КОРПУС РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ ТВЁРДОГО ТОПЛИВА Российский патент 2004 года по МПК F02K9/34 

Изобретение относится к ракетной технике и может быть использовано при создании корпусов малогабаритных ракетных двигателей твердого топлива (РДТТ), используемых в дорогостоящих ракетах-носителях космического назначения.

Известно [Конструкции ракетных двигателей на твердом топливе / Под общ. ред. чл. корр. Российской академии наук, д-ра техн. наук, проф. Л.Н.Лаврова - М.: Машиностроение, 1993. - 215 с., ил. - с. 120], что корпуса РДТТ должны содержать системы пуска, датчиковой и телеметрической аппаратуры, которые наиболее удобно размещать на крышках. Корпус РДТТ, как правило, содержит гнезда проверки на герметичность отдельных стыков [там же, рис.6.10, стр.207] или двигателя в целом (с подачей испытательного давления во внутренний объем корпуса).

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому положительному эффекту к предлагаемому изобретению является крышка корпуса РДТТ в сборе [там же, рис.2.53, стр.123], содержащая воспламенитель, пиропатроны, заборники давления, датчики давления.

Недостатком данной конструкции являются большие габариты и масса крышки и корпуса РДТТ, на который она устанавливается. Корпус с крышкой указанной конструкции не может применяться на малогабаритных РДТТ.

Технической задачей настоящего изобретения является уменьшение габаритов и массы корпуса РДТТ при увеличении его надежности.

Сущность изобретения заключается в том, что в известном корпусе РДТТ с крышкой, на внутреннем торце которой установлен воспламенитель, образованный жестким корпусом с расходными отверстиями, закрытыми мембранами, в котором размещены шашки пиротехнического состава, а на наружном торце крышки установлены в гнезда, связанные с жестким корпусом форсажными отверстиями, один или два пиропатрона, кроме того, на наружном торце крышки установлена в гнездо проверки на герметичность пробка, наружный торец крышки образован тремя плоскостями, нормали которых развернуты относительно оси крышки на некоторый угол (например, 15°), а гнездо проверки на герметичность и гнезда пиропатронов выполнены по нормали к указанным плоскостям. Гнездо проверки на герметичность сообщено с полостью жесткого корпуса воспламенителя каналом, причем со стороны внутреннего торца крышки выполнено наклонное сверление, выходящее в этот канал. Пробка имеет длину, достаточную для перекрытия наклонного сверления. Крышка в корпусе зафиксирована разжимным кольцом. Пробка, установленная в гнезде проверки на герметичность, имеет сквозной продольный канал забора давления, и в ней установлены один или несколько датчиков замера параметров газа (давления, пульсации давления). Наружная боковая поверхность крышки образована конусом с тремя сегментными срезами, а со стороны сегментных срезов выполнены облегчающие выборки, кроме того, в центре наружного торца крышки выполнено глухое отверстие.

Технический результат достигается уменьшением диаметра крышки при повышении плотности компоновки гнезд пиропатронов и гнезда проверки на герметичность за счет того, что эти гнезда расположены под углом друг к другу. Кроме того, повышение плотности компоновки становится возможным при совмещении продольного канала забора давления с каналом гнезда проверки на герметичность и прохождении этого канала через объем, занимаемый воспламенителем. Благодаря тому, что потребный диаметр наклонного сверления на порядок меньше потребного диаметра продольного канала забора давления, наклонное сверление, проходящее вне окружности, занимаемой воспламенителем, практически не увеличивает диаметр крышки. Жесткий корпус воспламенителя экранирует продольный канал забора давления, исключая необходимость в специальных экранирующих устройствах. Таким образом, крышка предлагаемой конструкции является малогабаритным многофункциональным узлом, обеспечивающим:

- проверку на герметичность всех полостей (гнезд пиропатронов и внутренней полости корпуса РДТТ) собранного двигателя;

- запуск РДТТ;

- забор давления продуктов сгорания при работе РДТТ, обеспечивающий замер параметров работы РДТТ средствами телеметрии;

- экранирование канала забора давления, обеспечивающее приемлемый тепловой режим работы средств телеметрии.

Многофункциональность малогабаритной крышки корпуса РДТТ (добавление типичных для маршевых, но не свойственных малогабаритным РДТТ функций (проверка на герметичность, забор давления, дублирование пиропатронов) повышает надежность РДТТ. Повышение надежности малогабаритных двигателей за счет многофункциональности является оправданным, если такие РДТТ используются на дорогостоящих ракетах-носителях космического назначения, например, в качестве вспомогательных двигателей создания осевой перегрузки при запуске маршевых ЖРД в условиях невесомости. На этих РДТТ требуется установка датчиковой аппаратуры, регистрирующей параметры работы в условиях полета. Конструкция и малые габариты предлагаемой крышки допускают ее размещение в любой части корпуса РДТТ (в центральной горловине переднего днища, на заднем днище сбоку от соплового блока и т.д.) и не накладывают ограничения на материал корпуса (может устанавливаться на закладной вматываемый фланец органопластикового корпуса).

Данное техническое решение неизвестно из патентной и технической литературы.

Изобретение поясняется следующим графическим материалом:

на фиг.1 показан продольный разрез корпуса РДТТ. Крышка и воспламенитель показаны без разреза;

на фиг.2 показан вид А фиг.1;

на фиг.3 показан разрез Б-Б фиг.2. Крышка и воспламенитель показаны в разрезе;

на фиг.4 показана в аксонометрии крышка (как отдельная деталь) с разрезом и без него;

на фиг.5 показан в аксонометрии узел, образованный крышкой в сборе с воспламенителем, пиропатронами, пробкой с датчиком.

Корпус РДТТ состоит из корпуса 1, имеющего горловину 2 с размещенной в ней крышкой 3 (см. фиг.1). На внутреннем торце крышки 3 установлен воспламенитель, содержащий жесткий корпус 4, шашки пиротехнического состава 5 и пороховой усилитель 6 (см. фиг.3, 5). В жестком корпусе 4 выполнены расходные отверстия 7, закрытые мембранами 8. Наружный торец крышки 3 образован тремя плоскостями 9 (см. фиг.4), нормали которых развернуты относительно оси крышки на некоторый угол (например, 15°). По нормали к двум плоскостям 9 выполнены гнезда 10, в которые установлены пиропатроны 11. На внутреннем торце крышки 3 под установленным воспламенителем (жестким корпусом 4) выполнен коллектор 12. Гнезда 10 связаны с коллектором 12 и жестким корпусом 4 форсажными отверстиями 13. По нормали к третьей плоскости 9 выполнено гнездо проверки на герметичность 14, которое имеет канал 15 с нарезанной в нем резьбой. Канал 15 выходит в коллектор 12, сообщая гнездо проверки на герметичность 14 с коллектором 12 и жестким корпусом 4. Со стороны внутреннего торца крышки 3 выполнено наклонное сверление 16, выходящее в канал 15. Диаметр наклонного сверления 16 равен 1-2 мм. Наклонное сверление 16 сообщает гнездо проверки на герметичность 14 с внутренней полостью корпуса 1. В гнездо проверки на герметичность 14 установлена пробка 17, имеющая длину, достаточную для перекрытия наклонного сверления 16 (см. фиг.3, 5). При установленной пробке 17 отсутствует прямое сообщение гнезда проверки на герметичность 14 с внутренней полостью корпуса 1. Пробка 17 имеет сквозной продольный канал забора давления 18. В пробке 17 со стороны наружного торца установлены один или несколько датчиков замера параметров газа 19. В качестве датчиков замера параметров газа 19 могут использоваться датчики давления, датчики пульсации давления. Вследствие того, что пробка 17 является последним замыкающим (т.е. не подлежащим проверке) звеном, устанавливаемым после проверки собранного двигателя на герметичность, гнездо проверки на герметичность 14 снабжено дублирующими друг друга узлами герметизации 20. Сборка “пробка 17 - датчик замера параметров газа 19” подлежит автономной проверке на герметичность перед ее установкой в двигатель (гнездо проверки на герметичность 14). Наружная боковая поверхность крышки 3 образована конусом 21 с тремя сегментными срезами 22, а со стороны сегментных срезов 22 выполнены облегчающие выборки 23 (см. фиг.4). В центре наружного торца крышки с целью облегчения выполнено глухое отверстие 24. Крышка 3 в корпусе 1 зафиксирована разжимным кольцом 25, входящим в кольцевую проточку, выполненную на внутренней цилиндрической поверхности горловины 2.

Устройство работает следующим образом. Собранный РДТТ с установленными пиропатронами 11 и открытым гнездом проверки на герметичность 14 проверяется на герметичность подачей во внутренние полости двигателя испытательного давления через гнездо 14. Длина штуцера проверочного оборудования выполняется с учетом того, чтобы штуцер не перекрывал наклонное сверление 16. Это обеспечивает одновременный наддув как полостей крышки 3 с установленными в нее пиропатронами 11, так и всей внутренней полости двигателя до сопловой заглушки (т.е. обеспечивает надежность проверки на герметичность всех стыков корпуса РДТТ). После проверки на герметичность в гнездо проверки на герметичность 14 устанавливается предварительно проверенная на герметичность сборка “пробка 17 - датчик замера параметров газа 19”. Двигатель готов к работе. При команде на запуск двигателя подается импульс тока одновременно на оба пиропатрона 11, установленных на двигателе. Инициирование воспламенителя может происходить при срабатывании или одного из двух пиропатронов, или сразу двух. Форс пламени от пиропатронов 11 через форсажные отверстия 13 и коллектор 12 воспламеняет пороховой усилитель 6 и шашки пиротехнического состава 5. При этом происходит прорыв мембран 8 и продукты сгорания пиротехнического состава истекают через расходные отверстия 7 в полость корпуса 1, обеспечивая воспламенение находящегося в нем заряда и запуск РДТТ. Температура продуктов сгорания пиропатронов 11 и шашек пиротехнического состава 5 значительно меньше температуры продуктов сгорания основного заряда РДТТ. Существенного теплового воздействия на датчики замера параметров газа 19 при срабатывании пиропатронов 11 и воспламенителя не происходит. После срабатывания воспламенителя его пустой жесткий корпус 4 экранирует коллектор 12 и чувствительную мембрану датчика замера параметров газа 19 от тепловых потоков со стороны горячих газов камеры сгорания, одновременно обеспечивая газосвязь внутренней полости корпуса 1 с коллектором 12 через расходные отверстия 7. Это обеспечивает благоприятные условия работы датчика замера параметров газа 19. Циркуляции горячего газа через наклонное сверление 16 не происходит, т.к. это отверстие со стороны канала 15 перекрыто пробкой 17.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого изобретения по сравнению с прототипом, в качестве которого выбрана крышка корпуса РДТТ в сборе [рис.2.53, стр.123. Конструкции ракетных двигателей на твердом топливе / Под общ. ред. чл. корр. Российской академии наук, д-ра техн. наук, проф. Л.Н.Лаврова - М.: Машиностроение, 1993. - 215 с., ил.], заключается в уменьшении габаритов и массы корпуса РДТТ при увеличении его надежности.

Корпус ракетного двигателя твердого топлива выполнен с крышкой, на внутреннем торце которой установлен воспламенитель, образованный жестким корпусом с расходными отверстиями, закрытыми мембранами, в котором размещены шашки пиротехнического состава. На наружном торце крышки установлены в гнезда, связанные с жестким корпусом форсажными отверстиями, один или два пиропатрона, а также в гнездо проверки на герметичность установлена пробка. Наружный торец крышки образован тремя плоскостями, нормали которых развернуты относительно оси крышки на некоторый угол (например, 15°). Гнездо проверки на герметичность и гнезда пиропатронов выполнены по нормали к указанным плоскостям. Гнездо проверки на герметичность сообщено с полостью жесткого корпуса воспламенителя каналом. Со стороны внутреннего торца крышки выполнено наклонное сверление, выходящее в этот канал. Пробка имеет длину, достаточную для перекрытия наклонного сверления. Изобретение позволит уменьшить габариты и массу корпуса ракетного двигателя твердого топлива при увеличении его надёжности. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Корпус ракетного двигателя твердого топлива с крышкой, на внутреннем торце которой установлен воспламенитель, образованный жестким корпусом с расходными отверстиями, закрытыми мембранами, в котором размещены шашки пиротехнического состава, а на наружном торце крышки установлены в гнезда, связанные с жестким корпусом форсажными отверстиями, один или два пиропатрона, кроме того, на наружном торце крышки установлена в гнездо проверки на герметичность пробка, отличающийся тем, что наружный торец крышки образован тремя плоскостями, нормали которых развернуты относительно оси крышки на некоторый угол (например, 15°), а гнездо проверки на герметичность и гнезда пиропатронов выполнены по нормали к указанным плоскостям, при этом гнездо проверки на герметичность сообщено с полостью жесткого корпуса воспламенителя каналом, причем со стороны внутреннего торца крышки выполнено наклонное сверление, выходящее в этот канал, кроме того, пробка имеет длину, достаточную для перекрытия наклонного сверления.2. Корпус ракетного двигателя твердого топлива по п.1, отличающийся тем, что крышка в корпусе зафиксирована разжимным кольцом.3. Корпус ракетного двигателя твердого топлива по п.1, отличающийся тем, что пробка, установленная в гнезде проверки на герметичность, имеет сквозной продольный канал забора давления и в ней установлены один или несколько датчиков замера параметров газа (давления, пульсации давления).4. Корпус ракетного двигателя твердого топлива по п.1, отличающийся тем, что наружная боковая поверхность крышки образована конусом с тремя сегментными срезами, а со стороны сегментных срезов выполнены облегчающие выборки, кроме того, в центре наружного торца крышки выполнено глухое отверстие.