КОРПУС ТВЕРДОТОПЛИВНОГО РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ ИЗ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА Российский патент 2009 года по МПК F02K9/34 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к корпусам ракетных двигателей на твердом топливе (РДТТ), изготовляемым из композиционного материала (КМ), и может быть использовано при создании твердотопливных двигателей ракет.

Из технической литературы известен корпус РДТТ, содержащий силовую цельномотанную оболочку типа «кокон», оболочку второго кокона и плоские кабели бортовой кабельной сети, средняя часть которых размещена в межкоконном пространстве, а их разъемы закреплены снаружи на днищах силовой оболочки (см. «Конструкции ракетных двигателей на твердом топливе», под общ. ред. чл. корр. Российской академии наук, д-ра техн. наук, проф. Л.Н.Лаврова. - М.: Машиностроение, 1993, стр.54, рис.2.1).

При закреплении разъемов кабелей на днищах, когда длина концевых частей кабеля соответствует длинам меридианов днищ под кабелем, при внутреннем давлении за счет растяжения силовой оболочки возникают сдвигающие силы в местах крепления разъемов к днищам и силы растяжения в металлических проводах. Это может привести к их разрыву (или деформации), а также к отрыву проводов от разъемов (или отрыв разъемов от днищ).

Технической задачей изобретения является повышение надежности работы кабелей за счет снижения растягивающих сил в проводах кабеля.

Технический результат достигается тем, что в корпусе твердотопливного ракетного двигателя из композиционного материала, содержащем силовую цельномотанную оболочку типа «кокон», оболочку второго кокона и плоские кабели бортовой кабельной сети, средняя часть которых размещена в межкоконном пространстве, а концевые части кабеля от межкоконного пространства до разъемов и сами разъемы - снаружи на днищах силовой оболочки, при этом разъемы закреплены на днищах, длина концевых частей кабеля больше длин меридиональных дуг под ними на днищах, а разности между длинами концевых частей кабеля и длинами соответствующих им меридиональных дуг под ними должны удовлетворять соотношениям:

Здесь:

L_1к, L_2к - длины концевых частей кабеля на переднем и заднем днищах соответственно;

L_1д, L_2д - длины меридиональных дуг под кабелями по переднему и заднему днищам;

ΔL_1д, ΔL_2д - удлинения меридиональных дуг под кабелями по переднему и заднему днищам соответственно;

ΔL_ц - удлинение цилиндрической части корпуса.

На фиг.1 показано сечение корпуса РДТТ, содержащего силовую оболочку 1, цилиндрическую оболочку второго «кокона» 2, плоский кабель бортовой кабельной сети 3 с разъемами 4. На фиг.2 показана зона расположения кабеля: средняя часть кабеля в межкоконном пространстве 5, концевые части кабеля на переднем днище 6 и на заднем днище 7 с разъемами 4, когда длины концевых частей кабеля соответствуют дугам меридианов днищ. На фиг.3 представлены части кабеля 5, 6, 7 в растянутом положении при действии внутреннего давления. На фиг.4 показано предлагаемое начальное расположение концевых частей кабеля 6 и 7 с длинами L_1к и L_2к над соответствующими дугами меридианов 8, 9, длины которых L_1д и L_2д меньше длин L_1к и L_2к. На фиг.5 представлено изменение формы концевых частей кабеля 6 и 7 предлагаемой конструкции при действии внутреннего давления.

При действии внутреннего давления происходит растяжение силовой оболочки корпуса. При закреплении разъемов кабелей 4 (фиг.2) на днищах таким образом, что полная длина кабеля (сумма длин участков кабеля 5, 6, 7) равна начальной длине меридиана силовой оболочки под кабелем, удлинение кабеля ΔL_к при действии давления (фиг.3) соответствует удлинению меридиана силовой оболочки корпуса между разъемами кабеля ΔL_CО, которое, в свою очередь, является суммой удлинений участков меридианов по днищам ΔL_1д, ΔL_2д и цилиндру ΔL_ц:

ΔL_к=ΔL_CO=ΔL_1д+ΔL_ц+ΔL_2д.

Учитывая высокую деформативность КМ, величина удлинения между местами закрепления разъемов кабелей может составить значительную величину. При этом возникают силы растяжения в металлических проводах и сдвигающие силы в местах крепления разъемов 4 к днищам силовой оболочки 1 (фиг.3). Это может привести к разрыву или деформации проводов, а также к отрыву проводов от разъемов 4, или отрыву разъемов 4 от днищ силовой оболочки 1.

В предлагаемой конструкции закрепление разъемов кабелей 4 выполнено таким образом, что дуги меридианов днищ под кабелями L_1д и L_2д меньше длин участков кабелей L_1к и L_2к (фиг.4). При действии давления за счет распрямления концевых участков кабеля 6, 7 (фиг.5) силы растяжения проводов снижаются.

При соответствующем выборе длин меридиональных дуг при удлинении силовой оболочки силы растяжения в проводах концевых участков кабеля можно полностью исключить. Однако и в этом случае в средней части кабеля 5 (фиг.5) при давлении могут возникать силы растяжения проводов. Это связано с тем, что оболочка средней части кабеля 5 растягивается, провода смещаются относительно оболочки и за счет трения между ними происходит их растяжение. При отсутствии сил растяжения в проводах концевых участков кабеля максимальная величина силы возникает в середине цилиндрической части силовой оболочки (неподвижная точка). При этом сила зависит от длины цилиндрической части L_ц (фиг.4) и от коэффициента трения. С увеличением длины L_ц сила возрастает. Если провода могут свободно смещаться относительно оболочки кабеля, то можно исключить силы натяжения проводов по всей длине кабеля. Но если возникают силы растяжения проводов концевых частей, то максимальная сила растяжения проводов средней части кабеля увеличивается. В связи с этим задача сводится к определению длин меридиональных дуг под концевыми частями кабеля, которые позволяют исключить натяжение проводов концевых частей кабеля и максимально снизить растягивающие силы в проводах средней его части, независимо от величины коэффициента трения.

Если смещение проводов относительно оболочки кабеля отсутствует (высокий коэффициент трения), то для исключения натяжения проводов в концевых частях достаточно, чтобы разности между длинами L_1к, L_2к концевых частей кабеля 6, 7 (фиг.4) и длинами L_1д, L_2д меридиональных дуг под ними 8, 9 были не менее удлинений этих дуг ΔL_1д, ΔL_2д (фиг.5) при давлении:

Однако при минимальном (близком к нулю) коэффициенте трения проводов относительно оболочки кабеля для исключения сил натяжения следует учесть также растяжение цилиндрической части силовой оболочки. Учитывая, что неподвижная точка при смещении проводов находится в середине цилиндрической части, в правые части неравенств следует включить половину удлинения ΔL_ц цилиндрической части силовой оболочки (фиг.5):

При выполнении данного соотношения в концевых частях кабеля 6, 7 (фиг.5) силы растяжения проводов отсутствуют, в связи с чем отсутствует и нагрузка на разъемы кабеля 4. Если провода могут свободно смещаться относительно оболочки кабеля, то силы натяжения проводов по всей длине кабеля отсутствуют.

Однако и при наличии трения (независимо от величины коэффициента трения) сила растяжения проводов в средней части кабеля 5 (фиг.5) существенно меньше, чем в конструкции, представленной на фиг.2, так как в концевых частях 6, 7, а следовательно, и на границах средней части кабеля 5 с концевыми частями 6, 7 (фиг.5) силы растяжения проводов отсутствуют.

Таким образом, использование изобретения позволит исключить натяжение металлических проводов кабеля в концевых частях, существенно снизить силы растяжения проходов в средней части кабеля и, в итоге, исключить возможный разрыв проводов, а также отрыв проводов от разъемов (или отрыв разъемов от днищ) при удлинении силовой оболочки при действии внутреннего давления.

Данное изобретение позволяет повысить надежность работы вмотанных кабелей в корпусе РДТТ из композиционного материала.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к корпусам ракетных двигателей на твердом топливе, изготовляемым из композиционного материала. Корпус твердотопливного ракетного двигателя из композиционного материала содержит силовую цельномотанную оболочку типа кокон, оболочку второго кокона и плоские кабели бортовой кабельной сети. Средняя часть кабелей размещена в межкоконном пространстве, а концевые части кабеля от межкоконного пространства до разъемов и сами разъемы - снаружи на днищах силовой оболочки, при этом разъемы закреплены на днищах. Длины концевых частей кабеля больше длин меридиональных дуг под ними на днищах, а разности между длинами концевых частей кабеля и длинами соответствующих им меридиональных дуг под ними удовлетворяют соотношениям, защищаемым настоящим изобретением. Изобретение позволяет повысить надежность работы вмотанных кабелей в корпусе ракетного двигателя твердого топлива из композиционного материала за счет исключения натяжения металлических проводов кабелей. 5 ил.

Корпус твердотопливного ракетного двигателя из композиционного материала, содержащий силовую цельномотанную оболочку типа «кокон», оболочку второго кокона и плоские кабели бортовой кабельной сети, средняя часть которых размещена в межкоконном пространстве, а концевые части кабеля от межкоконного пространства до разъемов и сами разъемы - снаружи на днищах силовой оболочки, при этом разъемы закреплены на днищах, отличающийся тем, что длины концевых частей кабеля больше длин меридиональных дуг под ними на днищах, а разности между длинами концевых частей кабеля и длинами соответствующих им меридиональных дуг под ними должны удовлетворять соотношениям:
L_1к-L_1д≥ΔL_1д+0,5ΔL_ц;
L_2к-L_2д≥ΔL_2д+0,5ΔL_ц,
где L_1к, L_2к - длины концевых частей кабеля на переднем и заднем днищах соответственно;
L_1д, L_2д - длины меридиональных дуг под кабелями по переднему и заднему днищам соответственно;
ΔL_1д, ΔL_2д - удлинения меридиональных дуг под кабелями по переднему и заднему днищам соответственно;
ΔL_ц - удлинение цилиндрической части корпуса.