Сопловой блок РДТТ Российский патент 2020 года по МПК F02K9/97 F02K9/84 

Настоящее техническое предложение относится к ракетной технике и может быть использовано, например, при разработке сопловых блоков (СБ) верхних ступеней маршевых ракетных двигателей твердого топлива (РДТТ) при их габаритных ограничениях для увеличения энергетических характеристик.

Совершенствование РДТТ верхних ступеней, его энергетических характеристик, возможно за счет увеличения степени расширения сопла, однако, это приводит к необходимости увеличивать как продольные размеры сверхзвуковой части сопла, так и диаметр его выходного сечения, что может быть ограничено длиной и диаметром ракеты. Например, раздвижное сопло ракетного двигателя Патент РФ №2309283 с набором коаксиальных насадок, надвигаемых на стационарную часть сопла, с закрепленной на нем заглушкой сопла, связанной с насадками для приведения их в рабочее положение. Однако выходной диаметр раздвижного сопла ограничен внутренним диаметром переходного отсека, что ограничивает энергетическую отдачу соплового блока. Известен также раздвижной сопловой блок ракетного двигателя, Патент №4387564 (прототип), в котором представлен сопловой блок, состоящий из корпуса СБ, жестких телескопических конусообразных насадок и разворачиваемой насадки, закрепленной на свободном торце жесткой раздвижной конической насадки и выполненной из металлического конуса, сложенного «гармошкой» внутрь до стенки сопла. Указанная конструкция разворачиваемой насадки имеет острые углы на сгибах, затрудняющие их разгиб. Когда узел находится не в рабочем состоянии, он складывается внутрь основного соплового насадка двигателя до профиля сопла, но когда двигатель запущен, то раскрываемые компоненты постепенно развертываются в соответствии с улучшенной технологией для обеспечения требуемой увеличенной длины, и увеличения эффективности истечения продуктов сгорания из выходного диаметра сопла.

Раскрытие сложенной «гармошкой» насадки производится при работающем двигателе за счет скоростного напора истекающих продуктов сгорания двигателя. Однако продукты сгорания маршевых РДТТ имеют в своем составе 30%-35% конденсированной жидкой фазы, которая, ударяясь о поверхность насадки, осаждается на ней, утяжеляет конструкцию сопла и увеличивает потери тяги и время раскрытия насадки, скапливаясь в ее складках. Кроме того, не исключена возможность пробития (прогара) металлической конструкции насадки конденсированной фазой, имеющей скорость соударения с насадкой свыше 2000 м/с и температуру 2500-3000°С.

Задачей настоящего предложения является повышение уровня надежности работы сопловой насадки, связанной с раскрытием гибкой сопловой насадки до запуска РДТТ, что приводит к надежному повышению энергетических характеристик РДТТ, путем создания СБ с выходным диаметром, большим чем диаметр миделя ракеты.

Задача выполняется за счет того, что в известном СБ, состоящем из корпуса, заглушки сопла, закрепленной на корпусе, жестких раздвижных сопловых насадок и разворачиваемой насадки, закрепленной на свободном торце жесткой раздвижной насадки и выполненной из тонкостенного теплостойкого композиционного материала, с возможностью складывания кольцевым и гофрообразным способом внутрь сопла, раструб разворачиваемой насадки снабжен гибким торцевым буртиком и силовым каркасом, состоящим из жаропрочных стержней, равномерно расположенных с внешней стороны гибкой насадки и имеющих форму образующей раструба сопла, одним концом входящими в отверстия в торцевом буртике, а другим концом - жестко скрепленными с качалками, установленными на проушинах, располагающихся поверх кольцевого теплозащитного козырька, установленного на срезе раздвижного насадки, образуя сопряжение с качалками, а на осях проушин расположены пружины кручения, один конец которых закреплен на проушинах, а другой - на качалках, причем заглушка сопла снабжена фиксатором сложенного состояния стержней в виде диска, связанного с заглушкой сопла штифтом с механизмом разделения, а на проушинах установлены ограничители угла разворота жаропрочных стержней в виде регулируемых упоров.

Техническое решение иллюстрируется чертежами:

На фиг. 1 - конструкция СБ в собранном состоянии.

На фиг. 2 - узел стыковки жесткой и гибкой насадки с фиксатором в собранном положении (при эксплуатации).

На фиг. 3 - узел стыковки жесткой и гибкой насадки в рабочем положении.

На фиг. 4 - сопловой блок в рабочем положении.

Сопловой блок ракетного твердотопливного двигателя, состоящий из корпуса (1), заглушки сопла (2), закрепленной на корпусе (1), жестких раздвижных сопловых насадок (3) и гибкой разворачиваемой насадки (4), закрепленной на свободном торце жесткой раздвижной насадки (3) и выполненной из тонкостенного теплостойкого композиционного материала, с возможностью складывания кольцевым и гофрообразным способом внутрь корпуса сопла (1), раструб гибкой разворачиваемой насадки (4) снабжен гибким торцевым буртиком с отверстиями (5) и силовым каркасом, выполненным из жаропрочных стержней (6), равномерно расположенных с внешней стороны гибкой насадки (4) и имеющих форму образующей раструба сопла, одним концом входящими в отверстия в торцевом буртике (5), а другим концом - жестко скрепленными с качалками (7), установленными на проушинах (8), располагающихся поверх кольцевого теплозащитного козырька (9), установленного на срезе раздвижного насадка (3), образуя сопряжение с качалками (7), а на осях проушин (10) расположены пружины кручения (11), один конец которых закреплен на проушинах (8), а другой - на качалках (7), причем заглушка сопла (2) снабжена фиксатором сложенного состояния насадок (12) в виде диска, связанного с заглушкой сопла (2) штифтом (13) с механизмом разделения (14), а на проушинах (8) установлены ограничители угла разворота (15) жаропрочных стержней в виде регулируемых упоров.

Приведенная в рабочее состояние конструкция сопла имеет диаметр выходного сечения, больше диаметра миделя ракеты, что значительно увеличивает степень расширения сопла и соответственно его энергетические характеристики (до 3,5%).

Приведение соплового блока ракетного твердотопливного двигателя в рабочие положение производится по команде системы управления, по которой, от закрепленной на корпусе сопла (1) заглушки сопла (2) отделяется посредством механизма разделения (14) штифта (13) фиксатор сложенного состояния насадки (12), что позволяет жаропрочным стержням силового каркаса (6), соединенным с качалками (7), установленными на проушинах (8), под действием находящихся в напряженном состоянии пружин кручения (11), вращающихся вокруг осей проушин (10), развернуться, потянув за собой за торцевой буртик (5) раструб гибкой разворачиваемой насадки (4), приведя гибкую разворачиваемую насадку (4) в рабочее положение, фиксацию угла разворота стержней которой ограничивают ограничители угла разворота (15). Гибкая разворачиваемая насадка (4), находясь в рабочем развернутом положении, обеспечивает свободный выход заглушки сопла (2), которая при выходе из сопла вытягивает за собой жесткие раздвижные сопловые насадки (3) с развернутой гибкой насадкой, с установленным на свободном торце жесткой раздвижной насадки (3) кольцевым теплозащитным козырьком (9), защищающим пружины кручения (11) от теплового воздействия продуктов сгорания, протекающих в раструбе соплового блока ракетного твердотопливного двигателя.

Таким образом, предлагаемая конструкция соплового блока в рабочем положении с развернутой до начала работы двигателя гибкой насадкой гарантированно сохраняется, не повреждаясь бомбардированием конденсатом, увеличивает энергетические характеристики двигателя за счет увеличения диаметра выходного отверстия сопла, которое в этом случае может превосходить диаметр ракеты. Кроме того, в сложенном положении сопловой блок значительно короче, чем в рабочем положении, что существенно улучшает габаритные характеристики ракеты.

Предложенное техническое решение относится к ракетной технике и может быть использовано при разработке сопловых блоков (СБ) ракетных двигателей на твердом топливе (РДТТ). Предложенный СБ РДТТ состоит из корпуса, заглушки сопла, закрепленной на корпусе, жестких надвижных насадок и гибкой разворачиваемой насадки, герметично закрепленной на торце последней жесткой насадки и выполненной из тонкостенного теплостойкого композиционного материала. Раструб гибкой насадки снабжен торцевым буртиком и силовым каркасом, состоящим из жаропрочных стержней, равномерно установленных с внешней стороны гибкой насадки, одним концом входящих в соответствующие отверстия в торцевом буртике, а другим концом жестко связанных с качалками шарнирного закрепления, установленными на проушинах, установленных на срезе последней жесткой насадки. Выход стержней и насадки в рабочее положение обеспечивают находящиеся при сложенной гибкой насадке в напряженном состоянии пружины кручения, закрепленные одним концом на неподвижных проушинах, закрепленных на торце последней жесткой насадки, а другим - на качалках. Для удержания гибкой насадки в сложенном состоянии конструкция СБ снабжена фиксатором, выполненным в виде диска с центральным штифтом, установленным на заглушке сопла и имеющим механизм разделения, связанный с системой управления. При отходе предыдущей ступени с переходником на механизм разделения штифта подается команда на его разделение и освобождение гибкой насадки от фиксатора. Стержни под действием пружин кручения разворачивают стержни и гибкую насадку до рабочего положения, обеспечиваемого ограничителями поворота стержней. Все сопло приводится в рабочее положение после запуска двигателя, путем выталкивания заглушки сопла рабочим давлением двигателя, которая вытягивает за собой жесткие насадки сопла с развернутой гибкой насадкой. Возможность увеличения выходного диаметра СБ до размеров, превышающих диаметр ракеты, позволяет увеличить энергетические характеристики РДТТ. 4 ил.

Сопловой блок ракетного твердотопливного двигателя, состоящий из корпуса, заглушки сопла, закрепленной на корпусе, жестких раздвижных сопловых насадок и гибкой разворачиваемой насадки, закрепленной на свободном торце жесткой раздвижной насадки и выполненной из тонкостенного теплостойкого композиционного материала с возможностью складывания кольцевым и гофрообразным способом внутрь корпуса сопла, отличающийся тем, что раструб гибкой разворачиваемой насадки снабжен гибким торцевым буртиком и силовым каркасом, состоящим из жаропрочных стержней, равномерно расположенных с внешней стороны гибкой насадки и имеющих форму образующей раструба сопла, одним концом входящих в отверстия в торцевом буртике, а другим концом - жестко скрепленных с качалками, установленными на проушинах, располагающихся поверх кольцевого теплозащитного козырька, установленного на срезе раздвижной насадки, образуя сопряжения с качалками, а на осях проушин расположены пружины кручения, один конец которых закреплен на проушинах, а другой - на качалках, причем заглушка сопла снабжена фиксатором сложенного состояния в виде диска, связанного с заглушкой сопла штифтом с механизмом разделения, а на проушинах установлены ограничители угла разворота жаропрочных стержней в виде регулируемых упоров.