Шарнир сопла ракетного двигателя с усилением тарелей

Изобретение относится к ракетной технике и может быть использовано при создании управляющих сопел на эластичном шарнире (ЭШ). Шарнир сопла ракетного двигателя с усилением тарелей, содержащий жесткие опорные кольца и заключенный между ними пакет чередующихся податливых резиновых слоев и жестких армирующих тарелей, контактирующих между собой и с опорными кольцами по сферическим поверхностям с центрами на оси симметрии шарнира сопла, при этом каждый податливый резиновый слой образован парой сферических поверхностей с общим для этой пары центром, а каждая жесткая армирующая тарель образована парой сферических поверхностей с несовпадающими центрами. Изобретение обеспечивает усиление тарелей в зоне их потери устойчивости с сохранением толщины и сферической формы резиновых слоев. 2 ил.

 

Изобретение относится к ракетной технике и может быть использовано при создании управляющих сопел на эластичном шарнире (ЭШ).

Из монографии «Конструкции ракетных двигателей на твердом топливе» (под общ. ред. чл. корр. РАН Л.Н. Лаврова-М.:«Машиностроение»,1993) и патента РФ №2231693 известен ЭШ, обеспечивающий подвижность поворотной части сопла при действии высоких сжимающих нагрузок. Данная конструкция принята за прототип.

Недостатком такого ЭШ является то, что при потере устойчивости армирующих тарелей, которая носит местный характер, ЭШ теряет свою шарнирную функцию и выходит из строя до исчерпания несущей способности резиновых слоев и клеевых соединений «резина-тарель».

Технической проблемой данного изобретения является усиление (утолщение) тарелей в зоне их потери устойчивости при сохранении постоянной толщины и сферической формы резиновых слоев, что обеспечит сохранение угловой жесткости ЭШ на уровне прототипа.

Технический результат заключается в том, что в конструкции ЭШ утолщение тарелей в зоне их потери устойчивости обеспечивается за счет изменения положения на оси ЭШ центров сфер граничащих с ними резиновых слоев без изменения толщин последних.

Технический результат достигается тем, что в шарнире сопла ракетного двигателя с усилением тарелей, содержащем жесткие опорные кольца и заключенный между ними пакет чередующихся податливых резиновых слоев и жестких армирующих тарелей, контактирующих между собой и с опорными кольцами по сферическим поверхностям с центрами на оси симметрии шарнира сопла, каждый податливый резиновый слой образован парой сферических поверхностей с общим для этой пары центром, а каждая жесткая армирующая тарель образована с целью усиления парой сферических поверхностей с несовпадающими центрами.

Отличительный признак предлагаемого технического решения является существенным.

Усиление тарелей по сравнению с прототипом обеспечивается увеличением их толщины в зоне потери устойчивости, которая обычно имеет место у края тарели, расположенного вне камерного пространства.

На фиг. 1 показано сечение плоскостью, проходящей через ось симметрии, ЭШ с усилением тарелей.

На фиг. 2 схематично показаны область и форма потери устойчивости отдельной тарели и характер распределения кольцевых напряжений в сечении тарели, сопутствующий такой форме потери устойчивости.

На фиг. 1, 2 приняты следующие обозначения:

1 - неподвижное опорное кольцо ЭШ;

2 - податливые резиновые слои ЭШ;

3 - жесткие армирующие тарели ЭШ;

4 - подвижное опорное кольцо ЭШ;

5 - внутренняя боковая поверхность ЭШ;

6 - внешняя боковая поверхность ЭШ.

Податливые резиновые слои 2 заштрихованы, жесткие опорные кольца 1, 4 и армирующие тарели 3 не заштрихованы.

Считается, что все резиновые слои имеют постоянную толщину (необязательно одну и ту же), и что направления боковых поверхностей ЭШ 5, 6 заданы.

Геометрию ЭШ с усилением тарелей удобно строить с помощью следующей пошаговой процедуры (см. фиг. 1).

На 1-ом шаге по известному радиусу R0 сферической поверхности контакта кольца 1 и 1-го резинового слоя строится из того же центра сферическая поверхность контакта радиуса R0+h, также определяющая начальную сферическую поверхность 1-ой тарели с усилением. Для усиления тарели ее следующая сферическая поверхность строится из центра, смещенного вдоль оси ЭШ по отношению к центру предыдущей поверхности, радиусом, обеспечивающим необходимое усиление. Эта поверхность контакта определяет геометрию 2-го резинового слоя для следующего шага. Далее аналогично первому шагу строится 2-ой резиновый слой и 2-ая тарель с усилением с помощью требуемых для этого смещения центра и радиуса. Процедура продолжается до тех пор, пока не будет получен ЭШ с заданной угловой жесткостью. Количество шагов равно количеству резиновых слоев и количеству различных сферических центров.

В этой процедуре геометрию тарели с усилением удобно определять с помощью следующих параметров (фиг. 1):

т.О - сферический центр резинового слоя (определен на предыдущем шаге);

R1 - радиус начальной сферической контактирующей поверхности тарели с центром в т.О;

а - смещение по отношению к т.О центра сферической поверхности радиуса R2, обеспечивающее требуемое усиление тарели;

r, z - радиус и ось цилиндрической системы координат с началом в т.О;

R2 - радиус сферической поверхности с центром z=а по границе тарели с усилением и последующего резинового слоя;

ϕ1 - угол между осью z и радиусом R1,выходящим из т.О в точку пересечения R1 с боковой поверхностью ЭШ 5;

ϕ2 - аналогичен ϕ1 на боковой поверхности ЭШ 6;

t1 - толщина тарели с усилением вдоль радиуса R1 под углом ϕ1;

t2 - толщина тарели с усилением вдоль радиуса R2 под углом ϕ2 (t1,t2 - определяются требованием к усилению тарели);

D - точка пересечения сферы радиуса R2 с продолжением радиуса R1 под углом ϕ1;

А - аналогична m.D под углом ϕ2.

По значениям R1, ϕ1, ϕ2, определяемым по предыдущему шагу, и t1, t2, определяемым требованием к усилению тарелей, находятся радиус R2 и смещение а.

Уравнение окружности с радиусом R2 в принятой системе координат (r,z) имеет вид

Записав его для точек А и D, получим систему из двух алгебраических уравнений для определения R2 и a

Вычитая из первого уравнения в (1) второе и учитывая два последних соотношения, найдем

Построение геометрии тарели завершается определением точек пересечения сферы радиуса R2 с боковыми поверхностями ЭШ 5, 6.

Утолщение тарелей выполняется в зоне, где на практике происходит потеря устойчивости их сферической формы. Это имеет место в зоне кольцевого сжатия, которая заметно превышает зону кольцевого растяжения (фиг. 2).

Распределение кольцевых напряжений вдоль ширины тарелей определяется двумя факторами: кручением вокруг осевой кольцевой линии по стрелке θ (фиг. 2) при отклонении ЭШ по стрелке δ (фиг. 1) и сжимающим действием камерного давления по внешней боковой поверхности ЭШ 6. При кручении материал тарели от m.D до кольцевой оси переходит на меньшие радиусы r и сжимается, а материал от т.А до кольцевой оси переходит на большие радиусы r и растягивается. Под действием камерного давления весь материал тарели переходит на меньшие радиусы r и сжимается. Более подробно характер напряженно-деформированного состояния тарелей ЭШ описан в заявке на патент №2727211.

Увеличение толщины в зоне сжатия приводит к уменьшению сжимающих напряжений и повышению устойчивости тарелей, так как для потери устойчивости должны возникнуть линии излома (фиг. 2) с пластическими шарнирами, изгибный момент образования которых пропорционален квадрату толщины.

При определении угла поворота ЭШ от усилия рулевой машины необходимо учитывать, что моменты от усилия различны для разных резиновых слоев из-за несовпадения центров их сфер и различия плеч.

Также важно отметить:

- при предлагаемом способе усиления тарелей толщины резиновых слоев остаются такими же, как у прототипа;

- усиленные тарели сохраняют работоспособность при меньшей по сравнению с прототипом ширине, что повышает степень использования ресурса прочности резиновых слоев и клеевых соединений;

- радиусы сферических поверхностей, определяющих резиновые слои, по сравнению с прототипом уменьшаются за счет смещения их центров в направлении выпуклости сфер;

- перечисленные факторы ведут к снижению угловой жесткости ЭШ по сравнению с прототипом.

Следовательно, предложенная конструкция повышает устойчивость тарелей ЭШ и более полно использует ресурс прочности резиновых слоев.

Шарнир сопла ракетного двигателя с усилением тарелей, содержащий жесткие опорные кольца и заключенный между ними пакет чередующихся податливых резиновых слоев и жестких армирующих тарелей, контактирующих между собой и с опорными кольцами по сферическим поверхностям с центрами на оси симметрии шарнира сопла, отличающийся тем, что каждый податливый резиновый слой образован парой сферических поверхностей с общим для этой пары центром, а каждая жесткая армирующая тарель образована парой сферических поверхностей с несовпадающими центрами.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к механизму передачи мощности транспортного средства. Механизм передачи мощности транспортного средства содержит источник привода, ведущее колесо и приводную систему, которая передает мощность, генерируемую источником привода, на ведущее колесо.

Изобретение относится к способу закручивания болтов для нижних тяг в двигателе внутреннего сгорания, содержащем многозвенный поршневой кривошипно-шатунный механизм. Зажимное приспособление (31) размещено на блоке (11) цилиндров, установленном в перевернутую позицию, и коленчатый вал (5) поднимается вверх от части (17) коренного подшипника и поддерживается в заданной позиции по высоте.

Изобретение относится к двигателю внутреннего сгорания, включающему в себя механизм переменной степени сжатия. Стопор (32) включает в себя боковую стенку (33) на одной торцевой стороне, расположенную напротив одной торцевой поверхности пальца тяги на стороне управляющего вала независимо от позиции вращения управляющего вала; боковую стенку (34) на другой торцевой стороне, расположенную напротив другой торцевой поверхности пальца тяги на стороне управляющего вала независимо от позиции вращения управляющего вала; фланец (36) на одной торцевой стороне, закрепленный на верхнем маслосборнике (23); и фланец (37) на другой торцевой стороне, закрепленный на верхнем маслосборнике (23).

Изобретение может быть использовано для присоединения поршня к коленчатому валу в двигателе. Шатун (100) с покрытием содержит первую головку (102) с первым проемом (108), вторую головку (104) со вторым проемом (110) и корпус (106).

Изобретение относится к многозвенному поршневому кривошипно-шатунному механизму для двигателя внутреннего сгорания. Нижнее звено (13) формируется так, что внешние круговые стороны обоих концевых участков сквозного отверстия (21) шатунной шейки являются более жесткими, чем центральный участок сквозного отверстия (21) шатунной шейки, т.е.

Изобретение относится к шатунно-поршневой группе для двигателя внутреннего сгорания. Техническим результатом является уменьшение осевого расстояния между шатуном и бобышкой поршня.

Изобретение может быть использовано в двигателях или компрессорах. Картер (3) для двигателя или компрессора имеет продолговатую кривошипную камеру (31) с двумя торцевыми поверхностями (31a), (31b) для размещения коленчатого вала и по меньшей мере одну полость (32a), (32b) цилиндра для размещения поршня.

Изобретение относится к отказоустойчивой толкающе-тянущей штанге, имеющей два раздельных друг от друга пути передачи нагрузки, только один из которых постоянно берет на себя передачу усилия, которая автоматически распознает возможные повреждения или функциональные отказы первого пути передачи нагрузки, так что в таком случае передачу усилия берет на себя второй путь передачи нагрузки.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к упругим элементам конструкций для соединения пространственно подвижных звеньев, например поворотных сопел. Подвесной шарнир содержит упругую часть (1) с элементами закрепления (2, 3).

Изобретение относится к области металлургии, а именно к кованой стали, используемой в автомобилестроении. Сталь имеет следующий химический состав, мас.%: С: от 0,30 до 0,45, Si: от 0,05 до 0,35, Mn: от 0,50 до 0,90, Р: от 0,030 до 0,070, S: от 0,040 до 0,070, Cr: от 0,01 до 0,50, Al: от 0,001 до 0,050, V: от 0,25 до 0,35, Са: от 0 до 0,0100, N: 0,0150 или менее, остальное - Fe и неизбежные примеси.

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Предложено устройство для смазки шатунного подшипника (46) на коленчатом валу (24) двигателя внутреннего сгорания. Устройство включает поршень (10) с каналом (12) для рабочей среды и выпускным каналом (26), соединенным с каналом (12) по текучей среде. Устройство включает шатун (22) с малым отверстием (38) и большим отверстием (44) и соединительный канал (48). Малое отверстие (38) в головке шатуна соединено с выпускным каналом (26) по текучей среде. Соединительный канал (48) образует соединение по текучей среде между малым отверстием (38) в головке шатуна и большим отверстием (44) в головке шатуна, благодаря чему рабочая среда, в частности смазочно-охлаждающая среда, подается от канала (12) для рабочей среды через выпускной канал (26), малое отверстие (38) в головке шатуна и соединительный канал (48) к большому отверстию (44) в головке шатуна. Тем самым шатунный подшипник (46) может смазываться охлаждающим маслом из канала (12) для рабочей среды в поршне (10), что позволяет отказаться от трудоемких и уменьшающих долговечность отверстий в коленчатом валу (24), предназначенных для подачи масла к шатунному подшипнику (46). 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 8 ил.
Наверх