РАКЕТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА Российский патент 2000 года по МПК F02K9/08 

Изобретение относится к ракетостроению и учитывает все возрастающие требования по повышению совершенства конструкций ракетных двигателей и надежности их работы.

Известна конструкция ракетного двигателя твердого топлива (1), состоящего из камеры сгорания с сопловым блоком, в критическом сечении раструба сопла которого установлен сопловой вкладыш с мембраной, перед ним пороховой заряд, воспламенитель на мембране.

Однако данная конструкция сопла ракетного двигателя применительно к двигателям цельномотанным из композиционного материала ненадежна из-за установки соплового вкладыша и мембраны в выступ несущего корпуса, т.к. композиционный материал отрицательно работает на срез, увеличение площади опоры выступа нецелесообразно из-за увеличения пассивного веса двигателя.

Известна конструкция ракетного двигателя твердого топлива (2), содержащего камеру сгорания, пороховой заряд, воспламенитель, сопловой блок, в раструбе которого установлен графитовый вкладыш с мембраной, отличающийся тем, что графитовый вкладыш размещен в стальной тонкостенной цилиндрической обойме с кольцевой отбортовкой по образующей, причем мембрана установлена в закритической зоне между торцем соплового вкладыша и кольцевой отбортовкой обоймы, при этом мембрана выполнена в виде узла, состоящего из объединенных между собой тонкостенного алюминиевого диска с кольцевой проточкой и эквидистантного проточке стального высокопрочного кольца, а стальное кольцо со стороны диска выполнено с кольцевыми концентрическими выступами и по внешнему диаметру завальцовано периферийной частью диска, при этом на диске со стороны соплового вкладыша выполнена колиброванная кольцевая канавка треугольного сечения.

Однако и данная конструкция соплового блока не надежна и имеет одинаковые с аналогом недостатки, применительно к двигателям из композиционного материала, кроме того, вклейку соплового вкладыша с обоймой производят через всю длину двигателя, что не технологично и не обеспечивает надежный контроль вклейки, а это приводят к прогару соплового блока как у аналога, так и у прототипа.

Задачей изобретения является повышение надежности ракетного двигателя за счет надежного крепления обоймы с сопловым вкладышем при одновременном обеспечении герметичности между обоймой и несущим корпусом соплового блока при работе двигателя из композиционного материала.

Это достигается тем, что в ракетном двигателе твердого топлива обойма выполнена со ступенчатым цилиндрическим хвостовиком, армированным по конусной части теплоэрозионной юбкой, профиль внутренней поверхности которой образует часть сверхзвукового выхода раструба, а наружная поверхность контактирует с посадочным местом соплового блока и образует с обоймой кольцевую канавку прямоугольного сечения, при этом в сопловом блоке выполнены сквозные диаметральные отверстия, в которых размещены стальные штифты упирающиеся в кольцевую канавку обоймы, причем обойма и штифты в сопловом блоке установлены на термостойком клее, а в сопловом блоке со стороны обоймы выполнена кольцевая проточка, в которой установлено уплотнительное кольцо.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что данная конструкция ракетного двигателя твердого топлива по отношению к аналогу и прототипу обеспечивает высокую надежность работы двигателя и исключает прогар соплового блока от воздействия истекающего потока пороховых газов при работы двигателя, применительно к двигателям из композиционных материалов.

На чертеже приведена предлагаемая конструкция ракетного двигателя твердого топлива, где:
1 - камера сгорания
2 - пороховой заряд
3 - воспламенитель
4 - сопловой блок
5 - сопловой вкладыш
6 - мембрана
7 - обойма
8 - цилиндрический хвостовик обоймы
9 - юбка
10 - штифты
11 - кольцевое уплотнение
12 - раструб соплового блока.

Сборка ракетного двигателя твердого топлива заключается в следующем. В кольцевую проточку соплового блока 4 устанавливают кольцевое уплотнение 11, сборку соплового вкладыша 5, мембраны 6 с обоймой 7 предварительно обезжирив ставят со стороны сопла на термостойком клее до упора в кольцевой бурт соплового блока 4 и фиксируют через сквозные диаметральные отверстия в сопловом блоке стальными штифтами 10, смешанными термостойким клеем, до упора в кольцевую канавку обоймы 7, образованную цилиндрическим хвостовиком обоймы 8 и юбкой 9, при этом для предотвращения газодинамических потерь сверхзвуковая часть облицовки раструба соплового блока 12 является продолжением сверхзвуковой части юбки 9. После полимеризации клея производят окончательную сборку ракетного двигателя, при этом в камеру сгорания 1 устанавливают пороховой заряд 2, а в крышку двигателя воспламенитель 3 и объединяют между собой - двигатель собран. Кольцевое уплотнение 11 предназначено для обеспечения герметичности соплового блока и предотвращения его прогара. Сопловой блок в ракетном двигателе является самым напряженным участком, подвергающимся интенсивному нагреву исходными пороховыми газами. Поэтому юбка изготовлена из теплоэрозионностойкого материала, а обойма в сборе вклеивается на термостойком клее, т.к. он не теряет своих свойств при нагреве и при горении только коксуется. Для надежного удерживания обоймы в сопловом блоке она фиксируется стальными штифтами с коэффициентом запаса прочности - 1,3, принятым в ракетостроении.

Работа ракетного двигателя твердого топлива осуществляется следующим образом. В двигателе при срабатывании воспламенителя происходит воспламенение порохового заряда, образовавшиеся пороховые газы создают определенное расчетное давление внутри камеры сгорания двигателя, обеспечивающее вскрытие мембраны.

Источники информации:
1. И. Х. Фахутдинов "Ракетные двигатели твердого топлива", стр. 4 - 5, рис. 1.1. Москва, "Машиностроение", 1981 г. - аналог.

2. Заявка России N 96119028/06 (025420) от 24.09.96 г. МПК⁶ 02К9/24, опубл. БИ N 34 (I часть) от 10.12.98 г. стр. 203 - прототип.

Двигатель предназначен для использования в ракетостроении. В ракетном двигателе твердого топлива обойма выполнена со ступенчатым цилиндрическим хвостовиком, армированным по конусной части теплоэрозионнo стойкой юбкой. Профиль внутренней поверхности юбки образует часть сверхзвукового выхода раструба, а наружная поверхность контактирует с посадочным местом соплового блока и образует с обоймой кольцевую канавку прямоугольного сечения. При этом в сопловом блоке выполнены сквозные диаметральные отверстия, в которых размещены стальные штифты, упирающиеся в кольцевую канавку обоймы, причем обойма и штифты в сопловом блоке установлены на термостойком клее, а в сопловом блоке со стороны обоймы выполнена кольцевая проточка, в которой установлено уплотнительное кольцо. Повышение надежности ракетного двигателя за счет надежного крепления обоймы с сопловым вкладышем при одновременном обеспечении герметичности между обоймой и несущим корпусом соплового блока, при работе двигателя из композиционного материала. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Ракетный двигатель твердого топлива, содержащий камеру сгорания, пороховой заряд, воспламенитель, сопловый блок, в раструбе которого установлен графитовый вкладыш с мембраной, размещенный в стальной тонкостенной цилиндрической обойме, отличающийся тем, что в нем обойма выполнена со ступенчатым цилиндроконическим хвостовиком, армированным по конической части теплоэрозионной юбкой, профиль внутренней поверхности которой образует часть сверхзвукового выхода раструба, а наружная поверхность контактирует с посадочным местом соплового блока и образует с обоймой кольцевую канавку прямоугольного сечения, при этом в сопловом блоке выполнены сквозные диаметральные отверстия, в которых размещены стальные штифты, упирающиеся в кольцевую канавку обоймы, причем обойма и штифты в сопловом блоке установлены на термостойком клее. 2. Ракетный двигатель твердого топлива по п.1, отличающийся тем, что в сопловом блоке со стороны обоймы выполнена кольцевая проточка, в которой установлено уплотнительное кольцо.