Корпус раструба поворотного сопла из композиционных материалов



Корпус раструба поворотного сопла из композиционных материалов
Корпус раструба поворотного сопла из композиционных материалов
Корпус раструба поворотного сопла из композиционных материалов

 


Владельцы патента RU 2539236:

Открытое акционерное общество Центральный научно-исследовательский институт специального машиностроения (RU)

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. Оболочка в зоне установки шпангоута выполнена с кольцевым поясом с торцовой поверхностью, фиксирующей положение шпангоута в осевом направлении, и объединена со шпангоутом в неразъемную конструкцию с образованием кольцевого пространства между наружной поверхностью пояса и внутренней поверхностью шпангоута. В кольцевое пространство встроены закладные детали, взаимодействующие с механизмами поворота сопла. Боковая поверхность шпангоута со стороны большого основания оболочки выполнена с усиленным кольцевым ребром, образованным перегибом ткани вокруг введенного в его конструкцию жесткого диска из материала, совместимого с материалом шпангоута, и оформлена как фланец для встраивания корпуса в систему составных частей сопла. Изобретение позволяет повысить надежность раструба поворотного сопла, а также снизить его массу и трудоемкость изготовления. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к области ракетной твердотопливной техники и может быть использовано как одна из составных частей из композиционных материалов в конструкциях поворотных сопл.

Известно поворотное сопло ракетного двигателя по JP 2010275881 (А) - 2010-12-09, МПК F02K 9/84, в котором передняя выходная часть сопла - в данном случае диффузор, выполненная из теплозащитного материала, помещена в силовой металлический корпус с элементами взаимодействия с механизмом поворота сопла.

Известно поворотное сопло по патенту RU №2309281 С2 (27.10.2007), МПК7 F02K 9/84, в котором также диффузор (по другой терминологии - раструб) помещен в металлический корпус, взаимодействующий с механизмом поворота сопла через проушины без усиления зоны взаимодействия шпангоутом, что предполагает большую жесткость собственно металлического корпуса, что особенно нерационально при больших размерах сопл.

Известно также поворотное сопло ракетного двигателя (И.К. Фахрутдинов, А.В. Котельников. «Конструкция и проектирование ракетных двигателей твердого топлива», Москва, Машиностроение, 1987, с.136-137). В нем передняя и задняя выходные части сопла (раструб и насадок) выполнены в виде теплозащитных элементов с профилем по форме сопла, размещенных в металлических корпусах, один из которых (корпус раструба) имеет силовой шпангоут с кронштейнами для соединения с приводом поворота сопла.

Данное поворотное сопло является наиболее близким по конструкции и выбрано прототипом. Оно имеет рациональную конструкцию с усилением мест приложения сосредоточенных сил.

Но оно обладает всеми недостатками устройств, выполненных из металла и применяемых в рассматриваемой области техники: значительная масса и трудоемкая технология изготовления - практически всегда сложно профилированных поверхностей; а для изделий, непосредственно соприкасающихся с газовым потоком, - высокая теплопроводность и недостаточная тепло- и эрозионная стойкость.

Задачей данного предполагаемого изобретения является реализация преимуществ, предоставляемых композиционными материалами, в части обеспечения надежности конструкции корпуса раструба и снижения массы и трудоемкости изготовления.

В условиях же работы корпуса раструба при знакопеременных нагрузках, создаваемых механизмами поворота сопла и передаваемых на оболочку и шпангоут через закладные детали, для композиционных материалов важно, чтобы конструкция корпуса обеспечивала включение (встраиваемость) их в эти элементы как единое целое, обеспечивая совместную работу их.

Для решения указанной задачи предложен корпус раструба поворотного сопла из композиционных материалов, содержащий 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. Оболочка в зоне установки шпангоута выполнена с кольцевым поясом с торцовой поверхностью, фиксирующей положение шпангоута в осевом направлении, и объединена со шпангоутом в неразъемную конструкцию с образованием кольцевого пространства между наружной поверхностью пояса и внутренней поверхностью шпангоута, в которое встроены с опорой на них закладные детали, взаимодействующие с механизмами поворота сопла.

Другими существенными признаками являются:

- выполнение шпангоута с усиленным ребром, сформированным перегибом ткани вокруг введенного в конструкцию жесткого диска из материала, совместимого с материалом шпангоута;

- выполнение боковой поверхности шпангоута со стороны большого основания оболочки как фланца для встраивания корпуса раструба в систему составных частей поворотного сопла.

Конструкция предлагаемого корпуса поясняется рисунками.

На фиг.1 представлен корпус раструба поворотного сопла (общий вид); на фиг.2 - элемент А на фиг.1; на фиг.3 - разрез Б-Б на фиг.2.

Корпус раструба поворотного сопла ракетного двигателя (фиг.1) содержит оболочку 1 в виде усеченного конуса с двумя присоединительными фланцами 2 и 3 у большого и малого оснований, силовой шпангоут 4 с закладными деталями 5 для взаимодействия с механизмами поворота сопла.

Оболочка 1 в зоне установки шпангоута 4 выполнена с кольцевым поясом 6 с торцовой поверхностью 7, фиксирующей положение шпангоута в осевом направлении. Оболочка 1 со шпангоутом 4 объединены в неразъемное соединение с образованием кольцевого пространства 8 между наружной поверхностью 9 пояса 6 и внутренней поверхностью 10 шпангоута 4, в которое встроены, с опорой на них, закладные детали 5, взаимодействующие с механизмами поворота сопла через кинематические связи 11 (фиг.2, 3)

Боковая поверхность 12 (фиг.2) шпангоута 4 со стороны большого основания оболочки 1 выполнена с усиленным кольцевым ребром 13, образованным перегибом ткани 14 вокруг введенного в его конструкцию жесткого диска 15 из материала, совместимого с материалом шпангоута.

Кроме того, боковая сторона 12 оформлена как фланец для встраивания корпуса в систему составных частей сопла.

Работа корпуса раструба заключается в следующем. Усилия от механизмов поворота сопла в направлении стрелок на фиг.1 через закладные детали 5 передаются на корпус раструба. При одном направлении усилий закладная деталь прижимается к наружной поверхности кольцевого пояса 6 оболочки 1, а при обратном направлении - к внутренней поверхности 10 (фиг.3) шпангоута 4 (фиг.2). То есть корпус в целом испытывает знакопеременные нагрузки от механизмов поворота сопла, а беззазорное встраивание закладной детали с одновременной опорой на поверхности оболочки и шпангоута исключает наличие люфтов в соединении упомянутых элементов, образуя монолитную неразъемную конструкцию.

Таким образом, новые технические решения корпуса раструба с использованием композиционных материалов позволяют создать надежную конструкцию при снижении массы и трудоемкости изготовления.

По данному предложенному техническому решению разработана конструкция корпуса раструба и технологическая оснастка и производится отработка опытного образца.

1. Корпус раструба поворотного сопла из композиционных материалов, содержащий оболочку в виде усеченного конуса с двумя присоединительными фланцами у большого и малого оснований, силовой шпангоут с закладными деталями для взаимодействия с механизмами поворота сопла, отличающийся тем, что оболочка в зоне установки шпангоута выполнена с кольцевым поясом с торцовой поверхностью, фиксирующей положение шпангоута в осевом направлении, и объединена со шпангоутом в неразъемную конструкцию с образованием кольцевого пространства между наружной поверхностью пояса и внутренней поверхностью шпангоута, в которое встроены с опорой на них закладные детали, взаимодействующие с механизмами поворота сопла.

2. Корпус раструба по п.1, отличающийся тем, что боковая поверхность шпангоута со стороны большого основания оболочки выполнена с усиленным кольцевым ребром, образованным перегибом ткани вокруг введенного в его конструкцию жесткого диска из материала, совместимого с материалом шпангоута, и оформлена как фланец для встраивания корпуса в систему составных частей сопла.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к ракетно-космической технике и может быть использовано в конструкции жидкостного ракетного двигателя (ЖРД) с турбонасосной системой подачи топлива, выполненного по схеме без дожигания с радиационно-охлаждаемым насадком сопла камеры.

Изобретение относится к ракетной технике, а именно к способу изготовления сопла жидкостного ракетного двигателя оживальной формы. Сопло состоит из нескольких автономных трапецеидальных секторов оживальной формы, соединенных в осевом направлении.

Изобретение относится к средствам создания тяги и может быть использовано в реактивных двигателях (РД). Двигательное устройство содержит корпус, конусообразную камеру сгорания, выхлопную трубу, два пружинных клапана между выхлопной трубой и камерой сгорания, блок управления с гидравлическими выходами.

Изобретение относится к области ракетной техники. В сверхзвуковой части осесимметричного сопла ракетного двигателя установлена вставка, которая имеет длину, выходной диаметр и степень расширения, меньшие, чем соответствующие геометрические параметры стенки сверхзвуковой части сопла.

Изобретение относится к ракетной технике. Ракетный двигатель с раздвижным диффузором содержит сопло истечения газов, исходящих из камеры сгорания, причем сопло имеет продольную ось (ZZ') и содержит первую часть, определяющую критическое сечение сопла и первую неподвижную секцию (12) диффузора, по меньшей мере одну вторую выдвижную секцию (16) диффузора, сечение которой больше сечения первой неподвижной секции (12) диффузора, и механизм (18) выдвижения второй выдвижной секции (16) диффузора, расположенный снаружи от первой и второй секций (12, 16) диффузора.

Изобретение относится к области ракетных двигателей твердого топлива со стабилизацией тяги в условиях различных начальных температур окружающей среды и разброса параметров топлива.

Изобретение относится к ракетной технике и предназначено для использования в ракетных двигателях твердого топлива реактивных снарядов систем залпового огня. Герметизирующее-пусковое устройство ракетного двигателя содержит тарель, форсажную трубку, узел крепления и опору.

Изобретение относится к области ракетной техники и может быть использовано при разработке и изготовлении сопел камер сгорания жидкостных ракетных двигателей (ЖРД).

Изобретение относится к ракетной технике, в частности к ракетным двигателям с регулированием степени расширения сопла в полете. При работе двигателя в режиме первой ступени степень расширения продуктов сгорания компонентов топлива ограничивают диаметром подвижной внутренней цилиндрической оболочки с торцевой поверхностью, предпочтительно, профилированной, являющейся составной частью профиля сопла, которую размещают в неподвижной оболочке сопла, предпочтительно, в средней ее части, таким образом, что торцевая поверхность подвижной оболочки представляет собой часть профиля неподвижной оболочки.

Изобретение относится к области ракетной техники. Сопло камеры жидкостного ракетного двигателя содержит наружную и огневую оболочки с каналами охлаждения между ними, образованными двутавровыми проставками, на которых размещены турбулизаторы потока.

При сборке ракетного двигателя твердого топлива положение соплового блока с кольцевым воспламенителем ориентируют относительно корпуса, причем ориентирование осуществляют без уплотняющих элементов.

Изобретение относится к ракетной технике и может использоваться в качестве ракетного двигателя с вращающимся соплом. Ракетный двигатель содержит корпус и вращающееся сопло, смонтированное на корпусе на соосно разнесенных радиальных подшипниках, между которыми установлен осевой подшипник.

Устройство гашения поперечных усилий включает устройства ориентации, установленные на сопле реактивного двигателя и содержащие первый узел, образующий тягу, второй узел, образующий звено крепления, и приводной узел.

Изобретение относится к ракетной технике, а именно к технологии изготовления сопел с эластичным опорным шарниром. .

Изобретение относится к ракетной технике и может быть использовано при создании малогабаритного ракетного двигателя твердого топлива с поворотным соплом. .

Изобретение относится к жидкостным ракетным двигателям. .

Изобретение относится к ракетной технике и может быть использовано в двигателях твердого топлива для управления вектором тяги. .

Изобретение относится к ракетной технике и может быть использовано в конструкциях маршевых и разгонных ступеней ракетных двигателей твердого топлива. .

Изобретение относится к ракетной технике и может быть использовано при разработке поворотных сопел ракетных двигателей. .

Изобретение относится к области ракетного двигателестроения и может быть использовано при создании безгенераторных жидкостных ракетных двигателей, работающих на криогенных компонентах, например кислороде и водороде.

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. Шпангоут выполнен в виде кольца швеллерного профиля поперечного сечения с фасонным фланцем и полками, обращенными наружу и усиленными радиальными, интегрально встроенными в конструкцию ребрами жесткости. При изготовлении каркаса поворотного сопла из композиционных материалов, представляющего собой указанный шпангоут, выкладывают пакеты лепестков ткани на формообразующие поверхности оснастки, включающей матрицу, пуансон и комплект оформляющих элементов. Оформляющие элементы оснастки предварительно обформованы со стороны боковых и профильных поверхностей и служат для оформления внутреннего профиля шпангоута с ребрами жесткости. Оформляющие элементы устанавливают на обформованные формообразующие поверхности пуансона с прижатием к торцовой поверхности, оформляющей одну из полок шпангоута. Затем обформовывают свободные стороны оформляющих элементов с распространением ткани на пуансон в зоне оформления фланца. Устанавливают матрицу, поджимают оформляющие элементы в радиальном направлении и прессуют с последующей термообработкой. Выкладочно-прессовочная оснастка содержит матрицу и пуансон с кольцевыми уступами и комплект оформляющих элементов для оформления внутреннего профиля шпангоута. Оформляющие элементы в совокупности объединены в разрезное сегментное кольцо, помещаемое в кольцевое пространство между матрицей и пуансоном и являющееся опорой для них при смыкании с образованием вместе с ними замкнутого объема, по размерам и очертаниям поверхностей соответствующего изготавливаемому каркасу. Группа изобретений позволяет снизить массу конструкции, повысить технологичность способа ее изготовления и упростить технологическую оснастку. 3 н. и 5 з.п. ф-лы, 10 ил.
Наверх