Сверхзвуковая часть сопла ракетного двигателя
Владельцы патента RU 2379540:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Московский институт теплотехники" (RU)
Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации (RU)
Изобретение относится к области ракетной техники, а именно к конструкции облицовки сверхзвуковой части сопла ракетного двигателя, преимущественно твердотопливного. Сверхзвуковая часть сопла ракетного двигателя содержит каркас, а также эрозионностойкое и теплозащитное покрытия. Каркас выполнен из легкоплавкого материала в форме сетки. Эрозионностойкое покрытие размещено на внутренней стороне каркаса. Теплозащитное покрытие расположено снаружи каркаса. Эрозионностойкое покрытие выполнено из пресс-материала, преимущественно углепластика, и с равномерным уменьшением толщины в сторону среза сопла. Температура плавления легкоплавкого материала каркаса ниже температуры газификации теплозащитного материала. Изобретение позволяет обеспечить снижение веса конструкции сопла и защиту наружных частей сопла от прогрева. 2 ил.
Изобретение относится к области ракетной техники, а именно к конструкции облицовки сверхзвуковой части сопла ракетного двигателя, преимущественно твердотопливного.
Известна конструкция сопла ракетного двигателя, в которой сопло полностью выполнено из пресс-материала (Синюков А.М., Волков Л.И., Львов А.И., Шишкевич А.М. Баллистическая ракета на твердом топливе. М., Воениздат, 1972 г. Ордена Трудового Красного Знамени Военное издательство Министерства Обороны СССР, стр.41, Рис.2.19).
Недостаток такой конструкции состоит в том, что для исключения теплового воздействия на приборы и механизмы, расположенные с наружной части сопла, необходима значительная толщина стенок сопла, что приводит к значительному утяжелению конструкции.
Известна конструкция газового тракта, содержащая металлический корпус, облицованный изнутри последовательно теплозащитным покрытием и эрозионностойким пресс-материалом, в котором выполнены сквозные отверстия (патент 2121104, РФ, М.кл. 6 F16L 59/00).
Недостатком данной конструкции в случае применения ее для сверхзвуковой части сопла является наличие отверстий, которое приводит к дополнительным потерям тяги из-за увеличения шероховатости поверхности. Кроме того, наличие отверстий влияет также на унос пресс-материала, что в свою очередь приводит к потерям тяги. Поэтому сверхзвуковую часть сопла необходимо выполнять со значительной толщиной стенки, а это дополнительный вес конструкции.
Задачей предлагаемого изобретения является снижение веса конструкции при уменьшении потерь тяги в сопле.
Указанная задача достигается тем, что в сверхзвуковой части сопла ракетного двигателя, содержащей каркас, эрозионностойкое и теплозащитное покрытия, каркас выполнен из легкоплавкого материала в форме сетки, теплозащитное покрытие расположено снаружи каркаса, а эрозионностойкое покрытие размещено на внутренней стороне каркаса, эрозионностойкое покрытие выполнено из пресс-материала, преимущественно углепластика, и с равномерным уменьшением толщины в сторону среза сопла, при этом температура плавления легкоплавкого материала каркаса ниже температуры газификации теплозащитного материала.
На фиг.1 показана сверхзвуковая часть сопла ракетного двигателя в разрезе. На фиг.2 изображена форма каркаса.
Сверхзвуковая часть сопла ракетного двигателя состоит из облицовки 1, выполненной из эрозионностойкого пресс-материала, преимущественно углепластика, снаружи покрытого теплозащитным материалом 2. Удельный вес теплозащитного покрытия должен быть ниже удельного веса пресс-материала. Облицовка 1 выполнена с равномерным утонением в сторону среза сопла 3. Между облицовкой 1 и теплозащитным покрытием 2 проложен каркас 4 из легкоплавкого материала, преимущественно капрона, температура плавления которого ниже температуры газификации теплозащитного материала 2.
Каркас 4 (см. фиг.2) выполнен в форме сетки. Для обеспечения беззазорной сборки каркас 4 надевается на облицовку 1, а теплозащитное покрытие 2 наносится холодным способом, чтобы не разрушить каркас 4.
При работе продукты сгорания поступают в сверхзвуковую часть сопла и сопло прогревается. Так как при тепловом расчете учитывается температура восстановления газового потока, то сопло прогревается равномерно по длине, а так как сверхзвуковая часть сопла выполнена с равномерным утонением в сторону среза сопла 3, то сначала расплавляется каркас 4 у среза сопла 3, чем обеспечивается свободный выход продуктов разложения материала каркаса 4, а так как температура газификации теплозащитного покрытия 2 выше температуры плавления материала каркаса 4, то образуются пустоты из-за расплавления каркаса 4, которые обеспечивают свободный выход продуктов газификации теплозащитного материала 2.
Выполнение такой конструкции сверхзвуковой части сопла обеспечивает:
- возможность сделать сопло более тонким и позволяет использовать в работе полностью прококсованную сверхзвуковую часть сопла;
- заменить часть материала сопла на теплозащитное покрытие, которое имеет удельный вес ниже, чем удельный вес эрозионностойкого пресс-материала (удельный вес теплозащитного пресс-материала ~0,8 г/см3, а эрозионностойкого пресс-материала ~1,35 г/см3);
- теплозащитный материал обеспечивает защиту от теплового воздействия и от ударной волны (гасит усилие ее воздействия).
Таким образом, предложенная конструкция сверхзвуковой части сопла обеспечивает не только снижение веса конструкции, но и защиту наружной части сопла от прогрева и ударной волны.
Сверхзвуковая часть сопла ракетного двигателя, содержащая каркас, эрозионностойкое и теплозащитное покрытия, отличающаяся тем, что каркас выполнен из легкоплавкого материала в форме сетки, теплозащитное покрытие расположено снаружи каркаса, а эрозионностойкое покрытие размещено на внутренней стороне каркаса, эрозионностойкое покрытие выполнено из пресс-материала, преимущественно углепластика, и с равномерным уменьшением толщины в сторону среза сопла, при этом температура плавления легкоплавкого материала каркаса ниже температуры газификации теплозащитного материала.
