Раструб сопла ракетного двигателя с тепловой изоляцией

Изобретение относится к ракетной технике. Раструб сопла ракетного двигателя с тепловой изоляцией выполнен из композиционного материала, который представляет собой армированную углеродными волокнами керамическую матрицу. Тепловая изоляция выполнена в виде кожуха из пакета пластин углеродного войлока, зашитого в армирующую оболочку из стеклоткани и прошитого армирующими нитями. Кожух закреплен на внешней поверхности сопла. Изобретение позволяет обеспечить защиту агрегатного отсека двигателя и приборов, расположенных вблизи сопла от перегрева при минимальном увеличении веса и изменении конструкции раструба. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к области ракетной техники, а именно к конструкции раструба сверхзвуковой части сопла ракетного двигателя, преимущественно жидкостного.

Известны конструкции камер жидкостных ракетных двигателей (ЖРД) с насадками радиационного охлаждения из углерод-керамических композиционных материалов (патенты РФ №2266424, РФ №2196917, РФ №2251015).

Недостаток этих конструкций в том, что тонкостенный сопловой насадок в процессе работы нагревается до высоких температур и излучение его внешней поверхности может негативно воздействовать на агрегатный отсек двигателя.

Патентом РФ №2421627 защищена конструкция раструба сопла ракетного двигателя из углепластика с теплозащитным материалом. Недостаток этой конструкции заключается в том, что раструб сопла, изготовленный из углепластика, имеет меньший ресурс работы в составе жидкостного ракетного двигателя по сравнению с раструбом из углерод-керамического композиционного материала, который имеет защиту от окисляющих компонентов продуктов сгорания. Изготовление же данной конструкции из углерод-керамического композиционного материала потребует внесения существенных изменений в конструкцию раструба сопла, что значительно увеличит трудоемкость его изготовления.

Техническим результатом, достигаемым изобретением, является обеспечение защиты агрегатного отсека двигателя и приборов, расположенных вблизи сопла, от перегрева при минимальном увеличении веса и изменении конструкции самого раструба. Раструб сопла ракетного двигателя выполнен из композиционного материала, который представляет собой армированную углеродными волокнами керамическую матрицу. Тепловая изоляция раструба сопла выполнена в виде кожуха из пакета пластин углеродного войлока, зашитого в армирующую оболочку из стеклоткани и прошитого армирующими нитями. При этом кожух закреплен на внешней поверхности сопла. Кожух может быть прикреплен к фланцевому соединительному кольцу у стыка раструба и камеры сгорания и к бандажному кольцу с отверстиями у среза раструба посредством армирующей нити.

Кожух может быть закреплен на внешней поверхности сопла высокотемпературным клеем. Армирующая нить может быть выполнена из стекловолокна или углеродного волокна.

В качестве основного теплоизоляционного материала используется низкоплотный (≈100-130 кг/м3) углеродный войлок. Но ввиду того, что сам углеродный войлок не обладает приемлемой механической прочностью, была разработана конструкция и ее крепление на раструб.

Суть предлагаемого изобретения поясняется фигурами 1 и 2, на которых показаны сечения раструба сопла с тепловой изоляцией и различные способы крепления теплозащитного кожуха на раструбе сопла.

Защищаемое устройство представляет собой раструб сопла 1 ракетного двигателя из углерод-керамического композиционного материала, поверх которого закреплен теплозащитный кожух, который выполнен из пластин 4 углеродного войлока, зашитого в армирующую оболочку 3 из стеклоткани и прошит армирующими нитями. На фигуре 1 показан способ крепления теплозащитного кожуха с помощью высокотемпературного клея 2.

В случае, если ракетный двигатель предназначен для работы в условиях нижних слоев атмосферы или при наземных испытаниях, пакет пластин 4 углеродного войлока, зашитого в армирующую оболочку 3, может быть прикреплен армирующей нитью 7 к фланцевому соединительному кольцу 5, с помощью которого раструб сопла прикрепляется к камере ЖРД, и к бандажному кольцу 6 с отверстиями у среза раструба, которое в таком случае должно быть дополнительно предусмотрено в конструкции раструба сопла 1.

При включении сопла в работу продукты сгорания поступают в раструб сопла под воздействием давления и температуры, при этом раструб прогревается до температуры ~1500-2000°С, в том числе на внешней поверхности. В зависимости от требований конкретного двигателя требуется обеспечить на внешней поверхности раструба температуру на уровне 50-350°С. Толщина теплозащитного пакета может меняться в зависимости от требований конструкции двигателя.

Выполнение раструба из углерод-керамического композиционного материала с теплозащитным пакетом в соответствии с предложенным изобретением позволяет сделать сопло более легким (удельный вес теплоизоляционного материала ≈100-130 кг/м3, удельный вес материала сопла и армирующих материалов ≈1400-1750 кг/м3), обеспечить защиту агрегатного отсека двигателя и приборов, расположенных вблизи сопла от негативного воздействия высоких температур, а также обеспечить механическую стойкость теплоизоляционного пакета, в том числе при работе в наземных условиях.

Работоспособность такой конструкции, ее надежность и эксплуатационные характеристики подтверждены циклом стендовой отработки с положительными результатами. Проведено 6 запусков суммарной длительностью 600 секунд на стендовом кислород-керосиновом ЖРД с раструбом, снабженным тепловой изоляцией. В процессе испытаний с помощью термопар измерялась температура поверхности самого раструба и внешней поверхности теплоизоляционного пакета. Между испытаниями проводился визуальный осмотр конструкции на наличие дефектов. Все испытания проводились без переборки конструкции. По итогам испытаний предлагаемая конструкция сохранила свою целостность и работоспособность.

1. Раструб сопла ракетного двигателя с тепловой изоляцией, выполненный из композиционного материала, отличающийся тем, что композиционный материал представляет собой армированную углеродными волокнами керамическую матрицу, тепловая изоляция выполнена в виде кожуха из пакета пластин углеродного войлока, зашитого в армирующую оболочку из стеклоткани и прошитого армирующими нитями, при этом кожух закреплен на внешней поверхности сопла.

2. Раструб сопла ракетного двигателя с тепловой изоляцией по п. 1, отличающийся тем, что кожух закреплен с помощью высокотемпературного клея.

3. Раструб сопла ракетного двигателя с тепловой изоляцией по п. 1, отличающийся тем, что кожух прикреплен к фланцевому соединительному кольцу у стыка раструба и камеры сгорания и к бандажному кольцу с отверстиями у среза раструба посредством армирующей нити.

4. Раструб сопла ракетного двигателя с тепловой изоляцией по п. 1 или 3, отличающийся тем, что армирующая нить выполнена из стекловолокна или углеродного волокна.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к ракетной технике, а более конкретно к устройству жидкостного ракетного двигателя с выдвижным соплом. В жидкостном ракетном двигателе исполнительный механизм выполнен в виде двух соосных, с неподвижным соплом и между собой одной неподвижной и другой, выполненной с возможностью вращения относительно неподвижной, обечаек, с расположенными между обечайками подшипниками и узлом ограничения взаимного осевого перемещения вдоль продольной оси сопла, а на второй обечайке, связанной кинематически с приводом вращательного перемещения через кинематический узел, и на наружной части смонтированной с возможностью перемещения части сопла равномерно по окружности расположены цапфы с установленными на их концах сферическими подшипниками, соединенными шатунами.

Развертываемое сопло для ракетного двигателя содержит неподвижную расширяющуюся секцию и подвижную расширяющуюся секцию, которая коаксиальна неподвижной расширяющейся секции и выполнена с возможностью перемещения вдоль неподвижной расширяющейся секции из втянутого положения в развернутое положение.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при изготовлении заглушек для сопел ракетных двигателей на твердом топливе. При изготовлении сферической заглушки выкраивают круговые заготовки из пропитанной связующим стеклоткани, выкладывают из заготовок многослойный пакет на соответствующую конфигурации заглушки матрицу пресс-формы и осуществляют горячее прессование.

Изобретение относится к ракетной технике и может быть использовано при разработке заглушек сопел малогабаритных ракетных двигателей, где необходимо реализовать высокий уровень давления срабатывания заглушки.

Изобретение относится к области двигателестроения и может быть использовано в космической технике или авиации. Двигатель содержит систему агрегатов формирования и подачи рабочего тела в сопло, при этом сопло имеет входную часть, выполненную в виде полого цилиндра с тангенциальными подводами рабочего тела, расположенными равномерно в поперечной плоскости.

При сборке сопла ракетного двигателя с эластичным опорным шарниром сопло устанавливают вертикально стыковочным фланцем на базовую поверхность стыковочного фланца жесткого основания и сжимают эластичный опорный шарнир с заданным усилием.

Изобретение относится к ракетной технике, а именно к способу изготовления внутренней оболочки сопла камеры сгорания жидкостного ракетного двигателя (ЖРД). Способ включает ротационное выдавливание оболочки за несколько переходов.

Техническое решение относится к ракетным двигательным установкам, для работы которых используется горючее и окислитель, и может быть использовано при создании сопл жидкостных ракетных двигателей (ЖРД).

Изобретение относится к боеприпасам, а именно к конструкции ракетных частей реактивных снарядов. Ракетная часть реактивного снаряда содержит корпус, дно и хвостовой блок.
Изобретение относится к ракетной технике и может быть использовано при создании сопел ракетных двигателей, в частности при разработке конструкции сопел жидкостных ракетных двигателей, имеющих радиационно охлаждаемый сопловой насадок.

Сопло ракетного двигателя с механизмом раздвижки, обеспечивающим перевод сопла из сложенного положения в рабочее, содержит раструб и складной насадок, образованный лепестками с элементами кинематической связи лепестков с раструбом. Образующая лепестка в сложенном положении, проведенная через плоскость его симметрии, параллельна образующей раструба, проведенной через эту же плоскость. Элементы кинематической связи лепестков с раструбом содержат пантографы, связывающие соседние лепестки друг с другом. Пантографы содержат продольный стакан, связанный с каждым из двух соседних лепестков двумя шарнирно закрепленными планками, и шток, установленный с возможностью продольного перемещения в стакане и образующий со стаканом подпоршневую полость, с которой сообщен пиропатрон. Каждый лепесток связан с раструбом направляющими элементами. Между раструбом и складным насадком выполнен демпфирующе-обтюрирующий узел, содержащий резиновый шнур и контактирующий с ним в рабочем положении кольцевой зуб. На штоке шарнирно закреплены поворотные тяги, шарнирно связанные с планками, расположенными со стороны штока. Изобретение позволяет снизить динамические нагрузки при раздвижке сопла, а также повысить надежность его конструкции. 5 з.п. ф-лы, 12 ил.

Изобретение относится к ракетно-космической технике. Компоновка маршевой многокамерной двигательной установки двухступенчатой ракеты-носителя с составным сопловым блоком, оснащенной ракетными блоками первой и второй ступеней, соединенными и работающими по параллельной схеме, содержащая охлаждаемые камеры жидкостных ракетных двигателей (ЖРД) первой ступени, расположенные вокруг укороченного центрального тела общего для этих камер штыревого сопла, и камеры сгорания второй ступени, расположенные во внутренней полости этого укороченного центрального тела около их общего круглого тарельчатого сопла, соединенные разъемными узлами силовой связи с разделяемыми ракетными блоками ступеней. Укороченное центральное тело штыревого сопла двигательной установки первой ступени и тарельчатое сопло двигательной установки второй ступени выполнены в виде единого соплового блока, соосного с продольной осью ракетных блоков первой и второй ступеней. Охлаждаемые камеры ЖРД первой ступени ракеты-носителя имеют сопла Лаваля предварительного расширения с круглым минимальным сечением и прямоугольным выходным сечением, наклоненным относительно оси сопла, и собраны в единый кольцевой пакет с жестким соединением между собой боковых выходных кромок соседних сопел Лаваля предварительного расширения, а центральное тело штыревого сопла начинается от нижних, ближайших к оси компоновки выходных кромок этих сопел. Плоскости выходных сечений сопел предварительного расширения расположены перпендикулярно к продольной оси укороченного центрального тела. Огневая поверхность неохлаждаемого укороченного центрального тела, изготовленного из композиционного материала, спрофилирована как продолжение охлаждаемой огневой поверхности сопла предварительного расширения. Изобретение обеспечивает повышение среднего по траектории полета удельного импульса тяги многокамерных двигательных установок первой и второй ступеней ракетоносителя и уменьшение донного сопротивления этих ступеней. 2 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к ракетной технике, в которой создание жидкостных ракетных двигателей с донной тепловой защитой, предназначенной для уменьшения теплового и газодинамического воздействия продуктов сгорания работающих двигателей, является актуальной задачей. Многокамерный жидкостный ракетный двигатель, содержащий общий для всех камер турбонасосный агрегат, газогенератор, агрегаты автоматики и регулирования, раму и установленную в нижней части двигательного отсека донную защиту с цилиндрическими проемами, с установленными через них соплами, выполненными с возможностью качания камер с цапфами, взаимодействующими с траверсами, соединенными с рамой, причем на внешней части сопел камер выполнены кольцевые бурты с закрепленными на них ответными частями с зазорами относительно цилиндрических проемов донной защиты сферическими блистерами, взаимодействующими с цилиндрическими обечайками проемов донной защиты с образованием щелевых зазоров между ними. Между кольцевыми буртами на внешних частях сопел и ответными частями блистеров установлены эксцентричные компенсаторы, цилиндрические внутренние поверхности которых смонтированы с кольцевыми буртами сопел, а наружные цилиндрические поверхности которых, выполненные с эксцентриситетом относительно их цилиндрических внутренних поверхностей, смонтированы цилиндрическими поверхностями сферических блистеров, выполненных эксцентрично наружным кромкам сферических блистеров. Изобретение обеспечивает уменьшение теплового воздействия продуктов сгорания камер на агрегаты двигателя в отсеке за донной защитой при возвратном течении их от срезов сопел за счет уменьшения монтажных кольцевых щелевых зазоров между блистерами и цилиндрическими проемами донной защиты. 1 з.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к ракетной технике, в частности к устройству жидкостного ракетного двигателя с выдвижным многосекционным соплом. Жидкостный ракетный двигатель с выдвижным соплом, содержащий камеру с соплом из двух частей, одна из которых, смонтированная неподвижно с камерой сгорания, снабжена механизмом выдвижения в виде привода, исполнительного механизма и узлов направления и фиксации в конечном положении, а вторая - выполнена с возможностью перемещения вдоль оси сопла из двух частей, связанных телескопически друг с другом с возможностью взаимного кинематического взаимодействия и с узлами направления и фиксации, по цилиндрическому контуру на периферии неподвижной обечайки сопла выполнены профильные многозаходные винтовые направляющие, по одинаковым по окружности равноотстоящим друг от друга и продольной оси двигателя винтовым траекториям, а на корпусе выдвижной максимального диаметра части сопла с возможностью вращения и с осевой фиксацией установлена кольцевая обечайка, снабженная двумя группами направленных к продольной оси сопла и в другую от нее сторону цапф со сферическими подшипниками, одной - взаимодействующей своими подшипниками с внутренними профилями винтовых направляющих, и второй - группой цапф, снабженной сферическими подшипниками, через шатуны с группой цапф, размещенной с внешней части сопла максимального диаметра. Изобретение обеспечивает снижение динамических нагрузок на сопло при выдвижении на конечном участке выдвижения и уменьшение радиальных габаритов и массы. 3 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к ракетной технике и может быть использовано при создании ракетного двигателя с раздвижным соплом. Сопло ракетного двигателя с механизмом раздвижки, обеспечивающим перевод сопла из сложенного положения в рабочее, содержит раструб и складной насадок, образованный лепестками с элементами кинематической связи лепестков с раструбом. В сложенном положении сопла образующая лепестка, проведенная через плоскость его симметрии, параллельна образующей раструба, проведенной через эту же плоскость. Элементы кинематической связи лепестков с раструбом содержат пантографы, связывающие соседние лепестки друг с другом. Каждый пантограф содержит продольную балку, связанную с каждым из двух соседних лепестков двумя шарнирно закрепленными планками. Каждый лепесток связан с раструбом направляющим элементом, расположенным в плоскости симметрии лепестка, при этом сопло содержит привод раздвижки. Лепестки размещены в нескольких концентрически расположенных ярусах, содержащих одинаковое количество лепестков. Каждый направляющий элемент одновременно связывает посредством шарниров лепестки нижнего и каждого вышестоящего ярусов, а также раструб. Изобретение позволяет уменьшить габариты сопла в сложенном положении. 2 з.п. ф-лы, 11 ил.

Изобретение относится к ракетной технике и может быть использовано при создании ракетного двигателя с раздвижным соплом. Сопло ракетного двигателя содержит раструб, первый насадок, наружный телескопический насадок, механизмы раздвижки, обеспечивающие перевод сопла из сложенного положения в рабочее, а также приводы раздвижки. Первый насадок образован лепестками с элементами кинематической связи лепестков с раструбом, обеспечивающими сокращение зазора между наружным телескопическим насадком и лепестками в сложенном положении. Механизмы и приводы раздвижки выполнены каждый для своего насадка, при этом механизм и привод раздвижки первого насадка являются автономными. Образующая лепестка в сложенном положения, проведенная через плоскость его симметрии, параллельна образующей раструба, проведенной через эту же плоскость. Элементы кинематической связи лепестков с раструбом содержат пантографы, связывающие соседние лепестки друг с другом. Каждый пантограф содержит продольную балку, связанную с каждым из двух соседних лепестков двумя шарнирно закрепленными планками. Каждый лепесток связан с раструбом направляющим элементом, расположенным в плоскости симметрии лепестка. Привод раздвижки первого насадка выполнен в продольных балках и кинематически связан с планками. Изобретение позволяет повысить плотность компоновки сопла в ракете при ограниченном в сложенном положении диаметре сопла и фиксированной степени расширения. 3 з.п. ф-лы, 12 ил.

Изобретение относится к артиллерийской технике, в частности к ракетным двигателям снарядов, запускаемых из ствола орудия или миномета. Ракетный двигатель активно-реактивного снаряда содержит камеру сгорания с зарядом твердого топлива, сопло, инициатор и сопловую заглушку. В критическом сечении сопла установлена прорывная мембрана. Заглушка состоит из основания, крышки и закрепленного на основании полого цилиндрического стакана с перфорированным дном со стороны мембраны, установленной в критическом сечении сопла. В основании заглушки и дне стакана выполнены соосные отверстия, в которых установлен шток с возможностью его продольного перемещения. Шток имеет заостренный наконечник со стороны мембраны, коническое утолщение со стороны основания заглушки, сопряженное с конической выемкой в основании, и срезаемый фланец, зажатый между основанием и крышкой заглушки. На штоке внутри стакана закреплена консоль, а между дном стакана и консолью установлена цилиндрическая пружина, охватывающая шток. Пиротехнический инициатор состоит из навески основного воспламенителя, размещенной между дном стакана и мембраной, и не менее двух каплюлей-воспламенителей, установленных на основании заглушки и сопряженных с ударниками, закрепленными на консоли. Крышка сопловой заглушки расположена в выходном сечении сопла и закреплена при помощи завальцовки с его внешней стороны, а в центральной части крышки выполнено отверстие, диаметр которого равен диаметру конического утолщения штока. Величина свободного объема камеры сгорания определяется алгебраическим выражением, защищаемым настоящим изобретением. Изобретение позволяет обеспечить надежное автономное воспламенение заряда твердого топлива, не зависящее от воздействия пороховых газов метательного заряда и сброса давления при вылете сопловой заглушки. 4 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области ракетостроения и может быть использовано при разработке и изготовлении ракетных двигателей с соплами большой степени расширения для верхних ступеней ракет и космических аппаратов. Раздвижное сопло ракетного двигателя содержит стационарный раструб и сдвигаемые насадки, цилиндрические оболочки внутри каждого насадка, кольцевой выступ на наружной поверхности и установленное на законцовке подвижное фиксирующее кольцо. Каждая цилиндрическая оболочка состыкована со сдвигаемым насадком по цилиндрической поверхности со стороны меньшего диаметра и имеет в зоне стыковки меридиональные разрезы. Внутренний диаметр цилиндрической поверхности насадка равен и внутреннему диаметру цилиндрической оболочки. На внутренней поверхности насадка, в зоне перехода цилиндрической поверхности в коническую, выполнена кольцевая проточка, в которой размещена законцовка цилиндрической оболочки с кольцевым выступом. Ширина проточки от начала конической поверхности насадка выполнена таким образом, что при выдвинутом положении насадка законцовка цилиндрической оболочки находится за срезом неподвижного раструба. Подвижное фиксирующее кольцо установлено внутри законцовки цилиндрической оболочки. Наружный диаметр подвижного фиксирующего кольца равен внутреннему диаметру цилиндрической оболочки. Изобретение позволяет уменьшить зазор в стыке неподвижного раструба и сдвигаемого насадка и снизить массу сопла. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к ракетным двигателям, в которых используется центральное тело с расположенными вокруг него индивидуальными камерами сгорания. Жидкостной ракетный двигатель (ЖРД) состоит из рамы, центрального тела с профилированной поверхностью, расположенной коаксиально продольной оси двигателя, и нескольких индивидуальных камер сгорания с профилированными сверхзвуковыми соплами, расположенными вокруг центрального тела, и закрепленных на двигательной раме. Согласно изобретению между индивидуальными камерами сгорания в районе сверхзвуковых сопел установлены выполненные из углерод-углеродного композиционного материала и прикрепленные к двигательной раме обтекатели, боковые поверхности которых являются продолжением профилированных поверхностей сверхзвуковых сопел индивидуальных камер сгорания, при этом с наружной стороны обтекатели имеют цилиндрическую поверхность с радиусом, равным радиусу наружной поверхности двигателя, а с внутренней стороны ограничены профилированной поверхностью центрального тела. Изобретение обеспечивает увеличение тяги двигателя и повышение его эффективности за счет увеличения удельного импульса тяги. 3 ил.

Изобретение относится к ракетным двигателям, в которых для управления вектором тяги в полете используются различные органы управления, расположенные у среза сопла или внутри него. ЖРД содержит камеру с охлаждаемой сверхзвуковой частью сопла, рулевые агрегаты и раму, на наружной поверхности охлаждаемой сверхзвуковой части сопла в районе среза выполнено четыре сектора со сферической наружной поверхностью с центром, расположенным на оси камеры, и боковыми стенками, соединяющими сферические поверхности секторов, с наружной поверхностью охлаждаемой сверхзвуковой частью сопла, на которые установлены части дефлектора, выполненные из углерод-углеродного композиционного материала (УУКМ), наружные и внутренние поверхности которого, эквидистантные наружной поверхности секторов, закреплены к сферическим секторам с помощью фасонных кронштейнов, расположенных по бокам частей дефлектора и имеющих эквидистантные внутренние поверхности относительно наружных поверхностей дефлектора, имеющих зазор между собой для крепления кронштейна, расположенного на наружной поверхности частей дефлектора, при этом все эквидистантные поверхности сферических секторов, частей дефлектора и кронштейнов имеют графитовое покрытие. Изобретение обеспечивает повышение эффективности, ресурса работы и получения большей величины бокового управляющего усилия и уменьшения усилия на рулевых органах. 3 ил.
Наверх