РАЗДВИЖНОЕ СОПЛО РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2002 года по МПК F02K1/09 F02K9/97 

Изобретение относится к ракетной технике и может быть использовано при разработке раздвижных сопел ракетных двигателей.

Известны раздвижные сопла, имеющие выдвижной конический насадок, который перед началом или во время работы двигателя устанавливается в рабочее положение (см. патент США 4383407 от 17.05.83 г. Thikol Corporation, автор Frank S. Ihman, МКИ F 02 К 1/09). Такое сопло имеет направляющие в виде нескольких винтов, которые приводятся во вращение одним приводом. Скорость раздвижки такого сопла весьма ограничена.

Известно раздвижное сопло, в котором насадки центрируются при помощи двухзвенных рычагов (пантографов). В этом сопле внутри сдвигаемых насадков установлены сбрасываемые цилиндрические оболочки, которые в случае холодной раздвижки лучше центрируют сдвигаемые насадки, а в случае горячей раздвижки обеспечивают появление дополнительной газодинамической силы трения, которая способствует более быстрой раздвижке насадков (международная заявка WO 98/28533, взята за прототип).

Организованный сброс цилиндрических оболочек обеспечивается при помощи различных механизмов, например при помощи тросовой системы, которая удерживает цилиндр вместе с насадком в сложенном положении. Расфиксация этой системы происходит в районе меньшего диаметра насадков при помощи радиально установленных пальцев, взаимодействующих с неподвижной частью сопла в момент стыковки. Основным недостатком этой конструкции сопла является длинная силовая кинематическая связь между сбрасываемым цилиндром и точкой крепления тросов на радиальных пальцах, установленных в районе меньшего диаметра насадка.

Необходимо отметить, что длинные тросы обычно вытягиваются, и при транспортировке вся система будет хлябать, то есть между насадками и цилиндрическими оболочками появятся люфты. Кроме того, учитывая реальную эллипсность и овальность посадочных мест насадков, доходящих до 3-5 мм, трудно ожидать, что все радиальные пальцы сработают одновременно и одновременно освободят все тросы крепления цилиндрических оболочек. Нерасфиксация даже одного троса может привести к аварийной ситуации.

Технический результат достигается тем, что в известном раздвижном сопле, содержащем стационарную часть и сдвигаемые насадки, механизм центрирования насадков и цилиндрические оболочки в каждом насадке с механизмом сброса цилиндрических оболочек, внутри каждого насадка со стороны меньшего торца установлено подвижное и упруго поджатое в осевом направлении П-образное кольцо, которое непосредственно взаимодействует с одной стороны с цилиндрическим участком сдвигаемого насадка, а с другой стороны - с внутренней стороной цилиндрической оболочки, а в месте контакта П-образного кольца с цилиндрической оболочкой на наружной поверхности последней выполнен профильный кольцевой выступ, входящий в соответствующий кольцевой паз сдвигаемого насадка, причем цилиндрическая оболочка со стороны меньшего диаметра насадка имеет меридиональные разрезы.

На фиг.1 изображен внешний вид раздвижного сопла в сложенном положении. На фиг.2 показана выноска 1 в более крупном масштабе. На фиг.3 показаны стыковки сдвигаемого насадка со стационарной частью сопла. На фиг.4 показана конструкция по п.2 формулы изобретения.

Раздвижное сопло (см. фиг.1) имеет стационарную часть раструба 1 и сдвигаемый конический насадок 2, внутри которого установлена цилиндрическая оболочка 3. В качестве механизма бесперекосного движения насадков используются двухзвенные рычажные механизмы (пантографы) 4. Внутри насадка 2 со стороны меньшего торца установлено П-образное кольцо 5, которое непосредственно взаимодействует с одной стороны с цилиндрическим участком арматуры сдвигаемого насадка (см. фиг.2), а с другой стороны - с внутренней стороной цилиндрической оболочки 3. В месте контакта П-образного кольца с цилиндрической оболочкой на наружной поверхности последней выполнен кольцевой выступ 6, входящий в соответствующий кольцевой паз сдвигаемого насадка 2, причем цилиндрическая оболочка 3 со стороны меньшего диаметра имеет меридиональные разрезы 7, то есть формируется своеобразная цанга.

Цилиндрическая оболочка 3 (см. фиг.2) устанавливается в сдвигаемый насадок 2 таким образом, что наружные кольцевые выступы 6 оболочки 3 входят в соответствующий кольцевой паз на сдвигаемом насадке 2. Меридиональные разрезы 7 облегчают выполнение этой операции.

От случайного выпадения кольцевых выступов цилиндрической оболочки внутрь предусмотрено П-образное кольцо 5, которое непосредственно одной стороной опирается на цилиндрическую поверхность сдвигаемого насадка, а с другой, с внутренней стороны, поддерживает цилиндрическую оболочку 3. Постоянное осевое поджатие П-образного кольца 5 к цилиндрической оболочке 3 обеспечивается амортизатором 11. Данное соединение цилиндрической оболочки 3 с насадком 2 позволяет выдерживать практически любые транспортные и полетные нагрузки, действующие на раздвижное сопло.

Работает раздвижное сопло следующим образом. После запуска двигателя подрывается лента 8, которая освобождает крючки 9, удерживающие цилиндрическую оболочку 3 в сложенном транспортном положении. Под действием осевой перегрузки сдвигаемый насадок начинает входить в газовую струю стационарной части сопла 1, на цилиндрической оболочке 3 появляется дополнительная газодинамическая сила трения, которая стремительно перемещает насадок в рабочее положение (см. фиг.3). П-образное кольцо 5 наскакивает на упор 10 и останавливается, а насадок 2 продолжает двигаться, при этом происходит ликвидация поддерживающего эффекта цилиндрической оболочки П-образным кольцом. Под действием сил инерции и радиальных сил, возникающих в месте контакта, кольцевая оболочка 2 в местах меридиональных разрезов выскакивает из кольцевого паза сдвигаемого насадка, и таким образом весь цилиндр покидает сопло, которое в данный момент уже должно встать на фиксирующие цанги 12.

В производстве иногда возникают трудности при выполнении кольцевого выступа (бульбочки) на наружной части цилиндрической оболочки 3. Поэтому не меняя физический смысл работы, на фиг.4 показан вариант, в котором кольцевые дискретные выступы выполнены в арматуре сдвигаемого насадка, а на цилиндрической оболочке выполнены соответствующие пазы (п.2 формулы изобретения).

Таким образом, предлагаемая конструкция раздвижного сопла ракетного двигателя обеспечивает четкое безлюфтовое фиксирование цилиндрической оболочки и сдвигаемого насадка. Точность срабатывания при фиксации насадков практически не зависит от овальности и эллипсности посадочных мест сопряжения, а более короткая силовая связь между цилиндрической оболочкой 3 и сдвигаемым насадком 2 обеспечивает минимальную массу сопла при максимальной жесткости соединения.

Раздвижное сопло ракетного двигателя содержит стационарную часть, сдвигаемые насадки, механизм центрирования насадков и цилиндрические оболочки внутри каждого насадка с механизмами их сброса, внутри каждого насадка со стороны меньшего торца установлено подвижное и упруго поджатое в осевом направлении П-образное кольцо, которое непосредственно взаимодействует с одной стороны с цилиндрическим участком сдвигаемого насадка, а с другой стороны - с внутренней стороной цилиндрической оболочки, а в месте контакта П-образного кольца с цилиндрической оболочкой на наружной поверхности последней выполнен профильный кольцевой выступ, входящий в соответствующий кольцевой паз сдвигаемого насадка, причем цилиндрическая оболочка со стороны меньшего торца насадка имеет меридиональные разрезы. Изобретение позволяет обеспечить высокую точность соединения сдвигаемых насадков и цилиндрических оболочек. Точность срабатывания при фиксации насадков практически не зависит от овальности и эллипсности посадочных мест сопряжения, а более короткая силовая связь между цилиндрической оболочкой и сдвигаемым насадком обеспечивает минимальную массу сопла при максимальной жесткости соединения. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Раздвижное сопло ракетного двигателя, содержащее стационарную часть и сдвигаемые насадки, механизм центрирования насадков и цилиндрические оболочки внутри каждого насадка с механизмами их сброса, отличающееся тем, что внутри каждого насадка со стороны меньшего торца установлено подвижное и упругоподжатое в осевом направлении П-образное кольцо, которое непосредственно взаимодействует с одной стороны с цилиндрическим участком сдвигаемого насадка, а с другой стороны - с внутренней стороной цилиндрической оболочки, а в месте контакта П-образного кольца с цилиндрической оболочкой на наружной поверхности последней выполнен профильный кольцевой выступ, входящий в соответствующий кольцевой паз сдвигаемого насадка, причем цилиндрическая оболочка со стороны меньшего диаметра насадка имеет меридиональные разрезы. 2. Раздвижное сопло по п. 1, отличающееся тем, что участки оболочки между меридиональными разрезами имеют пазы, в которые входят соответствующие выступы на сдвигаемом насадке.