УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТСЕЧКИ ТЯГИ РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 1997 года по МПК F02K9/92 

Изобретение относится к конструкции ракетных двигателей и предназначено для исследования горения, регулирования тяги и сброса давления в аварийной ситуации.

Близким к предлагаемому является устройство, в котором используются упругие деформируемые элементы, поглощающие кинетическую энергию отделяемого соплового блока [1]
В этой конструкции применен принцип волочения болта через фильеру, требующий жестких допусков как на болт, так и на фильеру, а также высокой чистоты поверхностей. Отсюда следует, что для изготовления этого устройства требуется сложное оборудование и сложная технология (специальные станки для изготовления фильеры, специальные материалы и инструменты).

К недостаткам таких соединений относятся также:
трудоемкость контроля степени их надежности в процессе сборки;
повышенная точность посадочных мест;
посадка с натягом, приводящая к резкому снижению усталостной прочности валов из-за концентрации напряжений;
повреждение сопрягаемых поверхностей при распрессовке, вследствие чего снижается надежность соединений при повторном волочении этих же деталей.

Применение в этом устройстве пироболтов усложняет конструкцию, снижает надежность устройства из-за необходимости подачи сигнала на подрыв пироболтов, в которых применяется взрывчатое вещество. Применение взрывчатого вещества снижает безопасность эксплуатации, а в случае отказа срабатывания пироболтов изделие разрушается.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство, содержащее установленную на сопловом блоке обойму, перекрывающую в корпусе соплового блока окна и зафиксированную относительно него срезными элементами [2]
Обойма и корпус устройства образуют цилиндр с поршнем. Полость цилиндра сообщается с камерой сгорания при помощи отверстий.

При превышении заданного давления появляется усилие, срезающее крепежные элементы обоймы, и в результате отхода обоймы камера сгорания сообщается через освобожденные окна с атмосферой, давление в камере сгорания сбрасывается.

Однако это устройство имеет ряд недостатков:
большая вероятность засорения отверстий продуктами сгорания в процессе заполнения полости цилиндра; даже частичное засорение отверстий ведет вследствие дросселирования поступающего в полость цилиндра газа к запаздыванию по времени нарастания давления в цилиндре по сравнению с нарастанием давления в камере сгорания, что делает устройство неэффективным;
большее количество уплотняющих цилиндр подвижных соединений, работающих при высокой температуре снижает надежность устройства;
устройство не обеспечивает безударной его работы;
в результате реактивной силы амортизатора в конце хода обоймы возможен отход обоймы в первоначальное положение, в результате чего перепускные окна перекроются полностью или частично, так как обойма не фиксируется относительно корпуса изделия;
при срабатывании устройства полость цилиндра заполняется газом высокой температуры, что выводит устройство из строя;
конструкция устройства увеличивает габариты двигателя.

Целью изобретения является повышение надежности конструкции, обеспечение плавного безударного торможения обоймы по заранее заданному закону торможения с фиксацией обоймы в конце хода относительно корпуса устройства.

Это достигается заходным конусом, выполненным на фланце обоймы путем формирования из материала конструкции клина, обеспечивающего самоторможение обоймы. Клин и кольца имеют ряд конструктивных особенностей, которые поясняются ниже.

На фиг. 1 изображено устройство до срабатывания, продольный разрез; на фиг. 2 устройство после срабатывания до формирования клина, продольный разрез; на фиг. 3 устройство после срабатывания в момент формирования клина, продольный разрез; на фиг. 4 устройство после срабатывания (обойма заторможена относительно корпуса), продольный разрез; на фиг. 5 вариант разрезного клина.

Устройство отсечки тяги состоит из корпуса 1 навернутого на корпус изделия "К" и фиксирующего распорные втулки 2 и 3 кольца 5, колец 4, 8, 9, 10 и 11, выступающих внутрь корпуса 1. К корпусу изделия "К" крепится при помощи разрывных шпилек 6 и гаек 13 обойма 7. Уплотнение между корпусом "К" и обоймой 7 осуществляется при помощи уплотнительных колец 14.

Фланец обоймы 7 имеет заходной центрирующий конус. Угол скоса фланца α выбирается таким, чтобы тангенс угла a был не более коэффициента трения.

Кольца 4, 8, 9, 10 и 11 имеют скосы (фаски), снятые под углом и выступающие внутрь корпуса 1 под поверхностью втулки 3. Кольца разъединены друг от друга на расстоянии D таким образом, что образуют разрезной в поперечном сечении круговой клин.

Величина пакета колец H, толщина самих колец h и материал выбираются из условия безударной работы деформации колец при формировании кольцевого клина 16 (фиг. 4). Вариант кругового разрезного клина, щели которого расположены по радиусу вдоль клина 16, изображен на фиг. 5. Количество щелей, их ширина, как и материал клина выбираются из условий безударной работы устройства в момент сочленения фланца обоймы 7 с клином 12.

Устройство работает следующим образом.

При превышении номинального давления в камере сгорания разрывные болты 6 рвутся, что дает возможность отхода обоймы 7 от корпуса. В процессе отхода обоймы фланец обоймы, имеющий угол скоса, деформирует выступающие внутрь корпуса 1 кольца 11, 10, 9, 8 и 4, образуя самотормозящий клин 16. Возникающее трение между клином 16 и распорной втулкой 3 плавно тормозит обойму 7 и фиксирует ее в конце хода.

Фиксирование происходит за счет самотормозящего эффекта трущейся пары: клин 16 распорная втулка 3. Условия торможения: tgα ≅ f где f коэффициент трения.

Зная силу, разгоняющую обойму 7, путь разгона S_p и считая разгон обоймы равноускоренным, легко найти кинетическую энергию обоймы в конце разгона.

Разгоняющая сила определяется давлением в камере сгорания и конструкцией предохранительного устройства. Задавая путь торможения S_т, зная коэффициент трения трущейся пары, задаваясь углом клина α и исходя из условий равновесия сил на клине, по известным формулам механики устанавливаем зависимость между силами разгона и торможения обоймы, т.е. закон торможения обоймы.

Фиксация обоймы в конце пути торможения исключает нежелательные динамические нагрузки на изделие, которые возникли бы в случае отсутствия фиксации обоймы 7 относительно корпуса 1.

Использование: в ракетных двигателях в камерах сгорания. Сущность изобретения: устройство содержит обойму, установленную на сопловом блоке, зафиксированную относительно корпуса крепежными элементами. Фланец обоймы имеет заходной конус, обеспечивающий центрирование обоймы относительно корпуса соплового блока. Конус формирует в процессе отсечки тяги из выступающего внутрь корпуса пакета колец круговой клин, образующий вместе с корпусом самотормозящую кинематическую пару. Кольца имеют разные высоты выступания, равномерно увеличивающиеся по ходу движения обоймы. 5 ил.

Устройство для отсечки тяги ракетного двигателя, содержащее установленную на сопловом блоке обойму, перекрывающую выполненные в корпусе соплового блока окна и зафиксированную относительно него крепежными элементами, отличающееся тем, что фланец обоймы имеет заходной обеспечивающий центрирование обоймы относительно корпуса соплового блока конус, который формирует в процессе отсечки тяги из выступающего внутрь корпуса пакета колец круговой разрезной клин, образующий вместе с корпусом самотормозящую кинематическую пару, причем выступающие внутрь корпуса кольца имеют разные высоты выступания, равномерно увеличивающиеся по ходу движения обоймы, расстояние между кольцами зафиксированы шайбами, а на каждом из выступающих внутрь корпуса колец имеются скосы, обращенные с сторону центрирующего конуса обоймы, поверхности которых эквидистантны, а крепежные элементы выполнены в виде разрывных шпилек.