Жидкостный ракетный двигатель с дефлектором на срезе сопла

Изобретение относится к управлению вектором тяги жидкостного ракетного двигателя (ЖРД).

ЖРД содержит камеру с охлаждаемой сверхзвуковой частью сопла, неохлаждаемый насадок из углерод-углеродного композиционного материала (УУКМ), рулевые агрегаты и раму, наружная поверхность неохлаждаемого насадка в районе среза выполнена в виде сферы с центром вращения на оси камеры, на которую устанавливается дефлектор из УУКМ, состоящий из двух частей, соединенных между собой при помощи фланцевого соединения с уплотнением из терморасширенного графита, внутренняя поверхность которого имеет сферическую форму, эквидистантную сферической поверхности неохлаждаемого насадка, а на наружной поверхности выполнены проушены для закрепления к рулевым агрегатам, которые крепятся к раме двигателя, при этом сферические поверхности неохлаждаемого насадка и дефлектора имеют графитовое покрытие. Изобретение обеспечивает повышение эффективности, ресурса работы и получение большей величины бокового управляющего усилия и уменьшения усилия на рулевых органах. 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 его.

Известно, что на заре развития жидкостных ракетных двигателей (ЖРД) в немецкой ракете ФАУ-2 для управления вектором тяги использовались газовые рули, выполненные из графита и расположенные на срезе сопла. При повороте этих рулей вокруг оси с увеличением площади натекания создается боковое усилие. Развитие ракетной техники потребовало создания более надежных и эффективных органов управления вектором тяги.

Известны газовые рули по патенту США №3251555 и по книге "Конструкция ракетных двигателей на твердом топливе" под общей редакцией Л.Н. Лаврова. - М.: Машиностроение, 1993, стр. 145, которые расположены в полости истекающей струи.

Недостатком является условие работы этих газовых рулей:

- тепловые и эрозионные воздействия высокотемпературного газового потока в течение всего времени работы двигателя;

- наличие механических нагрузок от сверхзвукового потока в течение всего времени работы двигателя.

Известен газовый руль ракетного двигателя, выбранный за прототип, содержащий перо, тарель с цилиндрическим выступом, вал, хвостовик которого с помощью кольцевой выточки через посредство разжимного кольца насажен на выступ тарели. В этой конструкции тарель и перо выполнены из разных деталей (патент России №2251013, F02K 9/80, 2003).

Недостатками данной конструкции являются:

- низкая надежность органов управления, так как они все время находятся в высокотемпературном газовом потоке, что приводит к их эрозии и быстрому выгоранию;

- нахождение газовых рулей все время в потоке сопровождается наличием их лобового сопротивления, что снижает удельные энергетические характеристики;

- невозможность получения большой величины бокового управляющего усилия из-за небольшой рабочей поверхности органов управления;

- значительные усилия на рулевых органах;

- необходимость иметь на срезе сопла четыре газовых руля и четыре привода для их поворота в струю газа.

Предлагаемое изобретение устраняет указанные недостатки прототипа и решает техническую задачу повышения эффективности, ресурса работы и получения большей величины бокового управляющего усилия и уменьшения усилия на рулевых органах.

Поставленная техническая задача решается тем, что в ЖРД, содержащем камеру с охлаждаемой сверхзвуковой частью сопла, неохлаждаемый насадок из углерод-углеродного композиционного материала (УУКМ), рулевые агрегаты и раму, наружная поверхность неохлаждаемого насадка в районе среза выполнена в виде сферы с центром вращения на оси камеры, на которую устанавливается дефлектор из УУКМ, состоящий из двух половин, соединенных между собой при помощи фланцевого соединения, расположенного вдоль оси камеры с уплотнением из терморасширенного графита, внутренняя поверхность которого имеет сферическую форму, эквидистантную сферической поверхности неохлаждаемого насадка, а на наружной поверхности выполнены проушены для закрепления к рулевым агрегатам, которые крепятся к раме двигателя, при этом сферические поверхности неохлаждаемого насадка и дефлектора имеют графитовое покрытие.

Такое исполнение ЖРД позволяет реализовать следующие процессы:

- когда не требуется боковое управляющее усилие, дефлектор расположен в исходном положении на сопловой части и не касается струи газа, истекающей из сопла;

- при необходимости получения бокового усилия дефлектор погружается в газовую струю, истекающую из сопла. Причем в зависимости от необходимого значения бокового усилия дефлектор погружается на определенный угол.

При погружении дефлектора в газовую струю боковое усилие будет реализовываться не только за счет повышения давления на поверхности дефлектора, но также и за счет повышения давления в отрывной зоне на сопловой части перед дефлектором. Причем повышение давления на сопловой части перед дефлектором вносит существенную составляющую в получение бокового управляющего усилия и позволяет значительно уменьшить усилия на рулевом агрегате. За счет этого реализуется эффективное боковое усилие при уменьшенном усилии на рулевом агрегате и уменьшенных осевых потерях импульса тяги.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется схемами, показанными на фиг. 1, 2, 3.

ЖРД (фиг. 1) содержит камеру 1, неохлаждаемый насадок из УУКМ 2, дефлектор 3 с покрытием внутренней поверхности графитом и проушинами (кронштейнами) 4, рулевые агрегаты 5, раму двигателя 6.

На фиг. 2 показано, что дефлектор 3 состоит из двух частей, соединенных между собой с помощью болтовых соединений 7 и прокладки из терморасширенного графита 8.

На фиг. 3 показана физическая картина получения бокового усилия. При погружении дефлектора 3 в газовую струю на неохлаждаемый насадок 2 действует повышенное давление P1 за скачком уплотнения А перед дефлектором 3, при этом на дефлектор 3 действует давление P2.

ЖРД с органами управления вектором тяги (дефлектором) работает следующим образом.

По команде от системы управления РН подается сигнал на соответствующие рулевые агрегаты 5, которые через проушину 4 поворачивают дефлектор 3 вокруг оси камеры 1. Часть дефлектора 3 погружается в струю газа, истекающую из сопла камеры 1, а противоположная часть приближается к панели сопла. В результате погружения дефлектора 3 в газовую струю на поверхности дефлектора и сопловой части, примыкающей к дефлектору, повышается статическое давление, которое существенно выше давления на противоположной части сопла, в результате создается боковое управляющее усилие.

Следует отметить, что для получения кругового вектора управляющего усилия в данной конструкции используются всего два рулевых агрегата (вместо четырех). Это позволяет снизить массовые характеристики ЖРД.

Таким образом, использование дефлектора со сферической поверхностью, выполненного из УУКМ и расположенного в районе среза сопла, позволяет получить большое управляющие усилия, уменьшение потерь в осевой тяге при получении бокового усилия, уменьшение усилия на рулевые агрегаты и повышение надежности работы и ресурса работы конструкции.

ЖРД, содержащий камеру с охлаждаемой сверхзвуковой частью, неохлаждаемый насадок из углерод-углеродного композиционного материала, рулевые агрегаты и раму, отличающийся тем, что наружная поверхность неохлаждаемого насадка в районе среза сопла выполнена в виде сферы с центром вращения на оси камеры, на которую установлен дефлектор из углерод-углеродного композиционного материала, состоящий из двух половин, соединенных между собой фланцевым соединением, расположенным вдоль оси камеры с уплотнением из терморасширенного графита, а внутренняя поверхность дефлектора имеет сферическую поверхность, эквидистантную сферической поверхности неохлаждаемого насадка, на наружной поверхности дефлектора выполнены проушины для крепления рулевых агрегатов, при этом сферические поверхности неохлаждаемого насадка и дефлектора имеют графитовое покрытие.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к ракетной технике и может быть использовано при проектировании управляемых ракет. .

Изобретение относится к области ракетостроения, в частности к жидкостным ракетным двигателям с управляемым вектором тяги. Жидкостной ракетный двигатель с управляемым вектором тяги, содержащий камеру с возможностью качания в цапфах в главных плоскостях стабилизации, магистрали подвода компонентов на периферии двигателя вдоль его оси, турбонасосный агрегат с центробежными основными насосами высокого давления и подкачивающие агрегаты, выходы насосов которых выполнены в виде спиральных отводов с коническими патрубками и соединены у последних с входами основных насосов по периферии камеры двумя парами двух взаимно перпендикулярных последовательных гибких трубопроводов в виде сильфонов, параллельных главным плоскостям стабилизации и соединенных криволинейными патрубками, согласно изобретению подкачивающие центробежные насосы установлены своими входами соосно магистралям подвода компонентов, а коническими патрубками выходов вдоль продольных осей симметрии первых по направлению к насосам высокого давления и ближайшим сильфонам гибких трубопроводов, причем подкачивающий насос одного компонента выполнен с возможностью вращения ротора в противоположном направлении от направления вращения ротора подкачивающего насоса другого компонента.

Изобретение относится к узлам качания камеры сгорания жидкостного ракетного двигателя (ЖРД) и может быть использовано для установки геометрической оси камеры, качающейся в одной плоскости, в заданном положении, с высокой точностью.

Изобретение относится к области ракетостроения, а именно к способам повышения тяги ракетного двигателя, и может быть использовано для увеличения тяги ракетных и авиационных двигателей.

Изобретение относится к области ракетно-космической техники и может быть использовано в ракетных комплексах на базе ракет-носителей несимметричного пакетного типа с жидкостными ракетными двигателями.

Изобретение относится к жидкостным ракетным двигателям (ЖРД). .

Изобретение относится к ракетной технике и может быть использовано в жидкостных ракетных двигателях. .

Изобретение относится к области ракетостроения. .

Изобретение относится к авиационно-ракетной технике, в частности к реактивным двигателям летательных аппаратов с управляемыми соплами, обеспечивающими отклонение газовой струи с целями управления направлением движения летательных аппаратов путем создания управляемого вектора тяги и/или изменения эффективного критического сечения сопла при изменении режимов полета для повышения тяги.

Изобретение относится к системе управления летательными аппаратами, а именно к газореактивным системам, и предназначено для управления ракетами и реактивными снарядами.

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. Изобретение обеспечивает улучшение работы летательного аппарата за счет уменьшение аэродинамического сопротивления. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 8 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.

Изобретение относится к области ракетно-космической техники и может быть использовано при проектировании двигателей твердого топлива для корректировки траектории полета управляемых ракет и корректировки полета отделяемых элементов от ракеты-носителя. Ракетный двигатель твердого топлива с однократно изменяемым вектором тяги содержит корпус с зарядом, воспламенительное устройство и сопло с косым срезом. Сопло разделено на части плоскостью стыка, проходящей через точку пересечения минимальной образующей сопла с плоскостью косого среза. Части сопла соединены между собой термостойким кольцом с прогнозируемым уносом материала кольца от действия струи продуктов сгорания заряда. Изобретение позволяет упростить отработку ракетных двигателей коррекции полета ракеты-носителя и отделяемых от нее элементов. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к управлению вектором тяги жидкостного ракетного двигателя. ЖРД содержит камеру с охлаждаемой сверхзвуковой частью сопла, неохлаждаемый насадок из углерод-углеродного композиционного материала, рулевые агрегаты и раму, наружная поверхность неохлаждаемого насадка в районе среза выполнена в виде сферы с центром вращения на оси камеры, на которую устанавливается дефлектор из УУКМ, состоящий из двух частей, соединенных между собой при помощи фланцевого соединения с уплотнением из терморасширенного графита, внутренняя поверхность которого имеет сферическую форму, эквидистантную сферической поверхности неохлаждаемого насадка, а на наружной поверхности выполнены проушены для закрепления к рулевым агрегатам, которые крепятся к раме двигателя, при этом сферические поверхности неохлаждаемого насадка и дефлектора имеют графитовое покрытие. Изобретение обеспечивает повышение эффективности, ресурса работы и получение большей величины бокового управляющего усилия и уменьшения усилия на рулевых органах. 3 ил.

Наверх