КАМЕРА ВЫСОТНОГО ЖРД С ПЕРИФЕРИЙНЫМИ РУЛЯМИ НА СРЕЗЕ СОПЛА Российский патент 2025 года по МПК F02K9/80 

Изобретение относится к ракетным двигателям, в которых для управления вектором тяги в полете используются различные органы управления, расположенные у среза сопла.

Известно, что на заре развития жидкостных ракетных двигателей (ЖРД) в немецкой ракете ФАУ-2 для управления вектором тяги использовались газовые рули, выполненные из графита, принадлежащие ракете и расположенные на срезе сопла в сверхзвуковом потоке.

При повороте этих рулей вокруг оси с увеличением площади натекания создается боковое усилие. Развитие ракетной техники потребовало создание более надежных и эффективных органов управления вектором тяги.

Известны газовые рули в патенте США №3251555 и по патенту России №2251013 F02K 9/80, 2003.

В патенте России газовый руль содержит перо, тарель с цилиндрическим выступом, вал, хвостовик которого с помощью кольцевой выноски через разжимное кольцо насажен на выступ тарели.

Кроме того, газовые рули нашли широкое распространение в зенитных управляемых ракетах (ЗУР).

Недостатками данных конструкций являются:

- низкая надежность органов управления, так как они все время находятся в высокотемпературном газовом потоке, что приводит к их эрозии и быстрому выгоранию;

- нахождение газовых рулей в потоке сопровождается наличием их лобового сопротивления, что снижает удельные энергетические характеристики.

Известна конструкция сопла, в которой создание бокового управляющего усилия реализуется за счет перемещения управляющей поверхности внутрь или наружу, при этом управляющая поверхность является частью поверхности сопла (материалы ЕР 1959124 А2) - принятая за прототип.

Недостатком данной конструкции является:

- при повороте поверхности внутрь продукты сгорания будут вытекать наружу через образовавшиеся зазоры. Выполнение по кромкам поворотных поверхностей защитных ребер уменьшит вытекание газов наружу, но все равно наличие зазоров дает возможность вытекать газам из сопла наружу. Кроме того, для обеспечения поворота выгнутой поверхности внутрь сопла необходимо иметь между торцевыми поверхностями сопла и поворотной поверхностью большие зазоры, что также ухудшает характеристики сопла;

- наличие продольных зазоров существенно ухудшает прочностные характеристики сопла;

- отклонение поверхностей сопла наружу вообще не целесообразно, т.к. существенная часть газового потока устремляется наружу;

- расположение поворотной поверхности части сопла внутри сопла приводит при отклонении ее в поток к созданию, помимо бокового усилия, усилия противоположной тяги, т.е. созданию сопротивления. В этом случае исключаем возможность отклонения поверхности сопла наружу.

Предлагаемое изобретение устраняет недостатки прототипа и решает техническую задачу повышения эффективности и увеличения ресурса.

Поставленная техническая задача решается тем, что Камера высотного жидкостного ракетного двигателя (ЖРД) с периферийными рулями на срезе сопла, содержащая сверхзвуковую часть сопла с периферийными рулями, установленными в шарнирах на срезе сопла, поворотный механизм и рулевую машинку, отличается тем, что периферийные рули выполнены с переменной по длине толщиной, с расположенными на наружной поверхности ребрами жесткости и кронштейном для соединения руля с рулевой машинкой, при этом поворотный механизм содержит кулису с проушиной, шарнирно соединенную с рулевой машинкой и кронштейном, закрепленным на кольцах жесткости, выполненных на сопловой части камеры, пружину, приводящую кулису с проушиной в рабочее положение, в котором она закрепляется в фиксаторе рабочего положения, расположенном на кронштейне.

Такое исполнение ЖРД позволяет реализовать следующие процессы:

- в транспортном положении периферийные рули находятся в районе среза сопла, не увеличивая линейного размера камеры;

- в рабочем исходном положении периферийные рули являются продолжением сопла, создавая дополнительное осевое усилие;

- при необходимости получения бокового усилия периферийный руль отклоняется от исходного положения на некоторый угол относительно продольной оси камеры, создавая боковое управляющее усилие от руля, находящегося напротив, и не создавая дополнительного сопротивления в газовом потоке.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется схемами, показанными на фиг.1, 2, 3, 4, 5, 6.

На фиг.1 показана камера ЖРД 1, содержащая периферийные рули 2 в транспортном положении, поворачивающиеся в шарнирах 3, рулевую машинку 4 и кольца жесткости 18 на сопле камеры 1.

На фиг.2 показаны периферийные рули 2 в исходном рабочем положении с выполненными на наружной поверхности крестообразными ребрами жесткости 5, треугольными ребрами жесткости 6, радиальным ребром жесткости 7, кронштейн 8, соединенный с рулевой машинкой 4, пружина 9, приводящая кулису 10 в рабочее положение и кольца жесткости 18 на сопле камеры 1.

На фиг.3 показан поворотный механизм в транспортном положении, содержащий кулису 10 с проушиной 15, шток фиксатора транспортного положения И, кронштейн 12, ось 13, соединяющая кулису 10 с кронштейном 12 и фиксатор рабочего положения 16 со штоком 17 в отверстии фиксатора и кольца жесткости 18 на сопле камеры 1.

На фиг.4 показано расположение на камере 1 поворотного механизма в рабочем положении, где 2 - периферийный руль, 4 - рулевая машинка, 8 - кронштейн, соединяющий периферийный руль 2 с рулевой машинкой 4, 9 - пружина, 10 - кулиса, 18 - кольца жесткости.

На фиг.5 показан фиксатор рабочего положения 16 и шток 17, когда проушина 15 кулисы 10 еще не вошла в его вилку, и пружина 18 сжата, т.к. фиксатор 19 удерживает шток 17.

На фиг.6 показан фиксатор рабочего положения 16, когда в его вилку вошла кулиса 10 с проушиной 15, надавив на фиксатор 19 и освободив шток 17, который с помощью пружины 18 зафиксировал их положение.

Камера высотного ЖРД с периферийными рулями на срезе сопла работает следующим образом.

В транспортном положении периферийные рули 2 находятся в положении, перпендикулярном продольной оси камеры 1, так как кулиса 10 и рулевая машинка 4 удерживается фиксатором транспортного положении, который на фиг.1, 2, 3, 4 не показан.

По команде «Запуск» удаляется шток фиксатора 11, который освобождает пружину 9, и кулиса поворачивается вокруг оси 13 в проушинах кронштейна 12, перемещает рулевую машинку в рабочее положение, при этом отверстие в проушине 15 кулисы 10 попадает в отверстие фиксатора рабочего положения 16, в котором кулиса фиксируется в рабочем положении штоком 17.

При необходимости получения бокового управляющего усилия вступает в работу рулевая машинка 4, которая за кронштейн 8 поворачивает периферийный руль 2 вокруг шарнира 3, удаляет его от газовой струи. При этом давление газовой струи на руль уменьшается и за счет разности давлений на отклоняемом и противоположно расположенном руле реализуется боковое управляющее усилие.

Понижение давления на отклоняющемся руле уменьшает шарнирный момент и потребное усилие на рулевой машинке.

Таким образом, использование периферийных рулей на срезе сопла позволяет получить управляющее усилие практически без потерь в осевой тяге, определенной по срезу сопла, уменьшение усилия на рулевой машинке и повышение надежности.

Изобретение относится к ракетным двигателям, в которых для управления вектором тяги в полете используются различные органы управления, расположенные у среза сопла. Камера высотного жидкостного ракетного двигателя (ЖРД) с периферийными рулями на срезе сопла содержит сверхзвуковую часть сопла с периферийными рулями, установленными в шарнирах на срезе сопла, поворотный механизм и рулевую машинку. Периферийные рули выполнены с переменной по длине толщиной, с расположенными на наружной поверхности ребрами жесткости и кронштейном для соединения руля с рулевой машинкой. Поворотный механизм содержит кулису с проушиной, шарнирно соединенную с рулевой машинкой и кронштейном, закрепленным на кольцах жесткости, выполненных на сопловой части камеры, пружину, приводящую кулису с проушиной в рабочее положение, в котором она закрепляется в фиксаторе рабочего положения, расположенном на кронштейне. 6 ил.

Камера высотного жидкостного ракетного двигателя (ЖРД) с периферийными рулями на срезе сопла, содержащая сверхзвуковую часть сопла с периферийными рулями, установленными в шарнирах на срезе сопла, поворотный механизм и рулевую машинку, отличающаяся тем, что периферийные рули выполнены с переменной по длине толщиной, с расположенными на наружной поверхности ребрами жесткости и кронштейном для соединения руля с рулевой машинкой, при этом поворотный механизм содержит кулису с проушиной, шарнирно соединенную с рулевой машинкой и кронштейном, закрепленным на кольцах жесткости, выполненных на сопловой части камеры, пружину, приводящую кулису с проушиной в рабочее положение, в котором она закрепляется в фиксаторе рабочего положения, расположенном на кронштейне.