РАСТРУБ СОПЛА Российский патент 2011 года по МПК F02K9/97 

Предлагаемое изобретение относится к области ракетной техники, а именно к конструкции раструба сверхзвуковой части сопла ракетного двигателя, преимущественно твердотопливного.

Известна конструкция сопла, содержащая металлический корпус, облицованный изнутри теплозащитным материалом (A.M.Синюков, Л.И.Волков, А.И.Львов, A.M.Шишкевич Баллистическая ракета на твердом топливе. М.: Воениздат, 1972 г., Ордена Трудового Красного Знамени Военное издательство Министерства Обороны СССР, стр.41, рис.2.18).

Недостаток этой конструкции состоит в том, что использование металлического корпуса повышает вес сопла, а следовательно, и двигателя в целом.

Известна конструкция сопла ракетного двигателя, в которой сопло полностью выполнено из стеклопластика или углепластика (A.M.Синюков, Л.И.Волков, А.И.Львов, A.M.Шишкевич Баллистическая ракета на твердом топливе. М.: Воениздат, 1972 г., Ордена Трудового Красного Знамени Военное издательство Министерства Обороны СССР, стр.41, рис.2.19).

Недостаток такой конструкции состоит в том, что для исключения теплового воздействия на приборы и механизмы, расположенные с наружной части сопла, необходима значительная толщина стенок сопла, что приводит к значительному утяжелению конструкции.

Целью предлагаемого изобретения является снижение веса конструкции при обеспечении защиты приборов, расположенных вблизи сопла, от нагрева.

Указанная цель достигается тем, что в раструбе сопла, изготовленном из пресс-материала, преимущественно углепластика, на его наружной конусной поверхности выполнены углубления, ограниченные плоскостями, перпендикулярными оси раструба, и продольными перемычками постоянной ширины h, плоскость симметрии которых проходит через образующие конусной поверхности раструба и ось раструба, углубления расположены равномерно по наружной поверхности раструба, толщина раструба δ в месте углублений равномерно уменьшается в сторону среза сопла, при этом углубления заполнены теплозащитным материалом, а на наружную поверхность раструба дополнительно нанесен слой того же теплозащитного материала, плотность которого меньше плотности пресс-материала сопла, в теплозащитном материале в каждом углублении на всю его толщину выполнено отверстие.

На фиг.1 показана конструкция раструба сопла. На фиг.2 - сечение раструба сопла.

Раструб сопла 1 изготовлен из пресс-материала, на его наружной конусной поверхности выполнены углубления 2, ограниченные плоскостями, перпендикулярными оси раструба, и продольными перемычками 3 постоянной ширины h, плоскость симметрии которых проходит через образующие конусной поверхности раструба и ось раструба, углубления 2 расположены равномерно по наружной поверхности раструба, толщина раструба δ в месте углублений 2 равномерно уменьшается в сторону среза сопла, при этом углубления 2 заполнены теплозащитным материалом 4, а на наружную поверхность раструба дополнительно нанесен слой того же теплозащитного материала 5, плотность которого меньше плотности пресс-материала сопла, в теплозащитном материале в каждом углублении на всю его толщину выполнено отверстие 6.

При включении сопла в работу продукты сгорания поступают в раструб сопла и под воздействием давления и температуры, которая может достигать значительных величин (до 3000°С), происходит прогрев конструкции. Углепластик прококсовывается и продукты его разложения истекают внутрь сопла. Остается только наполнитель, а связующее (органическая смола) улетучивается. Давление внутри раструба резко снижается к его выходной части. Поэтому толщину раструба в месте углублений можно уменьшить. Геометрические параметры, такие как глубина углублений, их количество и расстояние между ними, подбираются в каждом конкретном случае из условий прочности. Необходимость в заполнении теплозащитным материалом углублений (а также в нанесении на наружную поверхность раструба теплозащитного материала) обусловлена тем, что в процессе работы раструб малой толщины быстро прогревается и может оказывать тепловое воздействие на расположенные вблизи него приборы, одновременно с этим теплозащитное покрытие раструба препятствует разрушению раструба от наружного воздействия лазера или взрыва. Когда начинается прококсовка теплозащитного покрытия, то продукты его газификации начинают выходить через сквозные отверстия 6, не оказывая существенного влияния на приборы, окружающие раструб. Толщина теплозащитного покрытия снаружи раструба выбирается из расчета, чтобы не было полной прококсовки покрытия к концу работы.

Выполнение раструба сопла из пресс-материала, преимущественно углепластика, с углублениями, заполненными теплозащитным материалом, покрытого снаружи дополнительно тем же теплозащитным материалом (плотность которого меньше плотности пресс-материала раструба сопла), с отверстиями в теплозащитном материале в каждом углублении на всю его толщину, позволяет:

- сделать сопло более легким (часть материала сопла заменяется на теплозащитное покрытие, которое имеет удельный вес ниже, чем удельный вес эрозионностойкого пресс-материала (удельный вес теплозащитного пресс-материала ~0,55 г/см³, а эрозионностойкого пресс-материала ~1,4 г/см³));

- обеспечить защиту приборов, расположенных вблизи сопла, от нагрева и исключить выпадение теплозащитного материала из углублений;

- за счет наличия отверстий исключить возможность разрушения теплозащитного материала при выделении продуктов разложения пресс-материала.

Изобретение относится к области ракетной техники, а именно к конструкции раструба сверхзвуковой части сопла ракетного двигателя. Раструб сопла изготовлен из пресс-материала, преимущественно углепластика, и на его наружной конусной поверхности выполнены углубления, ограниченные плоскостями, перпендикулярными оси раструба, и продольными перемычками постоянной ширины. Плоскость симметрии перемычек проходит через образующие конусной поверхности раструба и ось раструба. Углубления расположены равномерно по наружной поверхности раструба. Толщина раструба в месте углублений равномерно уменьшается в сторону среза сопла. Углубления заполнены теплозащитным материалом, а на наружную поверхность раструба дополнительно нанесен слой того же теплозащитного материала, плотность которого меньше плотности пресс-материала сопла. В теплозащитном материале в каждом углублении на всю его толщину выполнено отверстие. Изобретение позволяет снизить вес сопла, а также обеспечить защиту приборов, расположенных вблизи сопла, от нагрева. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Раструб сопла ракетного двигателя, изготовленный из пресс-материала, преимущественно углепластика, отличающийся тем, что на его наружной конусной поверхности выполнены углубления, ограниченные плоскостями, перпендикулярными оси раструба, и продольными перемычками постоянной ширины h, плоскость симметрии которых проходит через образующие конусной поверхности раструба и ось раструба, углубления расположены равномерно по наружной поверхности раструба, толщина раструба δ в месте углублений равномерно уменьшается в сторону среза сопла, при этом углубления заполнены теплозащитным материалом, а на наружную поверхность раструба дополнительно нанесен слой того же теплозащитного материала, плотность которого меньше плотности пресс-материала сопла.

2. Раструб сопла ракетного двигателя по п.1, отличающийся тем, что в теплозащитном материале в каждом углублении на всю его толщину выполнено отверстие.