Сопло ракетного двигателя на цилиндрических эластичных шарнирах

Изобретение относится к ракетной технике и может быть использовано при создании ракетных двигателей. Сопло ракетного двигателя на цилиндрических эластичных шарнирах содержит неподвижную часть, поворотную часть, соединенную с неподвижной частью через промежуточный подвижный корпус, охватывающий поворотную часть вдоль ее оси, и герметизирующий эластичный шарнир с сферическим центром в центре вращения поворотной части, соединенный с неподвижной частью по скользящей герметичной посадке. Поворотная часть соединена с промежуточным подвижным корпусом парой расположенных на противоположных сторонах промежуточного подвижного корпуса цилиндрических эластичных шарниров, имеющих общую, проходящую через центр вращения поворотной части ось. Эластичные шарниры состоят из двух одинаковых, не связанных между собой, диаметрально противоположных цилиндрических секторов, представляющих собой пакеты из чередующихся тонких цилиндрических эластичных и жестких слоев. Цилиндрические секторы, расположенные спереди оси вращения поворотной части, крепятся к последней эластичными слоями с большим радиусом и крепятся к промежуточному подвижному корпусу эластичными слоями с меньшим радиусом. Цилиндрические секторы, расположенные сзади оси вращения поворотной части, крепятся к ней эластичными слоями с меньшим радиусом и крепятся эластичными слоями с большим радиусом к промежуточному подвижному корпусу. Промежуточный подвижный корпус крепится к неподвижному корпусу сопла аналогичными парами цилиндрических эластичных шарниров. Цилиндрические секторы этих шарниров, расположенные спереди оси поворота промежуточного подвижного корпуса, крепятся к нему эластичными слоями с большим радиусом и крепятся к неподвижному корпусу сопла эластичными слоями с меньшим радиусом. Цилиндрические секторы, расположенные сзади оси поворота промежуточного подвижного корпуса, крепятся к нему эластичными слоями с меньшим радиусом и крепятся к неподвижному корпусу сопла эластичными слоями с большим радиусом. Изобретение позволяет снизить угловую жесткость узла подвески сопла. 4 ил.

 

Изобретение относится к ракетной технике и может быть использовано при создании ракетных двигателей.

Известно поворотное управляющее сопло, частично утопленное в камеру сгорания ракетного двигателя, в котором между подвижной и неподвижной частями сопла установлен эластичный опорный шарнир (узел подвески), состоящий из последовательно чередующихся концентричных сферических взаимосвязанных эластичных и жестких колец, соединенных склейкой. Эластичный опорный шарнир обеспечивает пространственное отклонение сопла за счет упругих деформаций (сдвига) элементов из эластомера. (Конструкции ракетных двигателей на твердом топливе. / Под общ. ред. чл.-корр. Российской академии наук, д-ра техн. наук, проф. Л.Н. Лаврова. - М., Машиностроение, 1993. - 215 с, ил.; стр. 154, рис. 3.29).

Наиболее близким к заявленному изобретению по технической сущности и взятым за прототип является поворотное сопло ракетного двигателя (патент RU 170276 от 19.04.2017]), частично утопленное в камеру сгорания, в котором поворотная часть соединена с его неподвижной частью с помощью герметизирующего эластичного опорного шарнира.

Недостатком данной конструкции является большая угловая жесткость.

Технической проблемой изобретения является снижение угловой жесткости узла подвески в поворотной части сопла.

Технический результат заключается в снижении угловой жесткости узла подвески поворотной части сопла за счет применения в конструкции цилиндрических эластичных шарниров.

Технический результат достигается тем, что в сопле ракетного двигателя на цилиндрических эластичных шарнирах, содержащем неподвижный корпус сопла, поворотную часть, соединенную с неподвижной частью через промежуточный подвижный корпус, охватывающий поворотную часть вдоль ее оси, герметизирующий эластичный шарнир с сферическим центром в центре вращения поворотной части, соединенный с неподвижным корпусом сопла по скользящей герметичной посадке, поворотная часть соединена с промежуточным подвижным корпусом парой расположенных на противоположных сторонах промежуточного подвижного корпуса цилиндрических эластичных шарниров, имеющих общую, проходящую через центр вращения поворотной части ось, и состоящих из двух одинаковых, не связанных между собой, диаметрально противоположных цилиндрических секторов, представляющих собой пакеты из чередующихся тонких цилиндрических эластичных и жестких слоев, при этом цилиндрические секторы шарниров, расположенные спереди оси вращения поворотной части, крепятся к последней эластичными слоями с большим радиусом и крепятся к промежуточному подвижному корпусу эластичными слоями с меньшим радиусом, и наоборот, цилиндрические секторы шарниров, расположенные сзади оси вращения поворотной части, крепятся к ней эластичными слоями с меньшим радиусом и крепятся эластичными слоями с большим радиусом к промежуточному подвижному корпусу, который, в свою очередь, аналогично крепится к неподвижному корпусу сопла аналогичными парами цилиндрических эластичных шарниров, причем цилиндрические секторы этих шарниров, расположенные спереди оси поворота промежуточного подвижного корпуса, крепятся к нему эластичными слоями с большим радиусом и крепятся к неподвижному корпусу сопла эластичными слоями с меньшим радиусом, и наоборот, цилиндрические секторы, расположенные сзади оси поворота промежуточного подвижного корпуса, крепятся к нему эластичными слоями с меньшим радиусом и крепятся к неподвижному корпусу сопла эластичными слоями с большим радиусом.

Отличительные признаки технического решения являются существенными.

Требуемый угол отклонения поворотной части реализуется за счет ее одновременного поворота в двух взаимно перпендикулярных плоскостях - одна плоскость внутри промежуточного подвижного корпуса, вторая плоскость - это плоскость отклонения самого промежуточного подвижного корпуса в перпендикулярном направлении. В каждой из плоскостей отклонение обеспечивается парой цилиндрических эластичных шарниров, расположенных по противоположным сторонам промежуточного подвижного корпуса соответственно в местах соединения его с поворотной частью и с неподвижным корпусом сопла. Пары цилиндрических эластичных шарниров, кроме шарнирной функции, выполняют еще и опорную функцию, т.е. обеспечивают передачу осевой выталкивающей газодинамической силы, действующей на поворотную часть вдоль ее оси, сначала на промежуточный подвижный корпус, а затем с него на неподвижную часть сопла. С точки зрения обеспечения опорной функции существенны только участки цилиндра, где тонкие эластичные слои работают на сжатие. Эти участки представляют собой цилиндрические секторы с углом раствора порядка 90…120°. Их работа на сжатие обеспечивается указанным выше порядком крепления их крайних эластичных слоев к соединяемым деталям сопла, при котором все цилиндрические секторы из одной плоскости отклонения сжимаются под действием осевой силы на одну и ту же величину. Угловая жесткость узла подвески сопла в каждой из двух базовых плоскостей отклонения поворотной части равна сумме угловых жесткостей цилиндрических секторов, обеспечивающих поворот в этой плоскости, плюс угловая жесткость герметизирующего эластичного шарнира.

Уменьшение угловой жесткости узла подвески сопла по сравнению с прототипом обеспечивается:

1 За счет уменьшения опорной площади резиновых слоев вследствие уменьшения осевой силы на поворотную часть сопла благодаря уменьшению диаметра герметизирующего эластичного шарнира по сравнению с диаметром эластичного опорного шарнира прототипа, а также благодаря исполнению цилиндрических эластичных шарниров в виде одного или двух не связанных между собой секторов.

2 За счет уменьшения плеча сил упругого сопротивления эластичных слоев отклонению поворотной части сопла вследствие уменьшения их радиуса по сравнению с радиусом эластичных слоев прототипа.

На фиг. 1 приведена схема конструкции поворотного управляющего сопла ракетного двигателя на цилиндрических эластичных шарнирах.

На фиг. 2 приведен показанный на фиг. 1 разрез А-А сопла плоскостью перпендикулярной продольной оси двигателя (оси ОХ).

На фиг. 3 приведен показанный на фиг. 1 разрез Б-Б, на котором показана горизонтальная проекция схемы подвески.

На фиг. 4 приведен показанный на фиг. 1 разрез сопла В-В, на котором показана схема соединения поворотной части с промежуточным подвижным корпусом.

На фиг. 1-4 приняты следующие обозначения:

1 - неподвижный корпус сопла;

2 - поворотная часть;

3 - промежуточный подвижный корпус;

4 - герметизирующий эластичный шарнир;

5 - цилиндрический эластичный шарнир (2 шт.), состоящий из одного или двух, не связанных между собой цилиндрических секторов;

6 - цилиндрический эластичный шарнир (2 шт.), аналогичный шарнирам 5;

7, 8 - упоры цилиндрических секторов цилиндрических эластичных шарниров 5, жестко связанные с поворотной частью 2;

9, 10 - упоры цилиндрических секторов цилиндрических эластичных шарниров 6, жестко связанные с неподвижным корпусом сопла 1;

11 - центрирующие площадки (2 места), фиксирующие плоскость отклонения поворотной части 2 относительно промежуточного подвижного корпуса 3;

12 - центрирующие площадки (2 места), фиксирующие плоскость отклонения промежуточного подвижного корпуса 3 относительно неподвижного корпуса сопла 1.

На рисунках XYZ - правая прямоугольная система координат с началом в центре поворота сопла О, жестко связанная с промежуточным подвижным корпусом 3, выполненным в виде рамы, охватывающей поворотную часть 2 вдоль оси ОХ;

R1 - начальный сферический радиус герметизирующего эластичного шарнира 4;

R2 - начальный цилиндрический радиус цилиндрических эластичных шарниров (всего 4 шарнира, состоящих из двух цилиндрических секторов каждый).

Предполагается, что все цилиндрические эластичные шарниры попарно состоят из одинаковых цилиндрических секторов, что обеспечивает требуемую симметрию упругих свойств узла подвески. Поворотная часть 2 может вращаться только вокруг оси OZ (перпендикулярна плоскости рисунка на фиг. 1), а промежуточный подвижный корпус 3 - только вокруг оси OY. Неподвижный корпус сопла 1, утопленный в корпус двигателя, показан на фиг. 1 в разрезе по плоскости симметрии XOY при нулевых положениях поворотной части 2 и промежуточного подвижного корпуса 3. По его поверхности, обращенной внутрь корпуса двигателя, действует внутрикамерное давление Р. Детали теплозащиты со стороны камеры сгорания не показаны. Конструкция узла подвески имеет две базовых плоскости симметрии - XOY и XOZ, а цилиндрические эластичные шарниры располагаются симметрично еще и относительно плоскости YOZ. Частично, до волнистой линии вырыва, в разрезе по плоскости XOY на фиг. 1 показаны промежуточный подвижный корпус 3, герметизирующий эластичный шарнир 4, и соединение цилиндрического эластичного шарнира 6 с неподвижным корпусом сопла 1 и промежуточным подвижным корпусом 3.

Поворотная часть 2 через жестко связанные с ней упоры 7, 8 и цилиндрические сектора цилиндрических эластичных шарниров 5 опирается на вертикальные стойки промежуточного подвижного корпуса 3 (фиг. 1, фиг. 2, фиг. 4). При этом цилиндрические сектора шарниров 5, будучи одинаковыми, воспримут осевую газодинамическую силу, действующую на поворотную часть 2, в равных долях и обеспечат совместно с центрирующими площадками 11 отклонение поворотной части 2 относительно промежуточного подвижного корпуса 3 в плоскости XOY. В свою очередь, промежуточный подвижный корпус 3 через цилиндрические сектора цилиндрических эластичных шарниров 6 опирается на упоры 9, 10, жестко связанные с неподвижным корпусом сопла 1. Аналогично шарнирам 5 шарниры 6 воспримут осевую силу, действующую со стороны промежуточного подвижного корпуса 3, и совместно с центрирующими площадками 12 обеспечат отклонение корпуса 3 относительно неподвижного корпуса сопла 1 в плоскости XOZ.

С точки зрения минимизации угловой жесткости увеличение площади резиновых слоев лучше делать за счет увеличения ширины слоев, т.е. без увеличения их радиусов и длин в окружном направлении.

Таким образом, конструкция узла подвески на цилиндрических эластичных шарнирах обладает всеми основными свойствами узла подвески на эластичном опорном шарнире, обеспечивая при этом меньшую по сравнению с ним угловую жесткость.

Сопло ракетного двигателя на цилиндрических эластичных шарнирах, содержащее неподвижную часть, поворотную часть, соединенную с неподвижной частью через промежуточный подвижный корпус, охватывающий поворотную часть вдоль ее оси, герметизирующий эластичный шарнир с сферическим центром в центре вращения поворотной части, соединенный с неподвижной частью по скользящей герметичной посадке, отличающееся тем, что поворотная часть соединена с промежуточным подвижным корпусом парой расположенных на противоположных сторонах промежуточного подвижного корпуса цилиндрических эластичных шарниров, имеющих общую, проходящую через центр вращения поворотной части ось, и состоящих из двух одинаковых, не связанных между собой, диаметрально противоположных цилиндрических секторов, представляющих собой пакеты из чередующихся тонких цилиндрических эластичных и жестких слоев, при этом цилиндрические секторы, расположенные спереди оси вращения поворотной части, крепятся к последней эластичными слоями с большим радиусом и крепятся к промежуточному подвижному корпусу эластичными слоями с меньшим радиусом, и, наоборот, цилиндрические секторы, расположенные сзади оси вращения поворотной части, крепятся к ней эластичными слоями с меньшим радиусом и крепятся эластичными слоями с большим радиусом к промежуточному подвижному корпусу, который, в свою очередь, аналогично крепится к неподвижному корпусу сопла аналогичными парами цилиндрических эластичных шарниров, причем цилиндрические секторы этих шарниров, расположенные спереди оси поворота промежуточного подвижного корпуса, крепятся к нему эластичными слоями с большим радиусом и крепятся к неподвижному корпусу сопла эластичными слоями с меньшим радиусом, и, наоборот, цилиндрические секторы, расположенные сзади оси поворота промежуточного подвижного корпуса, крепятся к нему эластичными слоями с меньшим радиусом и крепятся к неподвижному корпусу сопла эластичными слоями с большим радиусом.



 

Похожие патенты:

Ракетный двигатель твердого топлива с изменяемым вектором тяги по направлению состоит из силового теплоизолированного корпуса и центрального тела, образующих в выходной части контур кольцевого сопла, канального заряда твердого топлива, скрепленного с силовым теплоизолированным корпусом, воспламенительного устройства и сопловой заглушки, привода перемещения, расположенного в центральном теле.

Ракетный двигатель твердого топлива с изменяемым вектором тяги по направлению состоит из силового теплоизолированного корпуса и центрального тела, образующих в выходной части контур кольцевого сопла, канального заряда твердого топлива, скрепленного с силовым теплоизолированным корпусом, воспламенительного устройства и сопловой заглушки, привода перемещения, расположенного в центральном теле.

Изобретение относится к области ракетной техники и, в частности, к жидкостным ракетным двигателям, работающим на земле и в пустоте в составе ракетного блока. Способ повышения удельного импульса тяги серийно изготавливаемых жидкостных ракетных двигателей заключающийся в том, что повышают давление в камере сгорания и повышают геометрическую степень расширения сопла за счет установки соплового насадка на срезе сопла серийно изготовленной камеры или изменения контура последних секций сопла.

Изобретение относится к области ракетной техники и может найти применение в двигательных установках, работающих на твердом топливе, и автономных бортовых источниках энергии.

Изобретение относится к области ракетной техники и может найти применение в двигательных установках, работающих на твердом топливе, и автономных бортовых источниках энергии.

Стенд для испытания герметизирующей заглушки углового сопла включает основание, емкость пневмодавления, электропневмоклапан, дроссельную шайбу, переходник для монтажа испытуемой заглушки, имитатор раструба сопла, системы измерения и видеонаблюдения.

Стенд для испытания герметизирующей заглушки углового сопла включает основание, емкость пневмодавления, электропневмоклапан, дроссельную шайбу, переходник для монтажа испытуемой заглушки, имитатор раструба сопла, системы измерения и видеонаблюдения.

Изобретение относится к ракетной технике и может быть использовано при создании узла отсечки тяги или создании узла дополнительной тяги ракетного двигателя. Узел отсечки тяги ракетного двигателя содержит сопло, заглушку, установленную с обеспечением радиального зазора в проточную часть сопла, зафиксированную в районе среза сопла, а также пиропатрон.

Изобретение относится к ракетной технике и может быть использовано при создании узла отсечки тяги или создании узла дополнительной тяги ракетного двигателя. Узел отсечки тяги ракетного двигателя содержит сопло, заглушку, установленную с обеспечением радиального зазора в проточную часть сопла, зафиксированную в районе среза сопла, а также пиропатрон.

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.

Ракетный двигатель твердого топлива с изменяемым вектором тяги по направлению состоит из силового теплоизолированного корпуса и центрального тела, образующих в выходной части контур кольцевого сопла, канального заряда твердого топлива, скрепленного с силовым теплоизолированным корпусом, воспламенительного устройства и сопловой заглушки, привода перемещения, расположенного в центральном теле.

Изобретение относится к ракетной технике и может быть использовано при создании ракетных двигателей. Сопло ракетного двигателя на роликовой опоре содержит неподвижную часть, поворотную часть, резиновое уплотнительное кольцо, герметизирующее объем камеры сгорания по сферическому поясу на поворотной части, определяющему центр вращения последней.

Изобретение относится к ракетной технике и может быть использовано при создании ракетных двигателей. Сопло ракетного двигателя содержит неподвижную часть и герметично скрепленную с ней при помощи двух эластичных шарниров поворотную часть, один эластичный шарнир - герметизирующий, другой - опорный.

Изобретение относится к области ракетостроения и может быть использовано при создании конструкций ракетных двигателей различного назначения. Фланец поворотного сопла содержит конический корпус с утопленной в двигатель частью с опорной поверхностью на эластичный шарнир в условиях применения с одной стороны и присоединительным шпангоутом для каркаса поворотного сопла с другой, а также силовой опорный пояс между ними, имеющий присоединительные отверстия для присоединения к фланцу двигателя, конструктивно отделяющий утопленную часть конического корпуса.

Изобретение относится к ракетной технике и может быть использовано при разработке поворотных управляющих сопел изменяемой геометрии для ракетных двигателей. Поворотное управляющее сопло ракетного двигателя состоит из соединенных узлом качания неподвижной и подвижной частей, с расположенным на срезе раструба подвижной части раскладным сопловым насадком и механизмом его разложения, выполненным в виде нескольких равномерно расположенных вокруг сопла раздвижных телескопических штанг.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к упругим элементам конструкций для соединения пространственно подвижных звеньев, например поворотных сопел.

Изобретение относится к ориентируемой системе ракетного двигателя для летательных аппаратов. Система ориентируемого ракетного двигателя для летательного аппарата, содержащая ракетный двигатель (4), содержащий камеру (7) сгорания и сопло (8), подсоединенное посредством горловины (9) сопла, при этом система выполнена с возможностью ориентировать ракетный двигатель (4) относительно исходного положения, определяющего исходную ось, которая, при нахождении ракетного двигателя (4) в исходном положении, ортогональна к отверстию (10) для выброса газов из сопла и проходит через центр (C) отверстия (10) для выброса газов, при этом система содержит средство (11) наклона, посредством которого ракетный двигатель (4) жестко подсоединен к горловине (9) сопла посредством прилегающей части сопла (8) и которое наклоняет сопло (8) и камеру (7) сгорания в противоположных направлениях так, что ракетный двигатель принимает, относительно исходного положения, наклонные положения, в которых центр (C) отверстия (10) для выброса газов из сопла (8) расположен, по меньшей мере, приблизительно на исходной оси, при этом средство (11) наклона содержит полую опорную конструкцию (14A), имеющую форму усеченной пирамиды, которая выполнена с возможностью деформации в обоих направлениях первого направления (12) деформации под действием первого приводного средства (15), на малом основании (24) которой размещен ракетный двигатель (4) и внутри которой размещена камера (7) сгорания.

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.

Каркас поворотного сопла из композиционных материалов представляет собой шпангоут с элементами крепления навесных функциональных изделий и встраивания его в состав поворотного сопла и имеет опоры механизмов поворота сопла.

Изобретение относится к области ракетной твердотопливной техники и может быть использовано в конструкциях поворотных сопл из композиционных материалов. Корпус раструба поворотного сопла из композиционных материалов содержит оболочку в виде усеченного конуса с двумя присоединительными фланцами у большого и малого оснований, а также силовой шпангоут с закладными деталями для взаимодействия с механизмами поворота сопла.

Изобретение относится к ракетной технике и может быть использовано при создании ракетных двигателей. Сопло ракетного двигателя на цилиндрических эластичных шарнирах содержит неподвижную часть, поворотную часть, соединенную с неподвижной частью через промежуточный подвижный корпус, охватывающий поворотную часть вдоль ее оси, и герметизирующий эластичный шарнир с сферическим центром в центре вращения поворотной части, соединенный с неподвижной частью по скользящей герметичной посадке. Поворотная часть соединена с промежуточным подвижным корпусом парой расположенных на противоположных сторонах промежуточного подвижного корпуса цилиндрических эластичных шарниров, имеющих общую, проходящую через центр вращения поворотной части ось. Эластичные шарниры состоят из двух одинаковых, не связанных между собой, диаметрально противоположных цилиндрических секторов, представляющих собой пакеты из чередующихся тонких цилиндрических эластичных и жестких слоев. Цилиндрические секторы, расположенные спереди оси вращения поворотной части, крепятся к последней эластичными слоями с большим радиусом и крепятся к промежуточному подвижному корпусу эластичными слоями с меньшим радиусом. Цилиндрические секторы, расположенные сзади оси вращения поворотной части, крепятся к ней эластичными слоями с меньшим радиусом и крепятся эластичными слоями с большим радиусом к промежуточному подвижному корпусу. Промежуточный подвижный корпус крепится к неподвижному корпусу сопла аналогичными парами цилиндрических эластичных шарниров. Цилиндрические секторы этих шарниров, расположенные спереди оси поворота промежуточного подвижного корпуса, крепятся к нему эластичными слоями с большим радиусом и крепятся к неподвижному корпусу сопла эластичными слоями с меньшим радиусом. Цилиндрические секторы, расположенные сзади оси поворота промежуточного подвижного корпуса, крепятся к нему эластичными слоями с меньшим радиусом и крепятся к неподвижному корпусу сопла эластичными слоями с большим радиусом. Изобретение позволяет снизить угловую жесткость узла подвески сопла. 4 ил.

Наверх