РАКЕТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА Российский патент 2004 года по МПК F02K9/32 

Изобретение относится к ракетостроению, учитывает все возрастащие требования по повышению совершенства конструкций двигателей и надежности их работы и может использоваться в машиностроении в конструкциях разъемных соединений малых диаметров, несущих большие осевые нагрузки.

Известна конструкция ракетного двигателя твердого топлива [l], содержащего камеру сгорания, пороховой заряд, воспламенитель, сопловой блок, в раструбе которого установлен графитовый вкладыш с мембраной, размещенный в стальной тонкостенной цилиндрической обойме.

Обойма выполнена со ступенчатым цилиндрическим 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. В сопловом блоке выполнены сквозные диаметральные отверстия, в которых размещены стальные штифты, упирающиеся в кольцевую канавку обоймы. Обойма и штифты в сопловом блоке установлены на термостойком клее.

Однако данная конструкция ракетного двигателя твердого топлива применительно к двигателям из композиционного материала с заливным пороховым зарядом становится ненадежной, т.к. наличие заливного порохового заряда предполагает увеличение полюсного отверстия для установки пресс-инструмента, который формирует внутреннюю поверхность заряда, что влечет за собой необходимость увеличения количества штифтов для компенсации увеличивающейся осевой нагрузки на обойму соплового блока. Кроме того, данная конструкция узла крепления соплового вкладыша с несущим корпусом не обеспечивает надежное соединение узлов малых диаметров, несущих большую осевую нагрузку, поскольку увеличение количества штифтов на малом диаметре приведет к ослаблению конструкции соплового блока ракетного двигателя. Известен ракетный двигатель твердого топлива [2], содержащий камеру сгорания, пороховой заряд, воспламенитель, сопловой блок с посадочным местом под обойму с сопловым вкладышем и мембраной. Обойма выполнена в виде тонкостенного корпуса с двумя цилиндрическими юбками. Внутренняя юбка сопрягается с сопловым вкладышем, а наружная юбка оснащена уплотнительными кольцами и торцевым буртом и зафиксирована в посадочном месте соплового блока с помощью разрезного пружинного кольца. В посадочное место соплового блока вклеен закритический вкладыш из термостойкой пластмассы в виде пустотелого цилиндра с внутренним конусом и ребрами жесткости. Ребра жесткости в передней части имеют выступы, контактирующие с пружинным кольцом, а тонкостенный корпус и передний торец соплового вкладыша со стороны камеры сгорания защищены вклеенной по эквидистантным поверхностям теплозащитной вставкой.

Однако и данная конструкция узла крепления обоймы с сопловым вкладышем не обеспечивает надежное соединение узлов малых диаметров, несущих большую осевую нагрузку, поскольку при использовании соединений данного вида необходимо использовать промежуточные детали, препятствующие выщелкиванию разрезного пружинного кольца из проточки, что приведет к значительному усложнению конструкции, а также к применению специальных приспособлений для сжатия пружинного кольца.

Задачей предлагаемого изобретения является обеспечение надежности конструкции ракетного двигателя твердого топлива за счет повышения надежности соединения концентрично одна в другую расположенных деталей малых диаметров, фиксированных от проворота и воспринимающих большую осевую нагрузку от воздействия рабочего давления пороховых газов при работе двигателя.

Указанная задача достигается тем, что в ракетном двигателе твердого топлива, содержащем пороховой заряд, обойму с сопловым вкладышем и мембраной в корпусе соплового блока, удерживаемую разрезным пружинным кольцом, разрезное пружинное кольцо установлено в кольцевую полость, образованную проточками, выполненными с наружной стороны обоймы и с внутренней стороны корпуса соплового блока на ширину кольца, и выполнено с силовыми элементами, представляющими собой выступы по образующей кольца, по радиусу переходящие в перемычки, обращенные к корпусу соплового блока, при этом концы разъема кольца с силовыми элементами выполнены с симметричными фасками, обращенными к охватываемой и охватывающей поверхностям, причем один конец разъема кольца заходит под другой, выступающий из заходного окна корпуса соплового блока, а угол захода "α" окна равен углу захода силовых элементов кольца.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что данная конструкция ракетного двигателя твердого топлива обеспечивает надежное соединение концентрично расположенных один в другом элементов конструкций двигателя за счет оригинальной конструкции разрезного пружинного кольца с силовыми элементами не только больших, но и малых диаметров, несущих большую осевую нагрузку.

На прилагаемых чертежах (фиг.1-6) изображена конструкция ракетного двигателя твердого топлива, где:

1 - ракетный двигатель твердого топлива;

2 - сопловой блок;

3 - пороховой заряд;

4 - корпус соплового блока;

5 - обойма с сопловым вкладышем и мембраной;

6 - кольцевая полость;

7 - пружинное разрезное кольцо с силовыми элементами (фиг.4);

8 - выступ силового элемента;

9 - перемычка;

10 - заходное окно корпуса соплового блока;

11 - стопорный винт.

Сборка соплового блока 2 ракетного двигателя твердого топлива 1 осуществляется следующим образом.

Обойма 5 с сопловым вкладышем и мембраной устанавливается в корпус соплового блока 4, совмещая кольцевую проточку обоймы 5 с заходным окном корпуса соплового блока 10. Пружинное разрезное кольцо с силовыми элементами 7 через заходное окно корпуса соплового блока 10 заводят в кольцевую полость 6 специальным ключом, захватывая поочередно за выступы силового элемента 8, пока один конец кольца не зайдет под другой, выступающий из заходного окна 10, расклинивая друг друга. Для предотвращения самопроизвольного выхода пружинного разрезного кольца с силовыми элементами 7 от вибраций, возникающих при транспортировании, кольцо по впадине силового элемента 8 фиксируется в корпусе соплового блока 4 стопорным винтом 11, установленным в резьбовое отверстие корпуса 4.

Для снятия концентрации напряжений и исключения перелома пружинного разрезного кольца с силовыми элементами при установке его в сопловой блок силовые элементы кольца сопрягаются с перемычками 9 по радиусу (фиг.5). Концы разъема пружинного разрезного кольца с силовыми элементами (фиг.6) выполнены с симметричными фасками, обращенными к охватываемой и охватывающим поверхностям с углом захода, равным углу заходного окна корпуса соплового блока, для обеспечения завода при сборке и вывода кольца при разборке без особый усилий, могущих вызвать искру, что не допустимо, т.к. сопловой вкладыш устанавливается в уже снаряженный пороховым зарядом двигатель.

Пружинное разрезное кольцо с силовыми элементами выходит из заходного окна, а ее один конец заходит под другой для лучшего ее расклинивания в кольцевой полости, т.к. оно выполнено немного длиннее длины окружности посадочного места.

Источники информации

1. Патент России №2156374, МКИ7 F 02 К 9/08 от 20.09.2000 г. - аналог.

2. Патент России №2189483, МКИ7 F 02 К 9/32 от 20.09.2002 г. - прототип.

Ракетный двигатель твердого топлива содержит пороховой заряд, обойму с сопловым вкладышем и мембраной в корпусе соплового блока, удерживаемую разрезным пружинным кольцом. Разрезное пружинное кольцо установлено в кольцевую полость, образованную выполненными с наружной стороны обоймы и с внутренней стороны корпуса соплового блока на ширину кольца проточками. Силовые элементы разрезного кольца представляют собой выступы по образующей кольца, по радиусу переходящие в обращенные к корпусу соплового блока перемычки. Концы разъема кольца с силовыми элементами выполнены с обращенными к охватываемой и охватывающей поверхностям симметричными фасками. Один конец разъема кольца заходит под другой, выступающий из заходного окна корпуса соплового блока. Угол захода окна равен углу захода силовых элементов кольца. Изобретение обеспечит надёжность соединения концентрично расположенных деталей малых диаметров, фиксированных от проворота и воспринимающих большую осевую нагрузку от воздействия рабочего давления пороховых газов при работе двигателя. 6 ил.

Ракетный двигатель твердого топлива, содержащий пороховой заряд, обойму с сопловым вкладышем и мембраной в корпусе соплового блока, удерживаемую разрезным пружинным кольцом, отличающийся тем, что разрезное пружинное кольцо установлено в кольцевую полость, образованную проточками, выполненными с наружной стороны обоймы и с внутренней стороны корпуса соплового блока на ширину кольца, и выполнено с силовыми элементами, представляющими собой выступы по образующей кольца, по радиусу переходящие в перемычки, обращенные к корпусу соплового блока, при этом концы разъема кольца с силовыми элементами выполнены с симметричными фасками, обращенными к охватываемой и охватывающей поверхностям, причем один конец разъема кольца заходит под другой, выступающий из заходного окна корпуса соплового блока, а угол захода α окна равен углу захода силовых элементов кольца.