ДВУХРЕЖИМНЫЙ СОПЛОВОЙ БЛОК Российский патент 2020 года по МПК F02K9/97 F02K9/08 

Изобретение относится к ракетной технике и может быть использовано при создании сопла переменной степени расширения в многорежимном ракетном двигателе на твердом топливе (РДТТ).

Отличительной чертой многорежимных РДТТ является возможность последовательной работы на 2-х и более режимах: стартово-разгонном, маршевом, доразгонном и т.д.

Каждый режим работы РДТТ характеризуется своими, присущими только ему, внутребаллистическими характеристиками (ВБХ): давлением газов в камере сгорания, скоростью и площадью горения топлива, временем работы и т.д. Самой важной ВБХ РДТТ является давление газов в камере сгорания, которое зависит, в том числе, и от диаметра критического сечения сопла (Д_к). В различных режимах, давление может отличаться в 10-15 раз, при этом, в последующем режиме требуется уменьшение Д_к2, по сравнению с Д_к1 первого, стартово-разгонного, режима. Соответственно, для достижения оптимальных ВБХ возникает техническая задача уменьшения Д_к при переходе с первого режима на последующий.

Для достижения такой возможности предлагается использовать кольцевые сопла, в виде обечайки и расположенного внутри нее центрального тела, при продольном перемещении которого, изменяется площадь критического сечения сопла.

Известен ракетный двигатель твердого топлива (патент РФ №2018704, F02K 9/08 (1990.01) от 15.11.1990 г.) содержащий камеру сгорания и кольцевое сопло в виде обечайки и расположенного на стержне центрального тела, отличающийся тем, что, с целью повышения удельного импульса, в нем профиль обечайки и центрального тела выполнен из низкотеплопроводного материала, образованного слоями ткани с взаимно перпендикулярными нитями, имеющими структуру разной плотности, уменьшающейся по длине сопла, а на стержне центрального тела установлены фиксирующие слои ткани диски. Данное техническое решение выбрано прототипом.

Анализ конструкции прототипа выявил следующие недостатки, мешающие его практическому применению: усложнение конструкции, увеличение массы РДТТ с одновременным уменьшением массы заряда из-за включения в камеру сгорания привода перемещения центрального тела, снижение тяги РДТТ из-за создания аэродинамического мешка за центральным телом, и соответственно нарушения ламинарности течения и снижения скорости газового потока.

Целью изобретения является устранение указанных недостатков прототипа: упрощение конструкции, снижение массы РДТТ и повышение массы его заряда при сохранении требуемых габаритных размеров, повышение тяги за счет отказа от центрального тела и снижения аэродинамического сопротивления газовому потоку.

Поставленная цель достигается за счет того, что двухрежимный сопловой блок ракетного двигателя твердого топлива содержит раструб и вкладыш стационарный, в соответствии с изобретением в докритическую часть сопла РДТТ устанавливается лепестковый подвижной вкладыш, лепестки которого удерживаются фиксатором и кольцом монтажным, после расчетного выгорания фиксатора и кольца монтажного лепестки подвижного вкладыша под действием давления газов смещаются в продольном направлении до смыкания и уменьшают диаметр критического сечения Д_к.

Изобретение поясняется фигурами, где на фиг. 1 - вид соплового блока на первом режиме работы, на фиг. 2 - вид соплового блока на последующем режиме работы после смыкания лепестков подвижного вкладыша, на фиг. 3 - взаимное расположение лепесткового подвижного вкладыша и фиксатора.

Сопловой блок 1 ракетного двигателя твердого топлива (фиг. 1) содержит вкладыш стационарный 2, выполненный из тугоплавкого сплава, лепестковый подвижной вкладыш 3, фиксатор 4 и кольцо монтажное 5.

Подвижной вкладыш 3 состоит из не менее 3-х лепестков, выполненных из тугоплавкого сплава, при этом их точное количество определяется суммарным значением зазоров между ними по окружности, обеспечивающим полное смыкание при продольном перемещении.

Фиксатор 4 из высокоуглеродистой стали и имеет форму конусного кольца с выступами, по количеству лепестков подвижного вкладыша 3. Взаимное расположение лепестков подвижного вкладыша 3 и фиксатора 4 таково (фиг. 3), что выступы разделяют лепестки вкладыша подвижного 3 на ширину требуемого зазора и исключают их смыкания в процессе сборки и наземной эксплуатации РДТТ.

Кольцо монтажное 5 из высокоуглеродистой стали имеет форму конусного кольца, предназначено для предотвращения смещения лепестков подвижного вкладыша 3 в процессе сборки и наземной эксплуатации двигателя.

При сборке РДТТ в вертикально расположенный сопловой блок устанавливается фиксатор 4, затем укладываются лепестки подвижного вкладыша 3 и затем они прижимаются к вкладышу стационарному 2 кольцом монтажным 5.

РДТТ с двухрежимный сопловым блоком работает следующим образом.

На первом, стартово-разгонном режиме, истечение рабочего тела происходит через диаметр критического сечения Д_к1 В процессе работы двигателя на этом режиме происходит расчетное выгорание кольца монтажного 5 и фиксатора 4, размеры и материалы которых рассчитываются таким образом, чтобы их выгорание завершалось к концу работы этого режима. После чего, освободившиеся лепестки подвижного вкладыша 3 выбирая зазоры, заданные выступами фиксатора 4, под действием давления потока газов смещаются в продольном направлении в сторону критического сечения сопла до смыкания (фиг. 2), формируя диаметр критического сечения Д_к2. В дальнейшем, включение и работа последующих режимов РДТТ осуществляется при постоянном Д_к2.

Таким образом, использование совокупности предлагаемых технических решений позволяет упростить и снизить массу конструкции РДТТ с одновременным повышением массы его заряда, повысить тягу за счет отказа от центрального тела и снижения аэродинамического сопротивления газовому потоку.

Изобретение относится к ракетной технике и может быть использовано при создании сопла переменной степени расширения в многорежимном ракетном двигателе на твердом топливе (РДТТ). Двухрежимный сопловой блок ракетного двигателя твердого топлива содержит раструб и вкладыш стационарный, при этом в докритической части сопла установлен лепестковый подвижной вкладыш, лепестки которого удерживаются фиксатором и кольцом монтажным, после расчетного выгорания которых, лепестки подвижного вкладыша под действием давления газов смещаются в продольном направлении до смыкания и уменьшают диаметр критического сечения Д_к. Изобретение обеспечивает упрощение конструкции, снижение массы РДТТ и повышение массы его заряда при сохранении требуемых габаритных размеров, повышение тяги за счет отказа от центрального тела и снижения аэродинамического сопротивления газовому потоку. 3 ил.

Двухрежимный сопловой блок ракетного двигателя твердого топлива содержит раструб и вкладыш стационарный, отличающийся тем, что в докритической части сопла установлен лепестковый подвижной вкладыш, лепестки которого удерживаются фиксатором и кольцом монтажным, после расчетного выгорания которых, лепестки подвижного вкладыша под действием давления газов смещаются в продольном направлении до смыкания и уменьшают диаметр критического сечения Д_к.