ГАЗОВЫЙ РУЛЬ Российский патент 2003 года по МПК F02K9/80 

Изобретение относится к ракетной технике и может быть использовано при создании РДТТ, органами управления которого являются газовые рули (ГР).

Известно, что органами управления РДТТ, установленных на ряде ракет, являются газовые рули [Фахрутдинов И.Х, Котельников А.В. Конструкция и проектирование ракетных двигателей твердого топлива: Учебник для машиностроительных вузов. - М.: Машиностроение, 1987. - 328 с.: ил.]. В случае, если диаметр среза сопла приближается к диаметру миделя ракеты, плотность радиальной компоновки газового руля необходимо увеличивать. Разработка газового руля в таких случаях связана с необходимостью
- уменьшения габаритов (высоты) ГР, обусловленной условиями компоновки в ракете;
- повышения точности геометрического расположения пера ГР по высоте относительно газового тракта сопла в условиях технологических погрешностей взаимного расположения раструба сопла и ГР;
- обеспечения возможности герметизации ГР и сопряженных с ним отсеков ракеты при ее эксплуатации.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту к предлагаемому изобретению является газовый руль [рис.3.18, стр. 145, Конструкции РДТТ./ Под ред. Л.Н. Лаврова - М.: Машиностроение, 1993. - 215 с. ] . В конструкции этого ГР его радиальный габарит (высота) определяется: суммарной высотой набора подшипников (поз.7-9); втулкой, размещенной между подшипниками и регламентирующей расстояние между ними (т.е. плечо в силовой схеме восприятия изгибного момента от пера ГР); элементом фиксации подшипников (кольцом, закрепленным на торце стакана (поз. 4)) и элементом, сопрягаемым с рулевым приводом ГР (переходником, закрепляемым на торце вала (поз.3)). Точность геометрического расположения пера ГР относительно газового тракта сопла в указанной конструкции достигается регулировкой (с последующей фиксацией) расположения стакана 4 по высоте относительно кронштейна 5 (стакан 4 сопряжен с кронштейном 5 по резьбовой поверхности, допускающей указанную регулировку).

Недостатком данной конструкции является повышенный габарит (высота) ГР, обусловленный особенностями компоновки элемента фиксации подшипников, а также конструкцией элемента, сопрягаемого с рулевым приводом (как в плане компоновки переходника, так и в плане необходимости крепления к переходнику дополнительной детали - рычага с проушинами, непосредственно сопрягаемыми с рулевым приводом).

Технической задачей настоящего изобретения является уменьшение габаритов (высоты) газового руля при обеспечении высокой точности геометрического расположения пера ГР и возможности герметизации ГР и сопряженных с ним отсеков ракеты.

Сущность изобретения заключается в том, что в известном газовом руле, установленном в кронштейне, размещенном над соплом, содержащем перо с осью, переходник, фиксируемый относительно оси винтом или гайкой в осевом направлении и штифтами или шпонками в кольцевом направлении, стакан, имеющий наружную резьбовую поверхность, сопрягаемую с ответной поверхностью кронштейна, подшипники, сопрягаемые наружными кольцами с внутренней поверхностью стакана, элементы фиксации подшипников в стакане и элементы фиксации стакана относительно кронштейна, элемент фиксации подшипников размещен между наружными кольцами подшипников, прижимая нижний подшипник к дну стакана, и выполнен в виде разжимного кольца, установленного в канавке стакана, а между внутренними кольцами подшипников установлена втулка, высота которой превышает высоту разжимного кольца. Переходник выполнен в виде полого вала, сопряженного с внутренними кольцами подшипников, и имеет на наружном торце цилиндрический буртик и проушины. На наружную поверхность кронштейна на винтах установлена крышка, имеющая отверстие, сопрягаемое с цилиндрическим буртиком переходника, соосно которому на крышке выполнен цилиндрический поясок, сопрягаемый с внутренней поверхностью стакана. Элементами фиксации стакана относительно кронштейна являются штифты, устанавливаемые в торец стакана и контактирующие с соответствующими глухими отверстиями, выполненными в крышке. Кронштейн выполнен в виде кольцевого хвостового отсека. Кронштейн выполнен герметичным, при этом между цилиндрическим буртиком переходника и крышкой, а также между крышкой и кронштейном установлены узлы герметизации, кроме того, на торец переходника установлена заглушка, снабженная узлом герметизации. По краям наружной резьбовой поверхности стакана выполнены два цилиндрических пояска, сопрягаемых с ответными поясками, выполненными на кронштейне.

Технический результат достигается достаточностью фиксации только одного из подшипников, стянутых винтом (при фиксации переходника) в единый пакет. Благодаря этой возможности элемент фиксации ГР располагается между подшипниками, в зазоре, требуемом условиями прочности, вытекающими из необходимости увеличения плеча в силовой схеме восприятия изгибного момента от пера ГР. Такое компоновочное решение позволяет сократить длину стакана не только на толщину разжимного кольца, но и на ширину зуба в стакане, образующегося между торцом стакана и канавкой под разжимное кольцо, потребовавшегося бы при размещении разжимного кольца у торца стакана. Другим фактором, уменьшающим высоту ГР, является выполнение переходника в виде полого вала, сопряженного с внутренними кольцами подшипников. Такое взаимное расположение оси ГР и переходника не требует дополнительной высоты для фиксации указанных деталей в кольцевом направлении. Потребная длина шлицов или шпонок или штифтов (т.е. любых продольных элементов), используемых для фиксации, не превышает удвоенной толщины подшипника, что обеспечивает возможность размещения этих элементов на одной высоте с подшипниками. Выполнение цилиндрического буртика и проушин, предназначенных для сопряжения с рулевым приводом, на переходнике, изготавливаемом в виде монодетали, также сокращает высоту ГР. Достигнутое сокращение высоты ГР приводит к тому, что потребная из условий прочности длина наружной резьбовой поверхности стакана составляет значительную долю его длины. Необходимое центрирование ГР при этом обеспечивается тем, что по краям наружной резьбовой поверхности стакана выполнены два цилиндрических пояска, сопрягаемых с ответными поясками, выполненными на кронштейне. Кроме центрирования два разнесенных друг от друга пояска регламентируют положение оси ГР, улучшая допуск на ее перпендикулярность относительно кронштейна. Высокая точность геометрического расположения пера ГР достигается тем, что стакан в кронштейне установлен с возможностью регулировки по высоте в пределах осевых зазоров, равных технологической погрешности соосности расположения газового тракта сопла относительно кронштейнов. Возможность герметизации ГР и сопряженных с ним отсеков ракеты достигается тем, что компоновочная схема и конструкция крышки создают условия для герметизации всех элементов ГР минимальным числом узлов герметизации. При этом габариты ГР узлы герметизации практически не увеличивают (за исключением толщины крышки). На торец переходника установлена заглушка (также не увеличивающая габариты ГР), снабженная узлом герметизации.

Данное техническое решение не известно из патентной и технической литературы.

Изобретение поясняется следующим графическим материалом:
на фиг.1 показан продольный разрез ГР;
на фиг.2 показан поперечный разрез ГР;
на фиг.3 показан вид сверху на ГР.

Газовый руль содержит перо 1 с осью 2, на которой зафиксирован переходник 3. Переходник 3 выполнен в виде полого вала, сопрягаемого внутренней поверхностью с осью 2. На наружном торце переходника 3 выполнен цилиндрический буртик 4 и рычаг 5, имеющий проушины 6 (см. фиг.2). Проушины 6 предназначены для соединения ГР с рулевым приводом. В рычаге 5 переходника 3 выполнено гнездо 7. Фиксация от проворота переходника 3 относительно оси 2 производится штифтами 8. Штифты 8 устанавливаются в отверстия, засверливаемые в сборке "ось 2 - переходник 3" (в донышке гнезда 7). Осевая фиксация переходника 3 относительно оси 2 производится винтом 9, устанавливаемым в торец оси 2. Наружная поверхность переходника 3 сопрягается с внутренними кольцами 10 подшипников 11. Между этими кольцами 10 установлена втулка 12. При затяжке винта 9 торец цилиндрического буртика 4 переходника 3 прижимает внутренние кольца 10 подшипников 11 и находящуюся между ними втулку 12 к перу 1, стягивая подшипники 11 в единый пакет и образуя подвижную (вращающуюся) часть этого пакета. Неподвижная часть пакета подшипников 11 установлена в стакан 13. Внутренняя цилиндрическая поверхность стакана 13 сопрягается с наружными кольцами 14 подшипников 11. Между наружными кольцами 14 подшипников 11 в канавке стакана 13 установлено разжимное кольцо 15, прижимая нижний подшипник 11 (и весь пакет) к дну 16 стакана 13. Стакан 13 имеет наружную резьбовую поверхность 17, которая предназначена для установки стакана 13 в кронштейн 18, а также для регулировки высоты положения стакана 13 относительно кронштейна 18 (т.е. относительно сопла 19). По краям наружной резьбовой поверхности 17 стакана 13 выполнены два цилиндрических пояска 20, сопрягаемых с ответными поясками, выполненными на кронштейне 18. Пояски 20 обеспечивают точность центрирования и перпендикулярность оси стакана 13 относительно кронштейна 18. На наружную поверхность кронштейна 18 на винтах 21 (см. фиг.3) установлена крышка 22. Крышка 22 имеет отверстие, сопрягаемое с цилиндрическим буртиком 4 переходника 3, соосно которому на крышке 22 выполнен цилиндрический поясок 23, сопрягаемый с внутренней поверхностью стакана 13. Между крышкой 22 и кронштейном 18, а также между крышкой 22 и цилиндрическим буртиком 4 переходника 3 установлены узлы герметизации 24 и 25 соответственно. На торец переходника 3 (в гнездо 7) установлена заглушка 26, снабженная узлом герметизации 27. Кронштейн 18 может быть выполнен в виде кольцевого хвостового отсека, размещенного вокруг сопла 19 (см. фиг.2). Герметизация хвостового отсека при этом обеспечивается сбрасываемой заглушкой 28 (см. фиг.1). Фиксация стакана 13 от проворота по резьбе 17 в кронштейне 18 (т. е. фиксация положения ГР по высоте, получаемого в результате регулировки) осуществляется штифтами 29, устанавливаемыми в торец стакана 13. Штифты 29 контактируют с глухими отверстиями 30, выполненными в крышке 22. Полный оборот (360^o) стакана 13, деленный на число n равномерно распределенных по окружности отверстий 30, образует на крышке 22 сектора. В пределах этих секторов регулировка высоты положения стакана 13 производится дискретно на величину, получаемую делением шага резьбы 17 на значение n. Стакан 13 в кронштейне 18 установлен с возможностью регулировки по высоте в пределах осевых зазоров, равных технологической погрешности соосности расположения газового тракта сопла 19 относительно кронштейнов 18. Осевые зазоры выполнены между торцом стакана 13 и крышкой 22, между верхним подшипником 11 и крышкой 22, между крышкой 22 и рычагом 5, а также между пером 1 и кронштейном 18. В процессе сборки РДТТ регулировка положения ГР осуществляется после монтажа сопла 19 и кронштейнов 18. Регулировка положения стакана 13 производится до установки пера 1, крышки 22 и связанных с ними деталей. Контролируемым (специальным шаблоном) параметром при этом является расстояние от дна 16 стакана 13 до площадки на сопле 19. После регулировки положения стакана 13 производится установка крышки 22 с переходником 3. Тем самым фиксируется положение стакана 13. Перо 1, устанавливаемое на отрегулированную таким образом сборочную единицу, имеет требуемую точность геометрического расположения относительно газового тракта сопла 19.

Устройство работает следующим образом. В процессе эксплуатации ракеты и РДТТ герметичность хвостового отсека, образованного кронштейном 18, обеспечивается узлами герметизации 24, 25, 27 и сбрасываемой заглушкой 28. При этом герметичность не зависит от того, зафиксированы ГР или качаются (например, при проведении различных проверок). При запуске РДТТ нарастающее давление продуктов сгорания сбрасывает заглушку 28. При этом рулевой привод, воздействуя на проушины 6 переходника 3, качает ГР, производя тем самым управляющие усилия на ракету. Прикладываемые к перу 1 силы передаются через подшипники 11 на кронштейн 18 и, соответственно, на корпус ракеты. Составляющая силы, направленная вдоль оси 2 пера 1, передается от подшипника 11 на кронштейн 18 через разжимное кольцо 15 и резьбу 17.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого изобретения по сравнению с прототипом, в качестве которого выбран газовый руль [рис.3.18, стр. 145, Конструкции РДТТ./ Под ред. Л.Н. Лаврова - М.: Машиностроение, 1993. - 215 с.], заключается в уменьшении габаритов (высоты) газового руля при обеспечении высокой точности геометрического расположения пера ГР и возможности герметизации ГР и сопряженных с ним отсеков ракеты.

Газовый руль может быть использован при создании конструкций ракетных двигателей твердого топлива. Газовый руль установлен в кронштейне, размещенном над соплом, содержит перо с осью, переходник, фиксируемый относительно оси винтом или гайкой в осевом направлении и штифтами или шпонками в кольцевом направлении, стакан, имеющий наружную резьбовую поверхность, сопрягаемую с ответной поверхностью кронштейна, подшипники, сопрягаемые наружными кольцами с внутренней поверхностью стакана, элементы фиксации подшипников в стакане и элементы фиксации стакана относительно кронштейна. Элемент фиксации подшипников размещен между наружными кольцами подшипников, прижимая нижний подшипник к дну стакана, и выполнен в виде разжимного кольца, установленного в канавке стакана. Между внутренними кольцами подшипников установлена втулка, высота которой превышает высоту разжимного кольца. Переходник выполнен в виде полого вала, сопряженного с внутренними кольцами подшипников и имеющего на наружном торце цилиндрический буртик и проушины. На наружной поверхности кронштейна на винтах установлена крышка, имеющая отверстие, сопрягаемое с цилиндрическим буртиком переходника, соосно которому на крышке выполнен цилиндрический поясок, сопрягаемый с внутренней поверхностью стакана. Элементами фиксации стакана относительно кронштейна являются штифты, устанавливаемые в торец стакана и контактирующие с соответствующими глухими отверстиями, выполненными в крышке. Изобретение позволит уменьшить габариты (высоту) газового руля при обеспечении высокой точности геометрического расположения пера газового руля и возможности герметизации газового руля и сопряженных с ним отсеков ракеты. 3 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Газовый руль, установленный в кронштейне, размещенном над соплом, содержащий перо с осью, переходник, фиксируемый относительно оси винтом или гайкой в осевом направлении и штифтами или шпонками в кольцевом направлении, стакан, имеющий наружную резьбовую поверхность, сопрягаемую с ответной поверхностью кронштейна, подшипники, сопрягаемые наружными кольцами с внутренней поверхностью стакана, элементы фиксации подшипников в стакане и элементы фиксации стакана относительно кронштейна, отличающийся тем, что элемент фиксации подшипников размещен между наружными кольцами подшипников, прижимая нижний подшипник к дну стакана, и выполнен в виде разжимного кольца, установленного в канавке стакана, а между внутренними кольцами подшипников установлена втулка, высота которой превышает высоту разжимного кольца, кроме того, переходник выполнен в виде полого вала, сопряженного с внутренними кольцами подшипников и имеющего на наружном торце цилиндрический буртик и проушины, при этом на наружной поверхности кронштейна на винтах установлена крышка, имеющая отверстие, сопрягаемое с цилиндрическим буртиком переходника, соосно которому на крышке выполнен цилиндрический поясок, сопрягаемый с внутренней поверхностью стакана, а элементами фиксации стакана относительно кронштейна являются штифты, устанавливаемые в торец стакана и контактирующие с соответствующими глухими отверстиями, выполненными в крышке. 2. Газовый руль по п.1, отличающийся тем, что кронштейн выполнен в виде кольцевого хвостового отсека. 3. Газовый руль по п.1 или 2, отличающийся тем, что кронштейн выполнен герметичным, при этом между цилиндрическим буртиком переходника и крышкой, а также между крышкой и кронштейном установлены узлы герметизации, кроме того, на торце переходника установлена заглушка, снабженная узлом герметизации. 4. Газовый руль по п.1, отличающийся тем, что по краям наружной резьбовой поверхности стакана выполнены два цилиндрических пояска, сопрягаемых с ответными поясками, выполненными на кронштейне.