СОПЛО ЖИДКОСТНОГО РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2005 года по МПК F02K9/97 F02K1/04 

Изобретение относится к ракетной технике и может быть использовано в конструкции жидкостных ракетных двигателей, содержащих охлаждаемый сверхзвуковой раструб сопла и неохлаждаемый составной сопловой насадок из композиционного материала.

Известны жидкостные ракетные двигатели, содержащие сопловые насадки из композиционных материалов (журнал “AEROSPACE AMERICA” июнь 1999 г, статья “Ariane 20 years”).

Известна также конструкция ракетного двигателя RL 10B-2, сопло которого содержит 3-секционный насадок из углерод-углеродного композиционного материала (УУКМ) (журнал “American Institute of Aeronautics and Astronautics”, копии материалов прототипа прилагаются), стыки секций имеют цанговое соединение.

Данное техническое решение позволяет соединять секции насадка только со стороны камеры сгорания двигателя до его установки в ракетную ступень и не позволяет устанавливать секции насадка на двигатель, состыкованный с ракетной ступенью.

Необходимость выполнения соплового насадка в виде отдельных секций может быть обусловлена технологическими возможностями оборудования по изготовлению углерод-углеродных насадков, а также возможностями технологического оборудования, обеспечивающего сборку и испытания двигателя и ступени ракеты-носителя, в состав которой входит этот двигатель.

Технической задачей настоящего изобретения является разработка технического решения, позволяющего производить сборку и установку дополнительных секций насадка на двигатель, находящийся в составе ракетной ступени без его демонтажа со ступени.

Технический результат достигается тем, что на сопле жидкостного ракетного двигателя, содержащем сверхзвуковой охлаждаемый раструб и неохлаждаемый секционный сопловой насадок из композиционного материала с узлом стыка между секциями, который содержит кольцевой уступ на большей секции и упорную поверхность на меньшей секции, минимальный диаметр кольцевого уступа большей секции выполнен больше максимального диаметра меньшей секции, при этом между кольцевым уступом большей секции и упорной поверхностью меньшей секции установлен распорный элемент. На поверхности малого диаметра большей секции выполнен кольцевой бурт, боковая поверхность которого взаимодействует с ответной поверхностью, выполненной на срезе меньшей секции. При этом боковая поверхность уступа и взаимодействующая с ним поверхность распорного элемента могут быть выполнены наклонными. Как один из вариантов распорный элемент может быть выполнен в виде отдельных сухарей, закрепленных винтами, при этом оси винтов перпендикулярны оси сопла.

На фиг.1 представлен общий вид заявляемого сопла.

На фиг.2 - вид заявляемого сопла с распорными элементами в виде отдельных сухарей.

На фиг.3 - место стыка секций.

Заявляемое сопло состоит из сверхзвукового охлаждаемого раструба 1, соплового неохлаждаемого насадка, состоящего из 2-х секций: меньшей секции 2, которая крепится к охлаждаемому раструбу 1 и большей секции 3, которая стыкуется с меньшей секцией 2. Большая секция 3 со стороны стыка с меньшей секцией 2 содержит кольцевой уступ 4, минимальный диаметр d₁ которого больше максимального диаметра d₂ меньшей секции 2 с большей секцией 3 по скользящей посадке. На поверхности малого диаметра d₁ большей секции 3 выполнен кольцевой бурт 5, взаимодействующий с торцевой поверхностью на срезе меньшей секции 6. Секции насадка соединены между собой с помощью распорного элемента 7, например, в виде разрезного кольца, установленного между боковой поверхностью 8 уступа на большей секции 3 и упорной поверхностью 9 меньшей секции 2.

Если распорный элемент выполнен в виде отдельных сухарей 10, последние крепятся к большей секции винтами 11, оси которых перпендикулярны оси сопла. При количестве секций больше двух конструкция их соединения аналогична.

Процесс сборки устройства происходит следующим образом.

Большая секция 3 со стороны среза сопла устанавливается на меньшую секцию 2 до соприкосновения бурта 5 большей секции 3 с торцем 6 меньшей секции 2. Между боковой поверхностью 8 уступа большей секции 3 и упорной поверхностью 9 меньшей секции 2 устанавливается распорный элемент 7. В том случае, если распорный элемент выполнен в виде отдельных сухарей 10, сухари 10 крепятся к большей секции 3 винтами 11. Для обеспечения равномерной затяжки стыка двух секций по всей окружности боковая поверхность 8 уступа и взаимодействующая с ней поверхность распорного элемента 7 выполнены наклонными. В случае выполнения распорного элемента в виде отдельных сухарей 10 при приложении одинакового момента затяжки на винты 11 обеспечивается одинаковое стягивающее усилие по всей длине окружности стыка секций 2 и 3.

Угол наклона поверхности уступа 8, взаимодействующей с распорным элементом 7, определяется экспериментально, исходя из обеспечения требуемого усилия стягивания секций между собой и сохранения этого усилия в процессе работы двигателя при температурах секций от минус 160°С до плюс 1700°С. При этом учитываются прочностные характеристики материалов секций неохлаждаемого насадка и их коэффициенты теплового расширения, а также коэффициенты теплового расширения материалов распорного элемента и винтов.

Установка всех последующих секций происходит аналогичным способом.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет повысить технологичность процесса сборки секций сопла за счет установки секций неохлаждаемого насадка со стороны среза сопла и тем самым дает возможность производить эту установку в любой момент технологического цикла изготовления ступени ракеты-носителя. Это позволяет использовать находящееся в эксплуатации стапельное, транспортное, испытательное и другое технологическое оборудование без доработки и значительно удешевляет модернизацию ступеней ракет-носителей.

Сопло жидкостного ракетного двигателя содержит сверхзвуковой охлаждаемый раструб и неохлаждаемый секционный сопловой насадок из композиционного материала с узлом стыка между секциями, содержащим кольцевой уступ на большей секции и упорную поверхность на меньшей секции. Минимальный диаметр кольцевого уступа большей секции выполнен больше максимального диаметра меньшей секции. Между кольцевым уступом большей секции и упорной поверхностью меньшей секции установлен распорный элемент. На поверхности малого диаметра большей секции выполнен кольцевой бурт, боковая поверхность которого взаимодействует с ответной поверхностью, выполненной на срезе меньшей секции. Изобретение повысит технологичность процесса сборки секций сопла и даст возможность производить эту установку в любой момент технологического цикла изготовления ступени ракеты-носителя. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Сопло жидкостного ракетного двигателя, содержащее сверхзвуковой охлаждаемый раструб и неохлаждаемый секционный сопловой насадок из композиционного материала с узлом стыка между секциями, который содержит кольцевой уступ на большей секции и упорную поверхность на меньшей секции, отличающееся тем, что минимальный диаметр кольцевого уступа большей секции выполнен больше максимального диаметра меньшей секции, при этом между кольцевым уступом большей секции и упорной поверхностью меньшей секции установлен распорный элемент, а на поверхности малого диаметра большей секции выполнен кольцевой бурт, боковая поверхность которого взаимодействует с ответной поверхностью, выполненной на срезе меньшей секции.2. Сопло ракетного двигателя по п.1, отличающееся тем, что боковая поверхность уступа и взаимодействующая с ним поверхность распорного элемента выполнены наклонными.3. Сопло ракетного двигателя по п.2, отличающееся тем, что распорный элемент выполнен в виде отдельных сухарей, закрепленных винтами на большей секции, при этом оси винтов перпендикулярны оси сопла.