ЖИДКОСТНЫЙ РАКЕТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ С ДОЖИГАНИЕМ Российский патент 2000 года по МПК F02K9/66 

Изобретение относится к области однокамерных жидкостных ракетных двигателей (ЖРД) с дожиганием генераторного газа, изменяемого вектора тяги за счет качания камеры сгорания.

Известны однокамерные ЖРД с управлением вектора тяги. Такие двигатели имеют карданный подвес, расположенный над головкой камеры сгорания, на ее днище. Камера имеет возможность поворота во всех направлениях, что обеспечивается наличием двух рулевых приводов, расположенных во взаимно перпендикулярных плоскостях. Каждый рулевой привод состоит из силового цилиндра и тяг, закрепленных на двух парах кронштейнов. При этом одна пара кронштейнов установлена на силовом каркасе ракеты, а вторая - на головке камеры сгорания, или на корпусе камеры сгорания в районе критического сечения (см. книгу под редакцией Г.Г. Гахуна "Конструирование и проектирование ЖРД", М, Машиностроение, 1989 г., стр. 61, 62 и 375 и книгу авторов Dieter K.Huzel, David H. Huang "Design of Liquid Propellant Kocket Engines" Вашингтон, НАСА, 1967, глава V, стр. 277, фиг. 7 - 13).

Установка силовых кронштейнов на высокотемпературных деталях, подверженных большим внутренним давлениям, может быть причиной больших недопустимых концентраций напряжений. Это требует соответствующих конструктивных мероприятий в виде дополнительных ужесточающих колец, ребер жесткости и т.п., установленных на паяной оболочке камеры сгорания.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в увеличении надежности работы двигателя и унификации камеры сгорания для двигателей с качанием камеры и без качания.

Поставленная задача решается тем, что в известном однокамерном ЖРД газовод камеры сгорания расположен внутри подвижного опорного конуса, снабженного отверстием для прохода газовода и силовым фланцем, состыкованным с опорными элементами головки камеры, а кронштейны для подсоединения тяг рулевых приводов установлены в плоскостях качания на наружной поверхности подвижного опорного конуса.

Стыковка подвижного опорного конуса по его фланцу с холодными опорными элементами головки камеры сгорания позволяет избежать нагрева опорного конуса и элементов карданного шарового подвеса. Размещение газовода внутри опорного конуса дает уменьшение длинного габарита двигателя, а установка кронштейнов рулевых приводов на опорном конусе приводит к уменьшению длин ходов силовых цилиндров рулевых приводов. Уменьшение упомянутых длин позволяет уменьшить массу двигателя. Наличие отъемного от камеры сгорания опорного подвижного конуса позволяет использовать одну и ту же камеру сгорания в виде модуля, как на однокамерном ЖРД с изменением вектора тяги, так и на многокамерных ЖРД с неподвижными, некачающимися камерами сгорания (т.е. унифицировать камеру).

Настоящее изобретение описано более полно при помощи нижеследующих чертежей.

На фиг. 1 представлен схематически общий вид однокамерного ЖРД с дожиганием генераторного газа изменяемого вектора, тяги; на фиг. 2 - разрез по А-А на фиг. 1.

ЖРД с дожиганием генераторного газа содержит камеру сгорания 1, установленную с возможностью качания на карданном шаровом подвесе 2. Карданный подвес расположен между неподвижной опорной частью 3 и полным подвижным опорным конусом 4, причем конус 3 закреплен на силовом каркасе 5 ракеты, конус 4 скреплен с камерой сгорания 1. Камера сгорания снабжена форсуночной головкой 6 с газоводом 7 и конусом 8. Корпус головки выполнен с опорными элементами 9. Газовод 7 расположен внутри полого конуса 4 и пропущен наружу через отверстие 10, выполненное в стенке опорного конуса. Опорные элементы 9 состыкованы, например, с помощью болтов с силовым фланцем 11 конуса 4. К газоводу 7 через фланцевое соединение 12 подвешен турбонасосный агрегат 13 с газогенератором 14. Двигатель снабжен системой рулевых приводов качания двигателя. Система включает два привода 15 и 16, расположенных в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Каждый привод включает силовой цилиндр 17 и тягу 18, причем привод 15 прикреплен с одного конца к силовому каркасу 5, а с другого через стержневой кронштейн 19 к кронштейнам 20 и 21, установленным на наружной поверхности подвижного конуса 4. Привод 16 с одного конца также прикреплен к силовому каркасу 5, а с другого - к кронштейну 22, расположенному на конусе 4.

При необходимости изменения вектора тяги в соответствующий силовой цилиндр 17 подается под давлением рабочая среда. Силы, образуемые силовыми цилиндрами, обеспечивают перемещение тяг и создают крутящие моменты, и камера сгорания 1 вместе с подвижным опорным конусом поворачивается относительно центра карданного шарового подвеса. При этом сила тяги, образуемая камерой сгорания, через опорные элементы 9 передается на подвижный опорный конус 4 и затем через карданный подвес 2 и неподвижную опорную часть 3 на силовой каркас 5 ракеты.

Стыковка подвижного опорного конуса с камерой сгорания по холодным охлаждаемым одним из рабочих компонентов топлива опорным элементам позволяет обеспечить надежность работы конструкции без разрушения места закрепления опорного конуса. Размещение высоконагретого газовода 7 внутри опорного конуса 4 приводит к уменьшению длинного габарита камеры сгорания. Размещение кронштейнов крепления 20, 21, 22 на холодном опорном конусе 4 позволяет избежать местные нагружения на паяные высокотемпературные оболочки камеры сгорания и тем самым, повысить надежность работы камеры. Кроме того, более высокое расположение нижних кронштейнов рулевых приводов приводит к уменьшению длин рулевых приводов и общих габаритов двигателя. Наличие съемного с камеры сгорания подвижного опорного конуса позволяет также использовать камеру сгорания, как отдельный модуль для однокамерного ЖРД изменяемого вектора тяги, так и в многокамерных ЖРД с неподвижными камерами сгорания, т. е. унифицировать камеры сгорания для ЖРД различных типов.

Жидкостный ракетный двигатель с дожиганием содержит камеру сгорания с газоводом и опорными элементами на корпусе головки камеры, карданный шаровой подвес, содержащий систему рулевых приводов качания двигателя с тягами, силовыми цилиндрами и кронштейнами для тяг. Карданный шаровой подвес снабжен неподвижным опорным конусом и полым подвижным, скрепленным с камерой сгорания. Газовод камеры расположен внутри подвижного опорного конуса, снабженного отверстием для прохода газовода и силовым фланцем, состыкованным с опорными элементами головки камеры. Кронштейны для подсоединения тяг рулевых приводов установлены в плоскостях качания на наружной поверхности подвижного опорного конуса. Изобретение позволяет повысить надежность работы, уменьшить массу двигателя и унифицировать камеру сгорания. 2 ил.

Жидкостный ракетный двигатель с дожиганием, содержащий камеру сгорания с газоводом и опорными элементами на корпусе головки камеры, карданный шаровой подвес, отличающийся тем, что содержит систему рулевых приводов качания двигателя с тягами, силовыми цилиндрами и кронштейнами для тяг, карданный шаровой подвес снабжен неподвижным опорным конусом и полым подвижным, скрепленным с камерой сгорания, причем газовод камеры расположен внутри подвижного опорного конуса, снабженного отверстием для прохода газовода и силовым фланцем, состыкованным с опорными элементами головки камеры, а кронштейны для подсоединения тяг рулевых приводов установлены в плоскостях качания на наружной поверхности подвижного опорного конуса.