УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВОСПРИЯТИЯ ТЯГИ И ПРОТОКА ДВУХ КОМПОНЕНТОВ ТОПЛИВА Российский патент 2015 года по МПК F02K9/44 F02K9/66 

Область техники

Изобретение относится к ракетной технике и, в частности, к устройствам, воспринимающим тягу жидкостного ракетного двигателя (ЖРД) и позволяющим обеспечить проток компонентов топлива из баков ракеты в магистрали двигателя и качание двигателя.

Предшествующий уровень техники

Известно устройство для восприятия тяги, развиваемой ЖРД, и передачи ее на силовой шпангоут ракеты (см. ЖРД F-1 РН «Сатурн-5» США, кн. «Конструирование и проектирование ЖРД» под ред. проф. Г.Г. Гахуна, М., Машиностроене, с.355, рис.14, 1989 г.). Устройство включает карданный подвес, который размещен между неподвижной рамой двигателя и подвижным элементом конструкции двигателя. В этой конструкции трубопровод горючего входной магистрали двигателя включает три последовательно соединенных сильфонных узла угловых перемещений, расположенных в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Трубопровод окислителя входной магистрали имеет два сильфона карданного типа, один из которых допускает угловые перемещения.

К недостаткам данной конструкции относятся большая длина топливных трубопроводов, значительная их масса и диаметральные размеры двигателя. Кроме того, требуются значительные управляющие усилия в создании рулевых приводов.

Известно также устройство для восприятия тяги и протока компонентов топлива, включающее шаровой подвес и сильфонный узел для протока двух компонентов топлива. В этом техническом решении сильфонный узел трубопровода подвода окислителя выполнен в виде двух пар наружного и внутреннего сильфонов, образующих 2 кольцевых канала вокруг шарового подвеса. Сильфоны, с одной стороны, прикреплены к кольцевым коллекторам, присоединенным к неподвижным частям трубопроводов, соединенных с входными полостями баков ракеты с окислителем и горючим. С другой стороны, эти кольцевые каналы соединены с двумя коллекторами, выход из которых соединен с входными полостями магистралей окислителя и горючего двигателя. При этом эти сильфоны расположены концентрично друг другу и снаружи шарового подвеса (см. патент РФ №2083859, МПК F02K 9/44, 1997 г.). Прототип.

Недостатком прототипа является то, что он имеет довольно сложную компоновку устройства из-за наличия в ней четырех сильфонов, что увеличивает его диаметральные размеры, и как следствие, имеет повышенную массу и недостаточную надежность. Применение шарового подвеса потребует создание рулевых приводов со значительными управляющими усилиями.

Раскрытие изобретения

Задачей изобретения является создание устройства для восприятия тяги и протока двух компонентов топлива, обладающее простой компоновкой с уменьшенными диаметральными габаритами, меньшей массой и повышенной надежностью в работе.

Эта задача решена за счет того, что в устройстве для восприятия тяги и протока двух компонентов топлива, включающем двухстепенной подвес и сильфонный узел для протока двух компонентов топлива, при этом в качестве указанного подвеса применен карданный подвес, имеющий раму карданного механизма, две пары осей с подшипниками, размещенными в раме в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, и две пары вилок, соединенных с осями, при этом одна пара вилок жестко соединена с рамой двигателя, другая - с головкой камеры сгорания двигателя, при этом указанный сильфонный узел размещен внутри рамы карданного механизма и выполнен в виде двух сильфонов - внутреннего, установленного по оси двигателя и оси карданного подвеса, и наружного сильфона, концентрично размещенного относительно внутреннего, образующих между собой кольцевой канал, полость внутреннего сильфона с одной стороны соединена с полостью бака ракеты одного из компонентов топлива, с другой стороны - через коллектор соединена с входной магистралью двигателя, полость кольцевого канала через изогнутый трубопровод соединена с полостью бака ракеты другого компонента, с другой стороны эта полость через коллектор соединена с входной магистралью двигателя.

Другими отличиями являются:

- изогнутый трубопровод соединен с наружным сильфоном посредством фланцевого соединения, при этом сильфон в месте соединения зафиксирован от осевого смещения посредством шпонок, вставленных в пазы, выполненные в теле силового кольца, которое изготовлено за одно целое с вилками карданного механизма;

- на внешней поверхности силовых колец внутреннего сильфона выполнены пилоны, стабилизирующие поперечное сечение кольцевого канала при качании двигателя;

- рама карданного механизма имеет в сечении прямоугольник и изготовлена из двух пар балок, скрепленных между собой;

- в качестве подшипников карданной рамы могут быть использованы подшипники качения или сферические подшипники скольжения;

- в качестве горючего применен жидкий метан, который подводится в полость кольцевого канала, в качестве окислителя применен жидкий кислород, который подводится в полость внутреннего сильфона.

Технический результат состоит в том, что данное устройство способствует созданию наиболее компактного узла качания, в котором обеспечивается восприятие тяги двигателя и проток двух компонентов топлива.

Перечень чертежей

Па фиг.1 представлено продольное сечение устройства, на фиг.2 представлено поперечное сечение по А-А на фиг.1.

Пример осуществления изобретения

Как показано на фиг.1, устройство включает карданный подвес 1, состоящий из рамы 2 карданного механизма, две пары осей 3 и 4 с подшипниками 5 и 6 и две пары вилок 7 и 8. Вилки 7 жестко соединены с рамой двигателя 9. Вилки 8 соединены с головкой 10 камеры сгорания двигателя. Внутри рамы 2 размещен сильфонный узел 11, через который осуществляется подвод двух компонентов топлива (окислителя и горючего) из полостей баков ракеты (не показано) во входные магистрали двигателя. В качестве окислителя используется жидкий кислород, в качестве горючего - жидкий метан. Указанный узел состоит из внутреннего сильфона 12, установленного по оси двигателя O′-O′, и карданного подвеса 1 и из внешнего сильфона 13, который концентрично установлен относительно внутреннего сильфона 12. Между оболочками сильфонов 12 и 13 образован кольцевой канал 14. Концевые участки сильфонов выполнены с силовыми кольцами 15, 16, 17 и 18. Полость 19 внутреннего сильфона в верхней части соединена через патрубок 20 с полостью бака ракеты (не показано), заполненного одним из компонентов топлива (жидким кислородом). В нижней части полость 19 соединена через коллектор 21 с входной магистралью двигателя (не показано). Полость 22 кольцевого канала 14 в верхней части через изогнутый патрубок 23 соединена с полостью бака другого компонента (жидким метаном). В нижней части кольцевой канал 14 через коллектор 24 соединен с входной магистралью двигателя. Изогнутый патрубок 23 соединен с внешним сильфоном 13 с помощью фланцевого соединения. Это сделано для того, чтобы при нестыковке с трубопроводом бака ракеты была возможность повернуть изогнутый трубопровод в нужное положение. Для фиксации внешнего сильфона от осевого смещения предусмотрено шпоночное соединение 25, состоящее из четырех шпонок 26, входящих в кольцевые пазы, выполненные в теле силового кольца 27 вилок 7. На наружных поверхностях силовых колец 15, 16 внутреннего сильфона 12 выполнены пилоны 28 (радиальные ребра). Эти пилоны обеспечивают неизменность кольцевого канала 14 в процессе качания двигателя. Центр качания предлагаемого устройства расположен в середине сильфонного узла 11. Для качания двигателя использованы два рулевых привода 29 (показан только один привод), размещенных в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, при этом каждый привод с одного конца прикреплен к раме двигателя 9, с другого конца к головке камеры сгорания двигателя 10.

Следует заметить, что рама карданного механизма имеет в сечении прямоугольник и может быть изготовлена из двух пар балок, скрепленных между собой.

Кроме того, в качестве подшипников карданной рамы могут быть использованы подшипники качения или сферические подшипники скольжения.

Работа устройства

Рулевые приводы 29 создают крутящие моменты, и двигатель поворачивается относительно центра карданного подвеса. При этом сила тяги, образуемая камерой двигателя, через вилки 8 передается на карданный подвес 1, а от него на силовое кольцо шпангоута ракеты, при этом подвижная часть сильфонного узла 11 отклоняется от номинального положения за счет изгибной деформации сильфонов 12 и 13.

Применение устройства позволяет осуществить передачу тяги от двигателя на шпангоут ракеты и подвод двух компонентов топлива из баков ракеты во входные магистрали двигателя с одновременным качанием двигателя в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. По сравнению с прототипом в этом устройстве применены только два сильфона вместо четырех, что позволило создать компактное устройство, обладающее меньшими диаметральными размерами, меньшей массой и повышенной надежностью в работе.

Промышленное применение

Предлагаемое устройство найдет применение в ракетной технике, в частности, в ЖРД, работающих на криогенных компонентах топлива, например, жидком кислороде и жидком метане.

Изобретение относится к ракетной технике и, в частности, к устройствам, воспринимающим тягу жидкостного ракетного двигателя (ЖРД) и позволяющим обеспечить проток компонентов топлива из баков ракеты в магистрали двигателя и качание двигателя. В устройстве для восприятия тяги и протока двух компонентов топлива, включающем двухстепенной подвес и сильфонный узел для протока двух компонентов топлива, при этом в качестве указанного подвеса применен карданный подвес, имеющий раму карданного механизма, две пары осей с подшипниками, размещенными в раме в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, и две пары вилок, соединенных с осями, при этом одна пара вилок жестко соединена с рамой двигателя, другая - с головкой камеры сгорания двигателя, при этом указанный сильфонный узел размещен внутри рамы карданного механизма и выполнен в виде двух сильфонов - внутреннего, установленного по оси двигателя и оси карданного подвеса, и наружного сильфона, концентрично размещенного относительно внутреннего, образующих между собой кольцевой канал, полость внутреннего сильфона с одной стороны соединена с полостью бака ракеты одного из компонентов топлива, с другой стороны через коллектор соединена с входной магистралью двигателя, полость кольцевого канала через изогнутый трубопровод соединена с полостью бака ракеты другого компонента, с другой стороны эта полость через коллектор соединена с входной магистралью двигателя. Изобретение обеспечивает повышение надежности, уменьшение массово-габаритных характеристик. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для восприятия тяги и протока двух компонентов топлива, включающее двухстепенной подвес и сильфонный узел для протока двух компонентов топлива, отличающееся тем, что в качестве подвеса применен карданный подвес, имеющий раму карданного механизма, две пары осей с подшипниками, размещенными в раме в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, и две пары вилок, соединенных с осями, при этом одна пара вилок жестко соединена с рамой двигателя, другая - с головкой камеры сгорания двигателя, при этом указанный сильфонный узел размещен внутри рамы карданного механизма и выполнен в виде двух сильфонов - внутреннего, установленного по оси двигателя и оси карданного подвеса, и наружного сильфона, концентрично размещенного относительно внутреннего, образующих между собой кольцевой канал, полость внутреннего сильфона с одной стороны соединена с полостью бака ракеты одного из компонентов топлива, с другой стороны через коллектор соединена с входной магистралью двигателя, полость кольцевого канала через изогнутый трубопровод соединена с полостью бака ракеты другого компонента, с другой стороны эта полость через коллектор соединена с входной магистралью двигателя.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что изогнутый трубопровод соединен с наружным сильфоном посредством фланцевого соединения, при этом сильфон в месте соединения зафиксирован от осевого смещения посредством шпонок, вставленных в пазы, выполненные в теле силового кольца, которое изготовлено за одно целое с вилками карданного механизма.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на внешней поверхности силовых колец внутреннего сильфона выполнены пилоны, стабилизирующие поперечное сечение кольцевого канала при качании двигателя.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что рама карданного механизма имеет в сечении прямоугольник и изготовлена из двух пар балок, скрепленных между собой.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве подшипников карданной рамы могут быть использованы подшипники качения или сферические подшипники скольжения.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве горючего применен жидкий метан, который подводится в полость кольцевого канала, в качестве окислителя применен жидкий кислород, который подводится в полость внутреннего сильфона.