КАРДАННЫЙ ПОДВЕС ЖИДКОСТНОГО РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2015 года по МПК F02K9/66 

Настоящее устройство относится к области ракетной техники и может быть использовано при создании карданных подвесов однокамерных жидкостных ракетных двигателей (ЖРД) с дожиганием генераторного газа.

Известны однокамерные ЖРД с дожиганием при управлении вектором тяги посредством качания двигателя в двух плоскостях. Такие двигатели имеют карданный подвес с цапфами подвеса и рамой карданного подвеса (см. книгу Г.Г. Гахуна и др. "Конструкция и проектирование жидкостных ракетных двигателей". М.: Машиностроение, 1989 г., стр. 375, рис. 14.11 и описание патента РФ N 2090773, М. кл. F02K 9/84, 1995 г.).

Поскольку к карданному подвесу, опоясывавшему камеру сгорания, во время работы приложена вся сила тяги камеры, то как следствие этого в целом система качания сложна, обладает значительными поперечными габаритами и существенной массой.

Известен карданный подвес однокамерного ЖРД (см. патент РФ по МПК 7 F02K 9/66, №2173785 за 1999 г.), имеющий опорный и подвижный усеченные полые конусы, скрепленные между собой через карданный узел, снабженный полой шаровой пятой, с пропущенными через нее взаимно перпендикулярными и лежащими в одной плоскости подвижной и неподвижной осями качания, и подпятник, установленный внутри глухой гайки, соосно ввернутой в нижний торцовый участок опорного конуса. Причем шаровая пята выполнена с резьбовым хвостовиком, пропущенным через верхнюю торцовую стенку подвижного конуса и подтянутого к подвижному конусу гайкой.

Наличие в известном подвесе двух взаимно высоко нагруженных перпендикулярных осей качания, пропущенных через шаровую пяту, и относительно тонкого резьбового ее хвостовика не обеспечивает достаточной жесткости узла при высокой частоте качания камеры и больших углах отклонения вектора тяги. Кроме того, известный подвес не обеспечен автономной системой качания и при установке на ракету требует дополнительных крепежных и приводных элементов.

Задача, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, заключается в повышении надежности работы конструкции и обеспечении ее автономной системой качания.

Поставленная задача решается тем, что в карданном подвесе жидкостного ракетного двигателя, содержащем опорный и подвижный усеченные конусы, скрепленные через карданный узел, включающий полую шаровую пяту, пронизанную подвижной и неподвижной осями качания, подпятник, установленный внутри глухой гайки, соосно ввернутой в нижний торцовый участок опорного конуса, две рулевые машины с верхними и нижними рамами крепления, шаровая пята снабжена фланцем крепления к верхнему торцовому участку подвижного конуса и включает сквозной канал, например, прямоугольного поперечного сечения с пропущенными через него коаксиальными наружной подвижной и внутренней неподвижной осями качания, причем верхняя стенка канала выполнена с центральной вогнутой цилиндрической поверхностью с осью качания, перпендикулярной к неподвижной оси, а подвижная ось качания содержит прилив с выпуклой цилиндрической поверхностью, входящей в контакт с вогнутой цилиндрической поверхностью сквозного канала и позволяющей обеспечить скольжение по ней цилиндрической поверхности прилива подвижной оси в ограниченном диапазоне, и верхний неподвижный опорный конус снабжен вилкообразным захватом, закрепленным по обоим концам неподвижной оси, выполненной в виде призонного болта с головкой и крепежной гайкой.

Кроме того, каждая шарнирная точка крепления двух рулевых машин закреплена на раме, состоящей из подкоса, шарнирно закрепленного к одной из стенок соответствующего конуса, и горизонтально расположенного кронштейна треугольной формы с парой проушин, закрепленных в вилках, установленных на верхнем или нижнем посадочном фланце конусов.

Настоящее техническое решение более полно описано при помощи нижеследующих чертежей.

На фиг. 1 схематически представлен общий вид карданного подвеса ЖРД с дожиганием генераторного газа; на фиг. 2 - вид А на этот подвес; на фиг. 3 - сечение Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - элемент В на фиг. 1.

Карданный подвес ЖРД содержит опорный 1 и подвижный 2 усеченные полые конусы, скрепленные между собой посредством карданного узла 3. Данный карданный узел включает полую шаровую пяту 4, состыкованную с подпятником 5, размещенным внутри глухой гайки 6. Сама гайка 6 соосно ввернута на резьбе в нижний торцовый участок 7 опорного конуса 1. Шаровая пята снабжена фланцем крепления 8 к верхнему торцовому участку 9 подвижного конуса 2 и выполнена со сквозным каналом 10 прямоугольного сечения. В канале расположен теоретический центр качания 11 и через канал и через центр качания пропущены коаксиальные наружная подвижная 12 и внутренняя неподвижная 13 оси качания. Верхняя стенка 14 канала 10 выполнена с центральной вогнутой цилиндрической поверхностью 15 с осью качания 16, проходящей через центр качания 11 перпендикулярно к неподвижной оси 13. А подвижная ось 12 содержит односторонний прилив 17 с выпуклой цилиндрической поверхностью 18, входящей в контакт с вогнутой цилиндрической поверхностью 15 сквозного канала. Кроме того, неподвижный опорный конус снабжен вилкообразным захватом 19, закрепленным по обоим концам неподвижной оси 13, выполненной в виде призонного болта с головкой 20 и крепежной гайкой 21. Карданный подвес включает две рулевые машины 23, разнесенные по вертикальным плоскостям друг от друга по углу на 45°. И каждая шарнирная точка 22 крепления машин закреплена на раме, которая содержит подкос 24, шарнирно закрепленный к одной из стенок соответствующего конуса и горизонтально расположенного кронштейна 25 треугольной формы с парой проушин 26, закрепленных в вилках 27, установленных на верхнем или нижнем посадочном фланце 28. Карданный подвес своим опорным конусом крепится к ракете, а подвижным соответственно к головке камеры сгорания ЖРД.

В процессе работы в составе двигателя ось подвижного конуса поворачивается в нужном диапазоне поворота одновременно двумя рулевыми машинами. При одновременном повороте относительно двух плоскостей стабилизации ракеты мгновенная ось поворота качающегося подвижного конуса лежит в плоскости осей кардана, что обеспечивается программой управления рулевыми машинами.

Заявляемое техническое решение обеспечивает низкие удельные нагрузки на деталях карданного узла, большую их жесткость, что обеспечивает высокую надежность работы карданного подвеса. Конструкция карданного подвеса самодостаточна для использования в различных исполнениях однокамерных ЖРД.

Изобретение относится к области ракетной техники и может быть использовано при создании карданных подвесов однокамерных жидкостных ракетных двигателей (ЖРД) с дожиганием генераторного газа. В карданном подвесе жидкостного ракетного двигателя, содержащем опорный и подвижный усеченные конусы, скрепленные через карданный узел, включающий полую шаровую пяту, пронизанную подвижной и неподвижной осями качания, подпятник, установленный внутри глухой гайки, соосно ввернутой в нижний торцовый участок опорного конуса, две рулевые машины с верхними и нижними рамами крепления, шаровая пята, снабженная фланцем крепления к верхнему торцовому участку подвижного конуса, включает сквозной канал, например, прямоугольного поперечного сечения с пропущенными через него коаксиальными наружной подвижной и внутренней неподвижной осями качания, причем верхняя стенка канала выполнена с центральной вогнутой цилиндрической поверхностью с осью качания, перпендикулярной к неподвижной оси, а подвижная ось качания содержит прилив с выпуклой цилиндрической поверхностью, входящей в контакт с вогнутой цилиндрической поверхностью сквозного канала и позволяющей обеспечить скольжение по ней цилиндрической поверхности прилива подвижной оси в ограниченном диапазоне, и верхний неподвижный опорный конус снабжен вилкообразным захватом, закрепленным по обоим концам неподвижной оси, выполненной в виде призонного болта с головкой и крепежной гайкой. Каждая шарнирная точка крепления двух рулевых машин закреплена на раме, состоящей из подкоса, шарнирно закрепленного к одной из стенок соответствующего конуса, и горизонтально расположенного кронштейна треугольной формы с парой проушин, закрепленных в вилках, установленных на верхнем или нижнем посадочном фланце конусов. Изобретение обеспечивает повышение надежности конструкции и автономную работу системы качания. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Карданный подвес жидкостного ракетного двигателя, содержащий опорный и подвижный усеченные конусы, скрепленные через карданный узел, включающий полую шаровую пяту, пронизанную подвижной и неподвижной осями качания, подпятник, установленный внутри глухой гайки, соосно ввернутой в нижний торцовый участок опорного конуса, две рулевые машины с верхними и нижними рамами крепления, отличающийся тем, что шаровая пята снабжена фланцем крепления к верхнему торцовому участку подвижного конуса и включает сквозной канал, например, прямоугольного поперечного сечения с пропущенными через него коаксиальными наружной подвижной и внутренней неподвижной осями качания, причем верхняя стенка канала выполнена с центральной вогнутой цилиндрической поверхностью с осью качания, перпендикулярной к неподвижной оси, а подвижная ось качания содержит прилив с выпуклой цилиндрической поверхностью, входящей в контакт с вогнутой цилиндрической поверхностью сквозного канала и позволяющей обеспечить скольжение по ней цилиндрической поверхности прилива подвижной оси в ограниченном диапазоне, и верхний неподвижный опорный конус снабжен вилкообразным захватом, закрепленным по обоим концам неподвижной оси, выполненной в виде призонного болта с головкой и крепежной гайкой.

2. Карданный подвес по п. 1, отличающийся тем, что каждая шарнирная точка крепления двух рулевых машин закреплена на раме, состоящей из подкоса, шарнирно закрепленного к одной из стенок соответствующего конуса, и горизонтально расположенного кронштейна треугольной формы с парой проушин, закрепленных в вилках, установленных на верхнем или нижнем посадочном фланце конусов