ЗАГЛУШКА РЕАКТИВНОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2006 года по МПК F02K1/00 F02K9/97 

Изобретение относится к технике реактивных двигателей (РД), в том числе и ракетных двигателей, в частности к заглушкам указанных двигателей, защищающим внутренние полости их камер от попадания влаги, пыли и иных веществ из внешней среды.

Известна герметизирующая заглушка РД (см. патент RU №1547463 A1, 25.04.1988, МПК7 F 02 К 9/60), устанавливаемая на срезе сопла и имеющая на внутренней поверхности симметрично канавке на ее внешней поверхности дополнительную кольцевую канавку, при этом площадь поверхности герметизирующей заглушки, ограниченная контуром каждой кольцевой канавки, равна или превышает площадь критического сечения сопла.

При запуске РД вскрывается крышка заглушки, при этом первоначально осуществляется отрыв ее центральной части с последующим удалением ее оставшейся кольцевой части, однако это техническое решение не позволяет осуществить сброс крышки заглушки до запуска РД, что снижает эффективность работы РД в момент старта, приводит к повышению давления внутри камеры сгорания, что требует повышения прочности сопла РД. Кроме того, не исключена возможность заклинивания кольцевой части крышки заглушки.

Известен РД (см. патент RU №2135812 С1, 25.11.1977, МПК7 F 02 К 9/95), содержащий заглушку, выполненную в виде соплового вкладыша с мембраной, образованной набором эквидистантных тонкостенных чашек с отбортовкой, выполненных из фольги, а на отбортовке равномерно по окружности выполнены зигзагообразные продольные гофры. При достижении расчетного давления внутри РД, происходит разрыв мембраны, однако указанное техническое решение не позволяет произвести проверку сброса заглушки, поскольку при проверке происходит ее разрушение, а наличие большого числа разлетающихся по непредсказуемой траектории осколков при ее вскрытии накладывает определенные ограничения на тип и конструктивные особенности пусковых установок (носителей).

Известна заглушка РД (см. патент RU №2159350 C1, 23.02.1999, МПК7 F 02 К 9/69), которая является наиболее близким аналогом к заявленному предложению и выбрана в качестве прототипа, содержащая крышку заглушки (тарель - в терминах прототипа), на периферийном участке которой установлена уплотнительная манжета, и элементы упора. После запуска РД под действием увеличивающегося давления крышка заглушки отходит и тянет за собой всю заглушку вместе с элементами упора, которая вышибается из сопла РД. Однако для срабатывания данного устройства необходимо избыточное давление в камере сгорания РД, что замедляет и усложняет его запуск, также невозможен сброс крышки заглушки до запуска РД, что осложняет подачу топлива и дренаж паров в камере сгорания. Кроме того, конструкция заглушки позволяет установить ее только при строго определенной форме сопла РД и неприменима при другой. Также отсутствует отводящая часть механизма сброса крышки заглушки, что затрудняет ее сброс в условиях противодавления (возникновения внешнего избыточного давления на срезе сопла относительно камеры сгорания РД) и обледенения.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что в известную заглушку РД, выбранную в качестве прототипа и содержащую крышку заглушки, на периферийном участке которой установлена уплотнительная манжета, и элемент упора, введены шток стопора двухстороннего действия, один конец которого помещен в отверстие крышки заглушки, а другой - в привод стопора двухстороннего действия, который закреплен на корпусе РД, элемент упора одной стороной закреплен на корпусе РД, а другой стороной упирается в углубление на крышке заглушки, шток стопора двухстороннего действия выполнен с возможностью перемещения вдоль собственной продольной оси. Привод стопора двухстороннего действия состоит из корпуса, в торцевую часть которого вкручена втулка, удерживающая пружину, которая поджимает шток стопора двухстороннего действия, а корпус выполнен с боковым отверстием для подачи рабочего тела, два уплотнительных и два защитных кольца расположены между корпусом и штоком двухстороннего действия. При этом угол α между продольной осью штока стопора двухстороннего действия и осью отверстия в крышке заглушки находится в интервале 0°<α≤85°. Также сущность изобретения заключается в использовании штока двухстороннего действия, который одой из своих поверхностей (стороной) обеспечивает надежную фиксацию, а другой - выталкивает крышку заглушки сопла РД при сбросе. При этом предусмотрена возможность "аварийного" сброса крышки заглушки при отказе одной из систем подачи рабочего тела или привода стопора двухстороннего действия РД или при несанкционированном запуске РД, что предотвращает взрыв. Кроме того, сброс крышки заглушки может быть произведен в любой момент времени в том числе и до запуска РД, а также в условиях противодавления или обледенения. Также предлагаемая заглушка работоспособна на любых типах и при любых формах сопла РД, при этом возможно использование различных источников рабочего тела, которые, как правило, и так имеются на борту и срабатывают непосредственно перед запуском РД. Это может быть и емкость высокого давления, и топливный насос, и давление наддува баков, и перепад давления в камере сгорания РД.

Технические результаты при использовании предложенной заглушки РД заключается: в исключении возникновения избыточного давления в камере сгорания РД в момент запуска и непосредственно перед ним, что облегчает и ускоряет запуск РД, поскольку сброс крышки заглушки может быть произведен в любой момент времени, в том числе и до запуска РД, в условиях противодавления и обледенения; в повышении надежности запуска РД и функционирования заглушки, т.к. крышка заглушки может быть сброшена, как за счет срабатывания привода стопора двухстороннего действия, так и в результате запуска РД; в установке на любой тип РД и при любых формах сопла РД; в возможности использования различных источников рабочего тела и различных видов рабочего тела - газа, жидкости или их смеси; в отсутствии разрушаемых элементов, которые при сбросе могут повредить пусковую установку (носитель), поскольку траектория отлета крышки заглушки предсказуема и может быть многократно проверена; в отсутствии ударных нагрузок, передаваемых на РД; в стопорении и отводе крышки заглушки одним и тем же элементом (штоком стопора двухстороннего действия), что значительно упрощает конструкцию и снимает проблему синхронизации движения стопорящей и отводящей частей механизма.

На фиг.1 приведен чертеж конструкции заглушки РД, на фиг.2 - чертеж конструкции привода стопора двухстороннего действия.

Заглушка РД содержит привод стопора двухстороннего действия 1, шток стопора двухстороннего действия 2, уплотнительную манжету 3, крышку заглушки 4, элемент упора 5, а привод стопора двухстороннего действия 1 состоит из пружины 6, втулки 7, корпуса 8, который имеет боковое отверстие 9, кольца уплотнительного 10, кольца защитного 11, кольца уплотнительного 12, кольца защитного 13. Кроме того, на фиг.1 изображены сопло РД 14 и корпус РД 15.

Крышка заглушки выполнена из металла или другого жесткого материала, однако может быть выполнена из мягкого полимерного материала или резины и непосредственно прилегать к корпусу или соплу РД. В качестве рабочего тела используют газ, жидкость или их смесь.

Устройство работает следующим образом. До сброса крышки заглушки 4 в застопоренном состоянии она удерживается штоком стопора двухстороннего действия 2, введенным в отверстие крышки заглушки 4, который удерживается в корпусе 8 и поджимается пружиной 6, которая опирается на втулку 7. Для сброса крышки заглушки 4 через боковое отверстие 9 для подачи рабочего тела подается рабочее тело (газ, жидкость или их смесь), которое передает давление на шток стопора двухстороннего действия 2. За счет разности диаметров участков штока стопора двухстороннего действия 2, на которые надеты уплотнительные кольца 10 и 12, а также защитные кольца 11 и 13, которые предотвращают деформацию уплотнительных колец 10 и 12, указанный шток стопора двухстороннего действия 2 сжимает пружину 6 и втягивается в привод стопора двухстороннего действия 1, выходя при этом из крышки заглушки 4. Благодаря углу α между продольной осью штока стопора двухстороннего действия 2 и отверстием в крышке заглушки 4 происходит отталкивание крышки заглушки 4 от среза сопла РД 14. Дальнейший отвод крышки заглушки 4 происходит с поворотом вокруг элемента упора 5 по инерции и под действием силы тяжести. При повороте крышки заглушки 4 вокруг элемента упора 5 на определенный угол происходит разрыв кинематической связи между ними и освобождение крышки заглушки 4, которая отлетает с заданной скоростью по строго заданной траектории.

Изобретение относится к технике реактивных двигателей, в том числе и ракетных двигателей (РД), в частности к заглушкам указанных двигателей, защищающим внутренние полости их камер от попадания влаги, пыли и иных веществ из внешней среды. Заглушка содержит крышку, на периферийном участке которой установлена уплотнительная манжета, шток стопора двухстороннего действия, один конец которого помещен в отверстие крышки заглушки, а другой - в привод стопора двухстороннего действия, который закреплен на корпусе РД, элемент упора одной стороной закреплен на корпусе РД, а другой стороной упирается в углубление на крышке заглушки, шток стопора двухстороннего действия выполнен с возможностью перемещения вдоль собственной продольной оси. Рассмотрена конструкция привода стопора двухстороннего действия. Изобретение обеспечивает исключение возникновения избыточного давления в камере сгорания в момент запуска и непосредственно перед ним. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Заглушка реактивного двигателя, содержащая крышку заглушки, на периферийном участке которой установлена уплотнительная манжета, и элемент упора, отличающаяся тем, что введены шток стопора двухстороннего действия, один конец которого помещен в отверстие крышки заглушки, а другой - в привод стопора двухстороннего действия, который закреплен на корпусе реактивного двигателя, при этом элемент упора одной стороной закреплен на корпусе реактивного двигателя, а другой стороной упирается в углубление на крышке заглушки, шток стопора двухстороннего действия выполнен с возможностью перемещения вдоль собственной продольной оси.2. Заглушка по п.1, отличающаяся тем, что привод стопора двухстороннего действия содержит корпус, в торцевую часть которого вкручена втулка, удерживающая пружину, которая поджимает шток стопора двухстороннего действия, а корпус выполнен с боковым отверстием для подачи рабочего тела, два уплотнительных и два защитных кольца, расположенных между корпусом и штоком стопора двухстороннего действия.3. Заглушка по п.1, отличающаяся тем, что угол α между продольной осью штока стопора двухстороннего действия и осью отверстия в крышке заглушки находится в интервале 0°<α≤85°.