РАЗДВИЖНОЕ СОПЛО РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2006 года по МПК F02K9/97 F02K1/09 

Изобретение относится к ракетной технике и может быть использовано при создании раздвижных сопел ракетных двигателей.

Известно раздвижное сопло, международная заявка WO 98/28533, F 02 K 9/97, 1998, в котором насадки по меньшему диаметру каждого центрируются при помощи двухзвенных рычагов (пантографов). Внутри выдвижных насадков установлены сбрасываемые цилиндрические оболочки с торцевыми крышками на конце каждой оболочки. В случае холодной раздвижки (до запуска двигателя) с помощью привода цилиндрические оболочки выполняют вспомогательную роль по дополнительному центрированию выдвижных насадков. Торцевые крышки, закрепленные на цилиндрических оболочках, обеспечивают необходимую жесткость всей системы выдвижных насадков при всех транспортных режимах до запуска двигателя.

Недостатком раздвижного сопла, выполненного по данному патенту, является большой вес направляющего центрирующего механизма и большая доля сбрасываемых частей (оболочки и торцевые крышки), что становится космическим мусором.

Известно раздвижное сопло ракетного двигателя с зубчато-реечными направляющими выдвижного насадка и синхронизирующим зубчатым колесом на нем (см. патент РФ №2190111, F 02 K 1/28, 2002), взятое в качестве прототипа. В сложенном положении сопла выдвижной насадок опирается на продольные зубчатые направляющие на неподвижной части в районе меньшего диаметра выдвижного насадка. Большая часть раструба выдвижного насадка не опирается на стационарную часть сопла, поэтому при транспортировке и при работе предыдущих ступеней на раструбе выдвижного насадка возможно возникновение больших вибрационных колебаний, связанных с небольшой жесткостью выдвижного насадка, не подпертого давлением истекающей струи (до запуска двигателя).

Технической задачей данного изобретения является устранение указанных недостатков и обеспечение надежной работы раздвижного сопла на всех возможных режимах его работы.

Технический результат достигается тем, что в известном раздвижном сопле, которое содержит стационарную часть, выдвижной конический насадок, продольные зубчато-реечные направляющие, привод выдвижения, оси валов, на которых установлены шестерни, перпендикулярные оси сопла и взаимодействующие с продольными зубчато-реечными направляющими и с торцевыми зубьями на кольце, установленном на выдвижном коническом насадке с возможностью вращения вокруг центральной оси сопла, на стационарной части сопла у его среза равномерно по периметру под выдвижной насадок установлены радиальные подпорки с возможностью поворота в сторону его выдвижения в плоскости, проходящей через ось сопла. Каждая подпорка на выдвижном насадке может быть закреплена на оси, параллельной касательной к окружности в плоскости установки радиальных подпорок, а на стационарной части сопла поверхность, контактирующая с площадками подпорок, выполнена конической, расширяющейся к срезу сопла.

На фиг.1 изображен общий вид раздвижного сопла, на фиг.2 показан вид на раздвижное сопло с меньшего торца, на фиг.3 изображена подпорка в масштабе 1:1, на фиг.4 - вид А на подпорку, на фиг.5 - вид по стрелке Б, на фиг.6, 7, 8 показан процесс поворота подпорки при раздвижке раструба.

Раздвижное сопло имеет стационарную часть раструба 1 и выдвижной конический насадок 2, движущийся по продольным направляющим 3, на которых установлены зубчатые рейки 4.

Продольные направляющие 3 расположены, например, в плоскостях под углом 120° (фиг.2).

На меньшем торце выдвижного конического насадка установлены шестеренчатые валики 5, оси которых перпендикулярны центральной оси сопла, и установлено кольцо 6 с торцевыми зубьями, причем кольцо может вращаться вокруг центральной оси сопла.

Шестеренчатый валик при помощи шестеренок 7 находится в зацеплении с зубчатыми рейками 4, а при помощи шестеренок 8 зацепляется с торцевыми зубьями кольца 6.

Движение выдвижного конического насадка обеспечивается, например, электроприводом 9, который соединен с одним из шестеренчатых валиков 5.

С целью увеличения жесткости выдвижного насадка до запуска двигателя на стационарной части сопла 1 у его среза равномерно по периметру под выдвижной насадок 2 установлены радиальные подпорки 10 с возможностью поворота в сторону его выдвижения. (См. фиг.3, фиг.4, фиг.5.)

Наружная часть подпорки 10 заканчивается цилиндрической поверхностью, которая опирается также на цилиндрическую поверхность вкладыша 11, приклеенного к раструбу выдвижного насадка 2, причем ось этой цилиндрической поверхности параллельна касательной к окружности в плоскости установки радиальных подпорок 10. Внутренняя часть подпорки 10 имеет опорную площадку, опирающуюся на коническую расширяющуюся часть стационарного раструба 1. От случайного движения во внутрь сопла подпорки 10 установлена планка 12. От случайного движения наружной части подпорки 10 вдоль цилиндрической поверхности вкладыша 11 предусмотрена установка ограничивающих пластинок 13 с обоих сторон вкладыша 11. При проведении цеховых работ по выдвижению насадка (не менее 10 раз) в составе ступени предусмотрена вставка технологических осей 14, которые гарантируют при данных работах не выпадение подпорок 10 из своих опорных мест. После завершения всех технологических работ по выдвижению насадка технологические оси снимаются.

Работает сопло следующим образом.

На всех режимах транспортировки до запуска двигателя зубчато-реечный направляющий механизм зафиксирован от движения стопорным пиросредством. При этом тонкостенный углерод-углеродный раструб выдвижного насадка 2 опирается через подпорки 10 на срез неподвижного раструба 1. Таким образом обеспечивается необходимая жесткость всей раздвижной системы.

Непосредственно перед запуском двигателя, после подачи команды на расфиксацию, привод 9 вращает один из шестеренчатых валиков 5. Весь механизм зубчато-реечных направляющих обеспечивает бесперекосное движение выдвижного насадка 2 в рабочее положение.

При движении выдвижного конического насадка 2 происходит поворот подпорки 10 вокруг внутренней опорной поверхности, расположенной на наружной поверхности стационарного раструба, до тех пор, пока подпорка 10 не уйдет за плоскость среза стационарного раструба (см. фиг.6). После постановки выдвижного конического насадка в рабочее положение происходит запуск двигателя и все подпорки 10 и опорные вкладыши 11 выполненные, например, из пенопласта, сдуваются струей горячего газа, и происходит штатная работа двигателя с раздвижным соплом ракетного двигателя.

Таким образом, по сравнению с прототипом, предлагаемая конструкция раздвижного сопла обладает высокой конструктивной жесткостью на всех возможных режимах работы двигателя и обеспечивает его надежную работу.

Изобретение относится к ракетной технике и может быть использовано в раздвижных соплах ракетных двигателей. Раздвижное сопло ракетного двигателя содержит стационарную часть, выдвижной конический насадок, продольные зубчато-реечные направляющие, привод выдвижения, оси валов с установленными на них шестернями, перпендикулярными оси сопла и взаимодействующими с продольными зубчато-реечными направляющими и с торцевыми зубьями на кольце, установленном на выдвижном коническом насадке с возможностью вращения вокруг центральной оси сопла, на стационарной части сопла у его среза равномерно по периметру на выдвижной насадок установлены радиальные подпорки с возможностью поворота в сторону его выдвижения в плоскости, проходящей через ось сопла. Каждая подпорка на выдвижном насадке закреплена на оси, направленной по касательной к окружности в плоскости установки радиальных подпорок, а на стационарной части сопла поверхность, контактирующая с площадками подпорок, выполнена конической, расширяющейся к срезу сопла. Использование изобретения позволяет обеспечить высокую конструктивную жесткость раздвижного сопла на всех возможных режимах работы двигателя и его надежную работу. 1 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Раздвижное сопло ракетного двигателя, содержащее стационарную часть, выдвижной конический насадок, продольные зубчато-реечные направляющие, привод выдвижения, оси валов, на которых установлены шестерни, перпендикулярные оси сопла и взаимодействующие с продольными зубчато-реечными направляющими и с торцевыми зубьями на кольце, установленном на выдвижном коническом насадке с возможностью вращения кольца вокруг центральной оси сопла, отличающееся тем, что на стационарной части сопла у его среза равномерно по периметру под выдвижной насадок установлены радиальные подпорки с возможностью поворота в сторону его выдвижения в плоскости, проходящей через ось сопла.2. Раздвижное сопло по п.1, отличающееся тем, что в нем радиальные подпорки на выдвижном насадке закреплены на осях, параллельных касательным к окружности в плоскости установки подпорок, а на стационарной части поверхность, контактирующая с площадками подпорок, выполнена конической, расширяющейся к срезу сопла.