателя, содержащий регулирующий орган, шток, соединенный с регулирующим органом и снабженный подпружиненным фиксатором, поршень с каналами, взаимодействующий со штоком и размещенный в цилиндрической полости, выполненной в стационарной части сопла, и резьбовую пробку, установленную в цилиндрической полости и снабженную каналами, сообщенными с камерой сгорания, при этом суммарное проходное сечение каналов резьбовой пробки значительно больше суммарного проходного сечения каналов поршня, отличающийся тем, что шток выполнен полым, подпружинен относительно стационарной части сопла и снабжен ограничителем хода, фиксатор размещен в полости штока с возможностью взаимодействия с фиксирующими отверстиями, выполненными в штоке, и снабжен отстреливающейся головкой с пирозамедлителем, а поршень соединен с дополнительным штоком, на котором установлен кулачок с возможностью взаимодействия с фиксатором и профилированной полостью, расположенной внутри полого штока.