СИЛОВОЙ БЛОК ДВИГАТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ РАКЕТЫ-НОСИТЕЛЯ Российский патент 2013 года по МПК F02K9/88 

Изобретение относится к ракетной технике, конкретно к силовым блокам ракет-носителей (РН) с жидкостными ракетными двигателями, обеспечивающими поворот камер сгорания относительно корпуса ракеты-носителя с целью управления вектором тяги.

Одной из проблем создания систем управления вектором тяги РН является сложность конструкции системы, низкая надежность и недостаточный угол отклонения вектора тяги от вертикальной оси РН.

Известен жидкостный ракетный двигатель и узел подвески камеры сгорания по патенту РФ на изобретение №2409755, опубл. 20.01 2011 г., в котором узел подвеса выполнен в виде сферического шарнирного соединения, имеющего подвижную, жестко соединенную с камерой сгорания, и неподвижную, жестко соединенную с газоводом и силовой рамой корпуса ракеты-носителя, части.

Недостатки двигателя и узла подвеса камеры сгорания.

1. Сложность конструкции узла подвеса камеры сгорания (КС) жидкостного ракетного двигателя (ЖРД) и низкая надежность его из-за того, что на узле подвеса качается весь тяжелый маршевый двигатель, а обеспечение вращения без заклинивания внутренней сферы во внешней, состоящей из верхней и нижней частей, требует сложного регулирования при сборке болтового соединения этих частей через регулировочную прокладку.

2. Двигатель не имеет эффективного управления вектором тяги из-за того, что для обеспечения вращения без заклинивания площадь схватывания внешней сферы внутренней должна быть не менее 2/3 сферической поверхности, что позволит отклонять маршевый двигатель от вертикальной оси на угол 5…7°.

3. Вращение маршевого двигателя в двух взаимно перпендикулярных плоскостях требует установки сложной и габаритной конструкции защиты хвостового отсека ракеты-носителя от продуктов сгорания двигателя для закрытия кольцевого зазора между подвижным соплом двигателя и неподвижным силовым кольцом хвостового отсека ракеты-носителя.

Известен шарнирный подвес (ШП) для установки реактивной камеры на летательном аппарате по патенту РФ на изобретение №2090773, опубл. 20.09.1997 г., прототип, в котором шарнирный подвес включает охватывающий реактивную камеру (РК) силовой пояс, первую пару шарниров с общей осью вращения для крепления силового пояса к борту летательного аппарата (ЛА), вторую пару шарниров с общей осью вращения для крепления РК к силовому поясу.

Недостатки ШП.

1. Сложность конструкции и низкая надежность ШП из-за смещения друг относительно друга двух пар шарниров и наличия из-за этого двух силовых поясов для установки этих двух пар шарниров.

2. При использовании ШП реактивная камера двигателя ЛА имеет ограниченный угол поворота относительно продольной его оси, что снижает эффективность управления вектором тяги.

3. При использовании ШП для закрытия кольцевого зазора между подвижным соплом реактивной камеры и неподвижным силовым кольцом хвостового отсека ЛА потребуется сложная и габаритная конструкция защиты хвостового отсека ЛА от продуктов сгорания реактивной камеры.

Изобретение решает техническую задачу повышения эффективности системы управления вектором тяги РН, создания надежной конструкции защиты хвостового отсека РН от продуктов сгорания ЖРД и увеличения угла отклонения вектора тяги.

Указанная техническая задача решается за счет того, что в известном техническом решении, содержащем силовой блок двигательной установки РН, включающий маршевый двигатель, хвостовой отсек с силовым кольцом, согласно изобретению в отсеке установлен рулевой двигатель, включающий четыре рулевые камеры с возможностью их качания в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, а на каждой рулевой камере установлен блистер, жестко соединенный с камерой в зоне узла качания и критического сечения, причем каждая рулевая камера с блистером в свою очередь подвижно установлены на траверсе, жестко закрепленной на силовом кольце, для обеспечения возможности качания каждой из них на общий угол не менее 90°.

Кроме этого блистер выполнен в виде части торообразной поверхности, состоящей из двух жестко соединенных между собой получаш.

Траверса выполнена из двух частей, жестко соединенных между собой разъемным соединением.

Гибкие трубопроводы, обеспечивающие качание камеры на общий угол не менее 90°, расположены внутри хвостового отсека вне зоны перекрытия подвижного блистера и неподвижной траверсы и проходят через ось качания камеры.

На блистере изнутри установлена теплоизоляция, а зазор между подвижным блистером и неподвижной траверсой закрыт также теплоизоляцией.

Сущность изобретения поясняется на чертежах, причем:

на фиг.1 приведена конструкция рулевого двигателя с четырьмя рулевыми камерами, с гибкими трубопроводами;

на фиг.2 изображен вид А (повернуто);

на фиг.3 изображен разрез Б-Б;

на фиг.4 приведена конструкция узла подвеса рулевой камеры;

на фиг.5 изображен разрез Г-Г, где:

1 - силовое кольцо;

2 - рулевая камера;

3 - гибкие трубопроводы;

4 - ось качания;

5 - болт;

6 - гайка;

7 - теплоизоляция;

8 - камера сгорания;

9 - левая получаша блистера;

10 - блистер;

11 - правая получаша блистера;

12 - винт;

13 - гайка;

14 - узел качания;

15 - болт;

16 - сопло;

17 - винт;

18 - траверса;

19 - правая часть траверсы;

20 - левая часть траверсы;

21 - болт;

22 - гайка;

23 - теплоизоляция.

На силовое кольцо 1 хвостового отсека РН на фиг.1 установлен рулевой двигатель с четырьмя рулевыми камерами 2, попарно качающимися в двух взаимно перпендикулярных плоскостях Х и Z.

Возле каждой рулевой камеры 2 установлены гибкие трубопроводы 3, оси которых проходят через ось качания 4 рулевой камеры 2. Рулевая камера 2 крепится к силовому кольцу 1 болтами 5 и гайками 6. С наружной стороны отсека место установки рулевой камеры 2 закрыто теплоизоляцией 7.

Конструкция узла подвеса рулевой камеры на фиг.2 содержит КС 8 с установленными на ней левой получашей 9 блистера 10 и правой получашей 11 блистера 10. Получаши блистера соединены между собой винтами 12 и гайками 13. Блистер 10 закреплен на КС 8 в зоне узла качания 14 болтами 15, а в зоне критического сечения сопла 16 КС 8 - винтами 17. КС 8 с блистером 10 в узле качания 14 установлена на траверсе 18. Траверса 18 состоит из правой части траверсы 19 и левой части траверсы 20, которые соединены между собой болтами 21 и гайками 22. На блистере 10 изнутри установлена теплоизоляция 23.

Работа рулевого двигателя осуществляется следующим образом.

При запуске маршевого двигателя РН одновременно включается рулевой двигатель с четырьмя рулевыми камерами 2. Маршевый двигатель установлен неподвижно относительно РН. Вектор тяги маршевого двигателя и вектора тяги четырех рулевых камер 2 совпадают с продольной осью РН. При отклонении продольной оси РН от заданной траектории полета рулевые камеры 2, попарно качаясь в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, отклоняют свои вектора тяги от продольной оси РН и создают момент, действующий через КС 8, узел качания 14, траверсу 18, силовое кольцо 1 на РН, который возвращает РН на заданную траекторию полета.

Деление на две части блистера 10 и траверсы 18 рулевого двигателя 2 позволяет облегчить сборку узла подвеса двигателя.

Качание рулевой камеры 2 в одной плоскости позволяет максимально упростить конструкцию узла качания 14 рулевой камеры 2, что повышает надежность его работы.

Крепление блистера 10 в зоне узла качания 14 и зоне критического сечения сопла 16 КС 8 обеспечивает жесткость блистера 10 при минимальной толщине его получаш 9, 11 от перепадов давления в хвостовом отсеке РН и окружающей среде.

Блистер 10, выполненный в виде части торообразной поверхности, закрывает собой вырез в траверсе 18, в плоскости которого вместе с блистером 10 качается КС 8.

Вырез в траверсе 18, состоящей из двух частей 19, 20 для облегчения ее сборки, точно повторяет контур блистера 10, что позволяет выполнить минимальный зазор 1…2 мм между неподвижной траверсой 18 и качающимся блистером 10.

Траверса 18 закрывает собой вырез в силовом кольце 1 хвостового отсека РН, предназначенный для установки рулевой камеры 2.

Такая конструкция узла подвеса и установка гибких трубопроводов 3, подходящих к КС 8 вне зоны перекрытия подвижного блистера 10 и неподвижной траверсы 18, проходящих через ось качания 4 КС 8, обеспечивают отклонение КС 8 от вертикальной оси Y на угол не менее 45°, а защита блистера 10 теплоизоляцией 23 и минимальный зазор между блистером 10 и траверсой 18, который закрыт теплоизоляцией 7, предотвратит попадание горячих продуктов сгорания в хвостовой отсек РН и защитит оборудование хвостового отсека от их температурного воздействия.

Установка по две рулевые камеры 2, попарно качающиеся в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, на каждую плоскость качания улучшит центровочные характеристики РН, а отклонение рулевых камер 2 от вертикальной оси Y, совпадающей с продольной осью РН, на угол не менее 45° позволит управлять вектором тяги РН в диапазоне ±45° и более относительно направления полета РН.

Применение изобретения позволит следующее.

1. Значительно повысить эффективность управления вектором тяги РН с одновременным улучшением центровочных характеристик РН за счет установки гибких трубопроводов вне зоны перекрытия подвижного блистера и неподвижной траверсы, проходящих через ось качания камеры, за счет установки четырех рулевых камер: по две на каждую плоскость качания с возможностью их качания в двух взаимно перпендикулярных плоскостях на угол не менее 45° от продольной оси РН.

2. Обеспечить надежную защиту хвостового отсека РН с оборудованием от проникновения в него продуктов сгорания двигателей за счет торообразной поверхности блистера, качающегося вместе с камерой относительно неподвижной траверсы, которая позволяет обеспечить минимальный, не более 2 мм, зазор между блистером и траверсой, который закрыт теплоизоляцией, а блистер изнутри также защищен теплоизоляцией.

3. Облегчить сборку узла подвеса рулевого двигателя за счет того, что блистер состоит из двух тонкостенных получаш, которые для обеспечения жесткости блистера крепятся на камере в зоне узла качания и критического сечения сопла камеры и соединены между собой, траверса - из двух частей.

4. Упростить конструкцию узла подвеса за счет того, что рулевая камера качается только в одной плоскости.

Изобретение относится к ракетной технике и может быть использовано преимущественно в силовых блоках ракет-носителей (РН) для управления вектором тяги. Силовой блок РН с управляемым вектором тяги содержит хвостовой отсек для установки маршевого жидкостного ракетного двигателя (ЖРД) и силовое кольцо. В отсеке установлен рулевой двигатель, включающий четыре рулевые камеры с возможностью их качания в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, а на каждой рулевой камере установлен блистер, жестко соединенный с камерой в зоне узла качания и критического сечения, причем каждая рулевая камера с блистером в свою очередь подвижно установлена на траверсе, жестко закрепленной на силовом кольце, для обеспечения возможности качания каждой из них на общий угол не менее 90°. Блистер выполнен в виде части торообразной поверхности, состоящей из двух жестко соединенных между собой получаш, траверса выполнена из двух частей, жестко соединенных между собой разъемным соединением. При этом гибкие трубопроводы, подходящие к камере сгорания (КС), расположены внутри хвостового отсека вне зоны перекрытия подвижного блистера и неподвижной траверсы, проходят через ось качания КС, обеспечивающие качание КС на общий угол не менее 90°. При этом на блистере изнутри установлена теплоизоляция, а зазор между подвижным блистером и неподвижной траверсой закрыт также теплоизоляцией. Изобретение обеспечивает повышение эффективности управления вектором тяги РН, улучшает центровочные характеристики РН, обеспечивает надежную защиту хвостового отсека РН от продуктов сгорания рулевого двигателя и маршевого двигателя, облегчает сборку узла подвеса рулевой камеры, упрощает конструкцию узла качания. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Силовой блок двигательной установки ракеты-носителя, включающий маршевый двигатель, хвостовой отсек с силовым кольцом, отличающийся тем, что в отсеке установлен рулевой двигатель, включающий четыре рулевые камеры с возможностью их качания в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, а на каждой рулевой камере установлен блистер, жестко соединенный с камерой в зоне узла качания и критического сечения, причем каждая рулевая камера с блистером в свою очередь подвижно установлены на траверсе, жестко закрепленной на силовом кольце, для обеспечения возможности качания каждой из них на общий угол не менее 90°.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блистер выполнен в виде части торообразной поверхности, состоящей из двух жестко соединенных между собой получаш.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что траверса выполнена из двух частей, жестко соединенных между собой разъемным соединением.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что гибкие трубопроводы, обеспечивающие качание камеры на общий угол не менее 90°, расположены внутри хвостового отсека вне зоны перекрытия подвижного блистера и неподвижной траверсы и проходят через ось качания камеры.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на блистере изнутри установлена теплоизоляция, а зазор между подвижным блистером и неподвижной траверсой закрыт также теплоизоляцией.