РАЗДВИЖНОЕ СОПЛО РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2006 года по МПК F02K9/97 

Изобретение относится к ракетной технике, а именно к раздвижным соплам твердотопливных ракетных двигателей.

Известна конструкция раздвижного сопла (кн. "Конструкция ракетных двигателей на твердом топливе", автор Л.Н.Лавров и др., 1993 г., Москва, Машиностроение, рис.3.13, стр.141), содержащая раструб, на наружной поверхности которого равномерно по периметру расположены кронштейны с закрепленными на них направляющими стержнями, на которые опирается подвижный конический насадок. В транспортном (сложенном) положении насадок закреплен на радиальных выступах кронштейнов с помощью разрывных пироболтов. Наименьший диаметр на насадке выполнен в виде кольцевого выступа, который взаимодействует с направляющими стержнями. На наружной поверхности раструба выполнен торцевой уступ с кольцевой проточкой, в которой помещен кольцевой резиновый демпфер. Перед кольцевым демпфером по потоку газа установлен механизм фиксации насадка в выдвинутом (рабочем) положении, выполненный в виде цангового замка.

Недостатком конструкции является недостаточная жесткость фиксации насадка на раструбе в рабочем положении. Нежесткость фиксации обусловлена тем, что в механизме фиксации имеется упругий элемент - демпфер, который при определенных нагрузках может дополнительно сжиматься с неравномерным нагруженном упругих элементов цангового замка. Это может произойти при обратном движении (отскоке) насадка в сторону цангового замка в процессе автоматической стыковки или при резком отклонении сопла на некоторый угол при парировании возмущающих усилий на изделие при разделении ступеней, что может привести к нерасчетной деформации упругих элементов цангового замка и их разрушению.

Недостатком конструкции также является силовое воздействие газового потока на внутреннюю поверхность насадка, препятствующее его выдвижению.

Известны конструкции сопел, у которых внутренний профиль насадка защищен от истекающего газового потока цилиндром, что исключает появление силы, препятствующей выдвижению насадка.

Известна конструкция телескопического сопла ракетного двигателя (заявка Японии 60-50259 от 30.07.85, МКИ F 02 К 9/97), которая содержит конический раструб, сдвигаемый насадок, жестко скрепленный с опорным устройством направленного выдвижения, выполненного в виде тонкостенного цилиндрического стакана, с внутренней стороны донной части которого помещен газогенератор.

В зоне наименьшего диаметра раструба установлена заглушка, образующая замкнутую полость совместно с внутренней конической поверхностью неподвижного раструба, внутренней поверхностью цилиндрического стакана и его донной частью. Указанная замкнутая полость в совокупности с размещенным в ней газогенератором выполняет роль привода выдвижения насадка.

В зоне наибольшего диаметра раструба расположено устройство фиксации насадка в рабочем положении, имеющее торцевой уступ у наибольшего диаметра раструба, к которому примыкает упругое демпферное уплотнительное кольцо, а к другому торцевому уступу (меньшего диаметра) присоединен кольцевой ряд упругих пластин, образующих цанговый замок.

В целях снижения полетной массы устройство направленного выдвижения насадка отделяется после завершения процесса выдвижения насадка.

Недостатком конструкции сопла является неконтролируемый процесс отделения цилиндрического стакана после выдвижения насадка, что снижает надежность работы сопла при полете.

Образование сквозного прогара цилиндра приводит к возникновению несимметричной локальной боковой нагрузки на сопло и, как следствие, возмущению на изделие в полете. Вылет цилиндра происходит с перекосом, который сопровождается дополнительной боковой силой из-за обдува потоком перекошенного цилиндра и дополнительными возмущающими импульсами на ракету. Причем при несимметричном вылете возможен удар цилиндра о насадок раструба и повреждение насадка. Все возмущения на изделие необходимо парировать системой управления изделием.

Кроме того, приобретенная в процессе разгона совместно с насадком кинетическая энергия цилиндрического стакана увеличивает ударный возмущающий импульс вдоль оси сопла при взаимодействии раструба с насадком во время стыковки. Увеличение энергии удара требует увеличения прочности конструктивных элементов за счет их толщин и ведет к повышению полетной массы изделия.

Недостатки вышеупомянутой конструкции телескопического сопла, в части конструкции механизма фиксации насадка в рабочем положении, относятся и для данной конструкции.

Технической задачей предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков конструкции путем обеспечения механического высвобождения тонкостенного направляющего цилиндра и организованного его отделения (сброса) с обеспечением надежной фиксации насадка на раструбе при выдвинутом его положении.

Технический результат достигается тем, что в известном сопле, содержащем раструб, соосно размещенный на нем насадок с присоединенным направляющим цилиндром, механизм фиксации выдвинутого положения насадка, направляющий цилиндр с выдвигаемым насадком соединены фиксаторами выдвинутого положения насадка с возможностью их ограниченного перемещения, при этом в насадке со стороны малого диаметра и направляющем цилиндре по периметру выполнены радиально расположенные совпадающие сквозные отверстия, в которых размещены подпружиненные фиксаторы выдвинутого положения с профилированной концевой частью со стороны направляющего цилиндра, например, в виде пластины со скосом, при этом отверстия в цилиндре совпадают с отверстиями в насадке и переходят в продольные сквозные пазы, выходящие на торец цилиндра, с шириной продольного паза, превышающей толщину профилированного участка фиксатора, а на наибольшем диаметре раструба выполнен ответный кольцевой паз.

Предлагаемое решение технической задачи поясняется графическим материалом. На фиг.1 изображен продольный разрез сопла в сложенном положении (пунктиром показан насадок в рабочем положении). На фиг.2 показана выноска I в более крупном масштабе в промежуточном положении выдвижения насадка. На фиг.3 и 4, на разрезах, показано соединение цилиндра с насадком. На фиг.5 показан вид сверху на подпружиненный фиксатор выдвинутого положения насадка.

Сопло с насадком содержит раструб 1 с направляющими 2, соосно расположенный на нем насадок 3. На внутренней поверхности насадка 3 закреплен цилиндр 4 с кольцевым выступом 5.

Насадок 3 внутренней поверхностью опирается на наружную поверхность цилиндра 4, поддерживающие выступы 6 и кольцевым выступом 7 на направляющую 2. От осевого перемещения насадок 3 удерживается фиксаторами транспортного положения (не показаны).

Цилиндр 4 и насадок 3 удерживаются от относительного взаимного перемещения фиксаторами выдвинутого положения 8 с контактом поверхностей 9 и 10 соответственно цилиндра 4 и фиксаторов выдвинутого положения 8.

Концевые участки 11 фиксаторов выдвинутого положения 8 выполнены плоскими со скосом 12, обращенным к раструбу 1 и меньшей толщины, чем продольные пазы 13. На раструбе 1 в зоне наибольшего диаметра выполнена кольцевая проточка 14 с наклонным выступом 15 и кольцевая проточка 16 с помещенным в ней демпферным кольцом 17.

Сквозные отверстия 18 переходят в открытые продольные пазы 13, выходящие на торец 19 цилиндра 4.

Фиксаторы выдвинутого положения 8 в исходном положении поджаты к цилиндру 4 по поверхности 10 пружиной 20. Насадок 3 в исходном положении удерживается механическими связями, соединяющими его с раструбом 1, например, с помощью пироболтов (не показаны).

Работает конструкция следующим образом.

После подачи команды на запуск двигателя и разрыва механических связей (например, рвутся пироболты) газовый поток, истекая из раструба 1, воздействует на уступ 5 цилиндра 4 создавая силу, которая сдвигает насадок 3 в осевом направлении. По мере выдвижения насадка газовый поток начинает воздействовать и на внутреннюю поверхность цилиндра 4.

При движении насадок 3 уступом 7 скользит по направляющей 2, а цилиндр скользит по наибольшему диаметру раструба 1.

От перекосов насадок 3 удерживается направляющими 2, цилиндром 4 с выступами 6.

На конечном участке движения насадка 3 фиксаторы 8, наталкиваясь наклонными участками 12 на наклонный выступ 15 раструба 1, радиально перемещаются вдоль своей оси преодолевая усилие пружины 20, при этом скользя поверхностью 10 фиксатора 8 и по поверхности 9 цилиндра 4.

При подъеме фиксаторов 8 на максимальную высоту торец 21 проходит выступ 15, профилированная концевая часть 11 фиксаторов 8 оказывается напротив продольных пазов и силами газового потока цилиндр 4 продолжает движение относительно насадка 3. Продольный паз 13 не препятствует проходу концевой профилированной части фиксатора 8, выполненной в виде пластины, относительно цилиндра 4, и концевые части 11 фиксаторов, пройдя выступ 15, под действием пружин 20 опускаются в кольцевую канавку 14 раструба 1 и фиксируют насадок 3 на раструбе в выдвинутом положении. При этом эластичное демпферное кольцо 17, обжимаясь кольцевым выступом 7 насадка 3, амортизирует его и уплотняет место стыка.

Данная конструкция соединения насадка с раструбом в рабочем положении позволяет уменьшить силу взаимодействия движущейся инерционной массы с упругим демпфером и раструбом, что дает возможность уменьшить габариты и массу демпферного кольца. Тем самым уменьшить энергию сжатия демпфера и обратного отскока.

Предлагаемая конструкция сопла, реализуя безударное механическое отделение (сбрасывание) цилиндра без увеличения массы конструкции, позволяет снизить потери тяги в нем, массу рулевого привода и снизить полетную массу сопла.

Цеховые стендовые испытания опытных образцов раздвижного телескопического сопла подтвердили его работоспособность.

Изобретение относится к ракетной технике, к соплам большой степени расширения с телескопически складываемым раструбом и может быть использовано при создании РДТТ. В раздвижном сопле ракетного двигателя, содержащее раструб, соосно размещенный на нем насадок с присоединенным направляющим цилиндром, механизм фиксации выдвинутого положения насадка, направляющий цилиндр соединен с насадком фиксаторами с возможностью их ограниченного радиального перемещения, при этом в насадке со стороны малого диаметра и направляющем цилиндре по периметру выполнены радиально расположенные совпадающие сквозные отверстия, в которых размещены подпружиненные фиксаторы с профилированной концевой частью со стороны направляющего цилиндра, например, в виде пластины со скосом, при этом отверстия в цилиндре переходят в сквозные продольные пазы, выходящие на торец цилиндра, с шириной продольного паза, превышающей толщину профилированного участка фиксатора, а на наибольшем диаметре раструба выполнен ответный кольцевой паз. Изобретение обеспечивает безударное механическое отделение (сбрасывание) цилиндра без увеличения массы конструкции, позволяет снизить потери тяги в нем, массу рулевого привода и снизить полетную массу сопла. 5 ил.

Раздвижное сопло ракетного двигателя, содержащее раструб, соосно размещенный на нем насадок с присоединенным направляющим цилиндром, механизм фиксации выдвинутого положения насадка, отличающееся тем, что направляющий цилиндр соединен с насадком фиксаторами с возможностью их ограниченного радиального перемещения, при этом в насадке со стороны малого диаметра и направляющем цилиндре по периметру выполнены радиально расположенные совпадающие сквозные отверстия, в которых размещены подпружиненные фиксаторы с профилированной концевой частью со стороны направляющего цилиндра, например, в виде пластины со скосом, при этом отверстия в цилиндре переходят в сквозные продольные пазы, выходящие на торец цилиндра, с шириной продольного паза, превышающей толщину профилированного участка фиксатора, а на наибольшем диаметре раструба выполнен ответный кольцевой паз.