Система для снижения динамического поведения подвижного сегмента развертываемого сопла для ракетного двигателя

Авторы патента:


Система для снижения динамического поведения подвижного сегмента развертываемого сопла для ракетного двигателя
Система для снижения динамического поведения подвижного сегмента развертываемого сопла для ракетного двигателя
Система для снижения динамического поведения подвижного сегмента развертываемого сопла для ракетного двигателя
Система для снижения динамического поведения подвижного сегмента развертываемого сопла для ракетного двигателя
Система для снижения динамического поведения подвижного сегмента развертываемого сопла для ракетного двигателя

 


Владельцы патента RU 2594943:

СНЕКМА (FR)

Развертываемое сопло для ракетного двигателя содержит неподвижную расширяющуюся секцию и подвижную расширяющуюся секцию, которая коаксиальна неподвижной расширяющейся секции и выполнена с возможностью перемещения вдоль неподвижной расширяющейся секции из втянутого положения в развернутое положение. Сопло также содержит поперечный элемент жесткости, предварительно напряженный натяжением и проходящий поперечно подвижной расширяющейся секции, вблизи нижнего по потоку конца этой секции, между по меньшей мере двумя точками на периферии внутренней стенки этой подвижной расширяющейся секции. Другое изобретение группы относится к ракетному двигателю, содержащему указанное выше развертываемое сопло. Группа изобретений позволяет снизить собственные колебания подвижной расширяющейся секции сопла. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 8 ил.

 

Область техники

Настоящее изобретение относится к развертываемому соплу для ракетного двигателя и, в частности, к развертываемому соплу двигателя верхней ступени ракеты, а также к ракетному двигателю, содержащему такое сопло. В контексте изобретения соплом называется канал ракетного двигателя, через который происходит выброс газов сгорания.

Уровень техники

Известное развертываемое сопло ракетного двигателя содержит по меньшей мере одну неподвижную расширяющуюся секцию и подвижную расширяющуюся секцию, которая коаксиальна неподвижной расширяющейся секции и выполнена с возможностью перемещения вдоль этой неподвижной расширяющейся секции из втянутого положения в развернутое положение.

Развертываемое сопло этого типа обычно выполнено таким образом, что его стенки имеют как можно меньшую толщину в пределах механической и термической прочности, что позволяет снизить массу, но в то же время обеспечивает оптимизацию работы двигателя, на котором это сопло установлено. Однако подвижная расширяющаяся секция имеет особую гибкость во втянутом положении, вследствие чего вибрация, которой она подвергается, может приводить к значительным механическим изменениям, способным изменять и даже ухудшать ее функционирование. Так, например, когда сопло втянуто между двумя ступенями ракеты, вибрация при запуске ракеты может вызывать появление трещин в подвижной расширяющейся секции вплоть до ее повреждения.

Следовательно, задачей настоящего изобретения является по меньшей мере частичное устранение указанных недостатков.

Раскрытие изобретения

В соответствии с изобретением решение поставленной задачи достигается за счет создания развертываемого сопла указанного типа, дополнительно содержащего поперечный элемент жесткости, предварительно напряженный натяжением и проходящий поперечно подвижной расширяющейся секции, вблизи нижнего по потоку конца этой секции, между по меньшей мере двумя точками на периферии внутренней стенки этой подвижной расширяющейся секции.

Неподвижная и подвижная расширяющиеся секции, а если говорить в целом, то развертываемое сопло, имеют осевое направление. Подвижная расширяющаяся секция перемещается вдоль этого осевого направления, окружая при этом указанную неподвижную расширяющуюся секцию. Неподвижная расширяющаяся секция предназначена для крепления к неподвижной точке относительно подвижной расширяющейся секции. Верхняя и нижняя по потоку зоны развертываемого сопла определяются на основе направления течения газов сгорания внутри сопла. Поскольку неподвижная и подвижная секции являются расширяющимися, сечение их верхних по потоку концов меньше сечения их нижних по потоку концов. Следует понимать, что во втянутом (или сложенном) положении нижний по потоку конец подвижной расширяющейся секции находится ближе к нижнему по потоку концу неподвижной расширяющейся секции, чем верхний по потоку конец подвижной расширяющейся секции. И наоборот, в развернутом (или выдвинутом) положении верхний по потоку конец подвижной расширяющейся секции находится ближе к нижнему по потоку концу неподвижной расширяющейся секции, чем нижний по потоку конец подвижной расширяющейся секции.

Термин «вблизи» нижнего по потоку конца подвижной расширяющейся секции определяется как зона этой секции, осевая протяженность которой равна 10% от общей осевой протяженности подвижной расширяющейся секции вокруг ее нижнего по потоку конца; при этом, разумеется, включается участок самой подвижной расширяющейся секции, который проходит по оси на 10% от общей осевой протяженности подвижной секции от нижнего по потоку конца. Таким образом, эта часть секции называется «нижней по потоку концевой частью». Термины «вблизи» и «концевая часть» равным образом относятся к верхнему по потоку концу как неподвижной, так и подвижной расширяющейся секции и, если говорить в целом, к самому соплу.

Следует понимать, что элемент жесткости проходит между двумя различными точками нижней по потоку концевой части подвижной расширяющейся секции. При таком выполнении элемента жесткости он занимает немного пространства в области развертываемого сопла и не мешает при втянутом положении сопла. Это имеет особые преимущества, когда сопло расположено между двумя ступенями ракеты. Кроме того, при таком расположении элемента жесткости он не мешает развертыванию сопла. Также, за счет своего указанного расположения элемент жесткости не препятствует течению газов сгорания внутри сопла при запуске или работе двигателя.

Поскольку указанный элемент жесткости предварительно напряжен натяжением, то по меньшей мере две точки соединяются таким образом, что их относительные перемещения от вибрации являются ограниченными или даже полностью блокированными. Говоря конкретнее, блокируются собственные колебания лепестков овализации (трех, четырех и т.д.) подвижной расширяющейся секции, или же снижаются амплитуды их деформации. Предпочтительно элемент жесткости обладает большей гибкостью, чем подвижная расширяющаяся секция, так что собственные колебания элемента жесткости не создают дополнительных усилий вблизи указанных точек.

Следует понимать, что чем больше точек соединяет элемент жесткости, тем больше собственных колебаний блокируется. Так например, когда сопло является осесимметричным относительно осевого направления, элемент жесткости, который проходит между двенадцатью точками, равномерно распределенными вокруг осевого направления, блокирует пять первых собственных колебаний (то есть собственных колебаний наиболее низких частот) подвижной расширяющейся секции.

Таким образом, поскольку блокируются первые собственные колебания вибрации подвижной расширяющейся секции, наружная вибрация, которой она подвергается, не возбуждает этих собственных колебаний. Вследствие этого исчезают наиболее энергетические явления резонанса, связанные с модами собственных колебаний наиболее низких частот, которые блокируются элементом жесткости. Явления резонанса более высоких частот являются менее энергетическими и по меньшей мере не вызывают повреждения подвижной расширяющейся секции.

Следовательно, поскольку в подвижной расширяющейся секции развертываемого сопла по данному изобретению механические напряжения от вибрации ниже по сравнению с подвижной секцией развертываемых сопел известного уровня техники, стенки подвижной расширяющейся секции сопла по настоящему изобретению могут быть выполнены тоньше, чем стенки подвижной расширяющейся секции сопла, известного из уровня техники, при равной стойкости к эквивалентному спектру вибрации. Это уменьшение толщины позволяет облегчить сопло по настоящему изобретению по сравнению с соплами известного уровня техники и тем самым улучшить рабочую характеристику двигателя, на котором оно установлено.

Предпочтительно поперечный элемент жесткости проходит в поперечной плоскости подвижной расширяющейся секции.

Поперечная плоскость является плоскостью, перпендикулярной осевому направлению подвижной расширяющейся секции. Это позволяет лучше блокировать первые моды собственных колебаний подвижной расширяющейся секции.

Согласно одному из вариантов изобретения, элемент жесткости содержит по меньшей мере одну связь, проходящую диаметрально и имеющую два конца, каждый из которых связан с точкой периферии внутренней стенки подвижной расширяющейся секции.

Диаметрально проходящая связь является связью, которая непосредственно связывает две точки периферии внутренней стенки подвижной расширяющейся секции, противоположные относительно центральной оси подвижной секции, и проходит через эту ось независимо от формы поперечного сечения подвижной расширяющейся секции. В предпочтительном случае поперечное сечение подвижной расширяющейся секции является круглым. При этом указанная связь проходит по диаметру круглого сечения. Такую связь легче монтировать, а ее предварительное напряжение натяжением легче регулировать, чем при связи, не проходящей диаметрально. Предпочтительно элемент жесткости содержит три связи, проходящие диаметрально и имеющие по два конца, при этом каждый конец связи соединен с точкой периферии внутренней стенки подвижной расширяющейся секции. Это позволяет улучшить блокировку первых колебательных мод.

Согласно другому варианту изобретения, элемент жесткости содержит по меньшей мере две связи, проходящие радиально от первой центральной части.

Радиально проходящая связь является связью, которая проходит от центральной части, расположенной на центральной оси подвижной расширяющейся секции, к точке периферии внутренней стенки подвижной расширяющейся секции независимо от формы поперечного сечения подвижной расширяющейся секции. При этом радиальная связь имеет первый конец, связанный с указанной центральной частью, и второй конец, связанный со стенкой подвижной секции. Предпочтительно поперечное сечение подвижной расширяющейся секции является круглым. При этом связь проходит по геометрическому радиусу круглого сечения или, согласно одному из вариантов выполнения, подобно спицам велосипедного колеса (то есть связь направлена не к центральной геометрической оси подвижной секции, а к периферии центральной оси, имеющей определенный диаметр). Следует заметить, что данная центральная часть названа «первой», а далее будет описана вторая центральная часть. Предпочтительно элемент жесткости содержит по меньшей мере три связи, проходящие радиально от первой центральной части. Это позволяет улучшить блокировку первых колебательных мод.

Предпочтительно элемент жесткости содержит средства регулировки предварительного напряжения натяжением.

Благодаря средствам регулировки предварительного напряжения натяжением обеспечивается возможность прикладывания заданного и управляемого предварительного натяжения. Средства предварительного напряжения натяжением содержат, например, средство регулируемого натяжения с помощью винтовой системы.

Предпочтительно элемент жесткости содержит по меньшей мере один трос из полимерных волокон.

Трос из полимерных волокон имеет низкую массу. Следовательно, дополнительная масса, добавляемая этим элементом жесткости, является незначительной по сравнению с массой сопла. Это позволяет не снижать эффективность двигателя, на котором укреплено сопло. Понятно, что трос служит связью. При этом трос занимает мало места, так что поперечный элемент жесткости создает незначительное сопротивление в сечении подвижной расширяющейся секции и не возмущает потока газов сгорания в ходе запуска двигателя, на котором укреплено такое сопло. Предпочтительно каждая связь содержит трос из полимерных волокон. В оптимальном решении элемент жесткости содержит по меньшей мере три троса из полимерных волокон.

Предпочтительно трос изготовлен из арамидных волокон (или волокон кевлар - защищенный товарный знак) или эквивалентного материала. Понятие «эквивалент» включает трос из волокон, который имеет коэффициент теплового расширения, температуру плавления или испарения, прочность и чувствительность к ползучести величин того же порядка, что и трос из арамидных волокон. Так например, трос может быть изготовлен из волокон полиэстера.

Трос из арамидных или эквивалентных волокон обладает преимуществом отсутствия ползучести или чувствительности к ползучести и в то же время обладает удовлетворительной прочностью на растяжение. При этом предварительное напряжение натяжением не изменяется или мало изменяется со временем. Кроме того, трос из арамидных волокон имеет низкий коэффициент теплового расширения. При этом предварительное напряжение натяжением не изменяется или мало изменяется под действием колебаний температуры, например, когда сопло установлено на двигателе в промежуточной криогенной ступени.

Указанный трос плавится и разлагается за несколько секунд под действием горячих газов сгорания, выбрасываемых двигателем. Таким образом, когда сопло раздвигается, и двигатель, к которому оно прикреплено, работает, разложение тросов элемента жесткости позволяет не мешать выбросу газов сгорания из сопла. Кроме того, тот факт, что трос разрушается под действием тепла, позволяет избежать необходимости выброса твердых деталей при раздвижке сопла и работе двигателя, что устраняет риск повреждения самого двигателя или, например, верхней ступени, к которой он прикреплен, или нижней сбрасываемой ступени.

Предпочтительно элемент жесткости содержит средства крепления к подвижной расширяющейся секции, жестко соединенные с этой подвижной расширяющейся секцией.

Поскольку средства крепления жестко соединены с подвижной расширяющейся секцией, они не выбрасываются из сопла, например, при плавлении и разрушении троса, так что отсутствует риск повреждения от их выброса, например, к двигателю, к верхней или нижней ступени.

Предпочтительно средства крепления не выступают внутрь подвижной расширяющейся секции. При этом они не мешают истечению газов сгорания.

Предпочтительно во втянутом положении сопла элемент жесткости взаимодействует с нижним по потоку концевым участком неподвижной расширяющейся секции.

Следует понимать, что элемент жесткости взаимодействует с неподвижной расширяющейся секцией непосредственно или через одну или несколько промежуточных деталей. Это позволяет блокировать моды собственных колебаний качания и радиального поступательного движения жесткого корпуса подвижной секции вокруг неподвижной расширяющейся секции. Таким образом, дополнительно снижаются колебания и риск повреждения подвижной расширяющейся секции и столкновения подвижной секции с неподвижной расширяющейся секцией.

Предпочтительно неподвижная и подвижная расширяющиеся секции снабжены вблизи своих нижних по потоку концов комплементарными центрирующими средствами, которые взаимодействуют друг с другом во втянутом положении.

Взаимно ответные центрирующие средства позволяют, во-первых, удерживать подвижную расширяющуюся секцию относительно неподвижной секции и, с во-вторых, блокировать радиальные поступательные движения и/или качания и моды собственных колебаний жесткого корпуса подвижной секции относительно неподвижной расширяющейся секции.

Согласно одному из вариантов изобретения, элемент жесткости удерживает кольцевую центрирующую юбку, которая взаимодействует с нижним по потоку концевым участком неподвижной расширяющейся секции путем зацепления с ней.

Следует понимать, что в этом варианте выполнения указанные комплементарные средства образованы, с одной стороны, кольцевой юбкой и, с другой стороны, нижней по потоку концевой частью неподвижной расширяющейся секции. В качестве примера укажем, что юбка выполнена таким образом, что примыкает к нижней по потоку концевой части неподвижной расширяющейся секции. Во втянутом положении предварительное натяжение элемента жесткости позволяет поддерживать положение входа юбки в нижнюю по потоку концевую часть неподвижной расширяющейся секции, а также возможный контакт между ними.

Предпочтительно юбка взаимодействует с внутренней стенкой концевой части неподвижной расширяющейся секции. Предпочтительно юбка изготовлена из легкого материала (по сравнению с массой развертываемого сопла) и легко плавится или испаряется под действием горячих газов сгорания. Так например, юбка изготовлена из жесткого пенопласта и/или имеет сотовую внутреннюю структуру. Такая юбка может быть изготовлена, например, из пенополиуретана или из композиционного материала с эпоксидной смолой для наружных стенок и из полипропилена для сотовой внутренней структуры.

Согласно другому примеру выполнения элемент жесткости содержит по меньшей мере две связи, проходящие радиально от первой центральной части, а нижний по потоку конец неподвижной секции удерживает вторую центральную часть, с которой во втянутом положении первая центральная часть взаимодействует путем зацепления с ней.

Следует понимать, что в этом примере выполнения указанные комплементарные центрирующие средства образованы, с одной стороны, первой центральной частью и, с другой стороны, второй центральной частью. Так например, первая и вторая центральные части взаимодействуют по типу шипа с гнездом.

Предпочтительно неподвижная расширяющаяся секция содержит поперечный предварительно напряженный натяжением элемент жесткости, содержащий по меньшей мере две связи, проходящие радиально, вблизи нижнего по потоку конца этой секции, между по меньшей мере двумя точками периферии внутренней стенки неподвижной расширяющейся секции, отходя от второй центральной части.

Элемент жесткости неподвижной расширяющейся секции позволяет блокировать первые моды собственных колебаний неподвижной секции, что придает развертываемому соплу дополнительную надежность.

Предпочтительно в целях снижения массы, привносимой элементом или элементами жесткости, первая и/или вторая центральные части изготовлены из легкого материала (по сравнению с массой развертываемого сопла). Предпочтительно во избежание выброса твердых деталей первая и/или вторая центральные части изготовлены из материала, который легко плавится или испаряется под действием горячих газов сгорания. Так например, первая и/или вторая центральные части могут быть изготовлены из арамидных волокон или из полиамида (нейлона).

Изобретение относится также к ракете, содержащей по меньшей мере одно предложенное развертываемое сопло.

Краткий перечень чертежей

Другие особенности и преимущества изобретения пояснены ниже на примере некоторых вариантов его осуществления, не носящих ограничительного характера и раскрытых со ссылкой на прилагаемые чертежи. На чертежах:

фиг.1 изображает первый вариант развертываемого сопла, находящегося во втянутом положении,

фиг.2 изображает развертываемое сопло по фиг.1 на виде, изображенном в осевом направлении по показанной на фиг.1 стрелке II,

фиг.3 изображает развертываемое сопло по фиг.1 в развернутом положении,

фиг.4 изображает развертываемое сопло по фиг.1, снабженное кольцевой центрирующей юбкой,

фиг.5 изображает фрагмент предложенного развертываемого сопла во втором варианте выполнения,

фиг.6 изображает развертываемое сопло по фиг.5 на виде, изображенном в осевом направлении по показанной на фиг.5 стрелке VI,

фиг.7 изображает крепежное средство элемента жесткости развертываемого сопла по фиг.5

и фиг.8 изображает часть фрагмент предложенного развертываемого сопла в третьем варианте выполнения.

Подробное описание вариантов изобретения

На фиг.1 показан первый вариант предложенного развертываемого сопла для ракетного двигателя во втянутом положении. Развертываемое сопло 10 содержит неподвижную расширяющуюся секцию 12 и подвижную расширяющуюся секцию 14 и проходит по оси Х (или в осевом направлении X). Неподвижная и подвижная расширяющиеся секции имеют форму усеченных конусов с осью X. Подвижная расширяющаяся секция 14 скользит вдоль оси Х коаксиально неподвижной расширяющейся секции 12. Неподвижная расширяющаяся секция 12 содержит соединительную часть 121, прикрепленную к выходу камеры 200 тяги ракетного двигателя. Газы сгорания текут в развертываемом сопле 10 от камеры 200 тяги через эту соединительную часть 121. Таким образом, верхний по потоку конец 12а неподвижной расширяющейся секции 12 расположен вблизи соединительной части 121, а нижний по потоку конец 12b неподвижной расширяющейся секции 12 расположен на удалении от нее. Аналогичным образом верхний по потоку конец 14а подвижной расширяющейся секции 14 расположен вблизи соединительной части 121, а нижний по потоку конец 14b подвижной расширяющейся секции расположен на удалении от нее.

В поперечной плоскости подвижной расширяющейся секции 14, перпендикулярно оси X, проходит поперечный элемент 16 жесткости, находящийся вблизи ее нижнего по потоку конца 14b. Как показано на фиг.2, элемент 16 жесткости содержит три троса 16а из арамидных волокон, проходящих диаметрально и образующих три связи. Тросы 116а расположены с равномерным угловым шагом. Каждый трос 16а имеет два конца, которые связывают две диаметрально противоположные точки внутренней стенки подвижной расширяющейся секции 14. В некоторых вариантах изобретения элемент жесткости может содержать один, два или больше трех тросов 16а.

На фиг.3 развертываемое сопло 10 показано в развернутом положении, когда не показанный двигатель находится в состоянии функционирования, а элемент 16 жесткости, показанный штриховой линией, расплавлен горячими газами сгорания, выходящими из двигателя.

На фиг.4 показан вариант развертываемого сопла по фиг.1 во втянутом положении, в котором элемент 16 жесткости удерживает кольцевую центрирующую юбку 18 в виде моноблока из жесткого пенополиуретана. Юбка 18 проходит в осевом направлении по оси Х и имеет форму усеченного конуса. Диаметр верхнего по потоку конца 18а юбки 18 меньше диаметра нижнего по потоку конца 12b неподвижной расширяющейся секции 12, а диаметр нижнего по потоку конца 18b юбки 18 больше диаметра нижнего по потоку конца 12b неподвижной расширяющейся секции 12. Таким образом, юбка 18 частично входит по своей осевой протяженности внутрь неподвижной расширяющейся секции 12 и ее наружная стенка взаимодействует с упором с внутренней стенкой неподвижной расширяющейся секции 12. Элемент 16 жесткости удерживает юбку 18 прижатой к неподвижной расширяющейся секции 12. Как показано на фиг.4, этот упор вызывает прогиб тросов 16а. Юбка поддерживается тросами 16а. Для этого тросы 16а пересекают юбку 18, проходя через ее толщину по отверстиям 18 с, причем тросы 16а могут скользить в отверстиях 18с.

На фиг.4 подробно показаны средства 17 крепления тросов 16а к подвижной расширяющейся секции 14. Каждое средство 17 крепления содержит крючок 17а, основание которого завинчено в гайку 17b с заплечиком, упирающимся в наружную стенку подвижной расширяющейся секции 14. Каждый конец троса 16а прикреплен к крючку 17а петлей 16b. С помощью гайки 17b можно радиально регулировать положение крючка 17а и таким образом регулировать натяжение троса 16а. Благодаря наличию крючка 17а с одной стороны и гайки 17b с другой стороны средство 17 крепления жестко соединено с подвижной расширяющейся секцией 14. Таким образом, средства 17 крепления образуют систему крепления элемента 16 жесткости к подвижной расширяющейся секции 14, а гайки 17b образуют систему регулировки предварительного натяжения элемента 16 жесткости.

На фиг.5 и 6 предложенное развертываемое сопло показано во втором варианте выполнения во втянутом положении. Общие компоненты с первым вариантом выполнения вновь не описываются и обозначены теми же номерами позиций.

Развертываемое сопло 110 содержит первый поперечный элемент 116 жесткости, расположенный вблизи нижнего по потоку конца 14b подвижной расширяющейся секции 14, и второй поперечный элемент 120 жесткости, расположенный вблизи нижнего по потоку конца 12b неподвижной расширяющейся секции 12. Первый элемент 116 жесткости проходит в поперечной плоскости, перпендикулярной осевому направлению Х подвижной расширяющейся секции 14, а второй элемент 120 жесткости проходит в поперечной плоскости, перпендикулярной осевому направлению Х неподвижной расширяющейся секции 12. Первый элемент 116 жесткости содержит три троса 116а из арамидных волокон, образующие три радиальные связи. Каждый трос 116а имеет два конца, а именно первый конец, связанный с первой центральной частью 116b из арамидных волокон, и второй конец, связанный с точкой на периферии внутренней стенки подвижной расширяющейся секции 14. Аналогичным образом второй элемент 120 жесткости содержит три троса 120а из арамидных волокон, образующие три радиальные связи. Каждый трос 120а имеет два конца, а именно первый конец, связанный со второй центральной частью 120b из жесткого синтетического материала, такого как нейлон, и второй конец, связанный с точкой на периферии внутренней стенки неподвижной расширяющейся секции 12. Само собой разумеется, что в некоторых вариантах выполнения первый и/или второй элемент жесткости могут содержать две или больше трех радиальных тросов. Тросы 116а и 120а проходят вдоль геометрических радиусов соответственно подвижной и неподвижной расширяющихся секций 14 и 12.

Первая центральная часть 116b представляет собой тело вращения с осью Х симметрии. Она содержит осевой стержень и кольцевой участок, выступающий радиально, к которому прикреплены тросы 116а. Вторая центральная часть 120b является телом вращения с осью Х симметрии, содержащим центральное осевое отверстие и кольцевой участок, выступающий радиально, к которому прикреплены тросы 120а. Стержень первой центральной части 116b взаимодействует с центральным отверстием второй центральной части 120b путем сцепления с ним. При этом, когда развертываемое сопло находится во втянутом положении, как это показано на фиг.5, стержень первой центральной части 116b находится в отверстии второй центральной части 120b. Когда сопло переходит в развернутое положение, поступательное движение подвижной расширяющейся секции 12 в направлении Х вниз по потоку выводит стержень первой центральной части 116b из отверстия второй центральной части 120b. Разумеется, в некоторых вариантах выполнения указанный стержень может быть предусмотрен на второй центральной части, а отверстие выполнено в первой центральной части. Согласно еще одному варианту изобретения, при втянутом положении сопла группа стержней может взаимодействовать с соответствующей группой отверстий.

На фиг.6 показано азимутальное распределение тросов 116а и 120а первого и второго элементов 116 и 120 жесткости. Тросы расположены с равномерным угловым шагом 120°. Тросы второго элемента 120 смещены в азимутальном направлении на 60° относительно тросов 116а первого элемента жесткости. В общем случае, если первый и второй элементы жесткости имеют одинаковое нечетное число тросов, тросы второго элемента жесткости смещены в азимутальном направлении таким образом, что проходят по радиусам отлично от тросов первого элемента жесткости.

На фиг.7 показано средство 117 крепления тросов 116а к подвижной расширяющейся секции 14. Средства 117 крепления тросов 120а к неподвижной расширяющейся секции 12 выполнены аналогичными. Данное средство 117 крепления содержит втулку 117а, завинчиваемую в подвижную расширяющуюся секцию 14. Втулка 117а выполнена трубчатой и через нее проходит наконечник 117b, обжимающий конец троса 116а. Наконечник 117b может скользить во втулке 117а. На резьбу наконечника 117b навинчена регулировочная гайка 117с. Она упирается во втулку 117а, что позволяет, во-первых, предотвращать смещение наконечника 117а внутрь подвижной расширяющейся секции 14, а во-вторых, регулировать предварительное натяжение троса 116а. Данная регулировочная гайка 117с блокирована контргайкой 117d. Защитный колпачок 117е защищает гайки 117с и 117а, в частности, от проникновения воды. Описанные средства 117 крепления представляют собой систему крепления элемента жесткости к подвижной расширяющейся секции, а регулировочные гайки - систему регулировки предварительного натяжения.

Понятно, что средство 117 крепления по второму варианту изобретения может использоваться вместо средства 17 крепления по первому варианту изобретения и наоборот.

На фиг.8 показан третий вариант предложенного развертываемого сопла. Общие компоненты с первым и вторым вариантами выполнения вновь не описываются и обозначены теми же номерами позиций.

Данное развертываемое сопло 210 содержит первый поперечный элемент 216 жесткости, расположенный вблизи нижнего по потоку конца 14b подвижной расширяющейся секции 14, и второй поперечный элемент 220 жесткости, расположенный вблизи нижнего по потоку конца 12b неподвижной расширяющейся секции 12. Первый элемент 216 жесткости проходит в поперечной плоскости, перпендикулярной осевому направлению Х подвижной расширяющейся секции 14, а второй элемент 220 жесткости проходит в поперечной плоскости, перпендикулярной осевому направлению Х неподвижной расширяющейся секции 12.

Для того чтобы компенсировать осевой промежуток между нижним по потоку концом 12b неподвижной секции 12 и нижним по потоку концом 14b подвижной секции 14, каждый элемент жесткости содержит две группы тросов, связанных с центральной частью, так что каждый трос выполнен двойным. При этом каждая центральная часть смещена по оси относительно плоскостей, определяемых точками, с которыми связаны элементы жесткости.

Каждая центральная часть содержит два кольцевых радиально проходящих участка, отстоящих друг от друга по оси, при этом первая группа тросов связана с первым кольцевым участком, а вторая группа тросов, дублирующая первую группу тросов, связана со вторым кольцевым участком. Таким образом, понятно, что два троса проходят радиально от первой центральной части 216b или второй центральной части 220b в одной радиальной плоскости к общей точке внутренней стенки подвижной секции 14 или неподвижной расширяющейся секции 12. В результате каждый элемент 216 и 220 жесткости имеет две группы из трех тросов 216а и 220а, при этом каждый трос одной группы дублирует трос другой группы. Азимутальное распределение тросов 216а и 220а аналогично азимутальному распределению тросов 116а и 120а во втором варианте выполнения, показанному на фиг.6. Понятно, что согласно некоторым вариантам изобретения, элементы 216 и/или 220 жесткости могут иметь две группы из двух тросов или из большего числа, чем три троса. Тросы 216а и 220а прикреплены соответственно к подвижной расширяющейся секции 14 и неподвижной расширяющейся секции 12 с помощью средства 17 крепления (см. фиг.4). Очевидно, что согласно некоторым вариантам изобретения, средства 117 крепления (см. фиг.7) могут быть заменены средствами 17 крепления.

По аналогии со вторым вариантом изобретения первая центральная часть 216b и вторая центральная часть 220b взаимодействуют друг с другом путем сцепления осевого стержня с центральным отверстием, когда развертываемое сопло находится во втянутом положении, причем стержень выходит из указанного отверстия, когда развертываемое сопло перемещается в развернутое положение.

Хотя изобретение было описано на конкретных примерах выполнения, очевидно, что в рамках общего объема изобретения, определенного пунктами формулы изобретения, возможны изменения и другие модификации. В частности, индивидуальные характеристики различных показанных примеров осуществления могут быть скомбинированы в дополнительных примерах осуществления. Соответственно, описание и чертежи должны рассматриваться в качестве иллюстрации и не носят ограничительного характера.

1. Развертываемое сопло для ракетного двигателя, содержащее по меньшей мере неподвижную расширяющуюся секцию (12) и подвижную расширяющуюся секцию (14), которая коаксиальна неподвижной расширяющейся секции (12) и выполнена с возможностью перемещения вдоль неподвижной расширяющейся секции (12) из втянутого положения в развернутое положение, отличающееся тем, что оно содержит поперечный элемент (16, 116, 216) жесткости, предварительно напряженный натяжением и проходящий поперечно подвижной расширяющейся секции (14), вблизи нижнего по потоку конца (14b) этой секции (14), между по меньшей мере двумя точками на периферии внутренней стенки этой подвижной расширяющейся секции (14).

2. Развертываемое сопло по п.1, отличающееся тем, что поперечный элемент (16, 116, 216) жесткости проходит в поперечной плоскости подвижной расширяющейся секции (14).

3. Развертываемое сопло по п.1, отличающееся тем, что элемент (16) жесткости содержит по меньшей мере одну связь (16а), проходящую диаметрально и имеющую два конца, каждый из которых связан с точкой периферии внутренней стенки подвижной расширяющейся секции (14).

4. Развертываемое сопло по п.1, отличающееся тем, что элемент (116, 216) жесткости содержит по меньшей мере две связи (116а, 216а), проходящие радиально от первой центральной части (116b, 216b).

5. Развертываемое сопло по п.1, отличающееся тем, что элемент (16, 116, 216) жесткости содержит средства (17b, 117с) регулировки предварительного напряжения натяжением.

6. Развертываемое сопло по п.1, отличающееся тем, что элемент (16, 116, 216) жесткости содержит по меньшей мере один трос (16а, 116а, 216а) из полимерных волокон,

7. Развертываемое сопло по п.1, отличающееся тем, что элемент (16, 116, 216) жесткости содержит средства (17, 117) крепления, обеспечивающие его прикрепление к подвижной расширяющейся секции и жестко соединенные с этой подвижной расширяющейся секцией.

8. Развертываемое сопло по п.1, отличающееся тем, что во втянутом положении элемент (16, 116, 216) жесткости взаимодействует с нижним по потоку концевым участком неподвижной расширяющейся секции.

9. Развертываемое сопло по п.1, отличающееся тем, что неподвижная расширяющаяся секция (12) и подвижная расширяющаяся секция (14) снабжены вблизи своих нижних по потоку концов (12b, 14b) комплементарными центрирующими средствами (18; 116b, 120b; 216b, 220b), которые взаимодействуют друг с другом во втянутом положении.

10. Развертываемое сопло по п.9, отличающееся тем, что элемент (16) жесткости удерживает кольцевую центрирующую юбку (18), которая во втянутом положении взаимодействует с нижним по потоку концевым участком неподвижной расширяющейся секции (12) путем зацепления с ней.

11. Развертываемое сопло по п.9, отличающееся тем, что элемент (116, 216) жесткости содержит по меньшей мере две связи (116а, 216а), проходящие радиально от первой центральной части (116b, 216b), при этом нижний по потоку конец (12b) неподвижной расширяющейся секции (12) удерживает вторую центральную часть (120b, 220b), с которой во втянутом положении взаимодействует указанная первая центральная часть (116b, 216b) путем зацепления с ней.

12. Развертываемое сопло по п.11, отличающееся тем, что неподвижная расширяющаяся секция (12) содержит поперечный предварительно напряженный натяжением элемент (120, 220) жесткости, содержащий по меньшей мере две связи (120а, 220а), проходящие радиально, вблизи нижнего по потоку конца (12b) этой секции (12), между по меньшей мере двумя точками периферии внутренней стенки этой неподвижной расширяющейся секции (12), отходя от указанной второй центральной части (120b, 220b).

13. Ракетный двигатель, содержащий по меньшей мере одно развертываемое сопло (10, 110, 210) по любому из пп.1-12.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при изготовлении заглушек для сопел ракетных двигателей на твердом топливе. При изготовлении сферической заглушки выкраивают круговые заготовки из пропитанной связующим стеклоткани, выкладывают из заготовок многослойный пакет на соответствующую конфигурации заглушки матрицу пресс-формы и осуществляют горячее прессование.

Изобретение относится к ракетной технике и может быть использовано при разработке заглушек сопел малогабаритных ракетных двигателей, где необходимо реализовать высокий уровень давления срабатывания заглушки.

Изобретение относится к области двигателестроения и может быть использовано в космической технике или авиации. Двигатель содержит систему агрегатов формирования и подачи рабочего тела в сопло, при этом сопло имеет входную часть, выполненную в виде полого цилиндра с тангенциальными подводами рабочего тела, расположенными равномерно в поперечной плоскости.

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.

Изобретение относится к ракетной технике, а именно к способу изготовления внутренней оболочки сопла камеры сгорания жидкостного ракетного двигателя (ЖРД). Способ включает ротационное выдавливание оболочки за несколько переходов.

Техническое решение относится к ракетным двигательным установкам, для работы которых используется горючее и окислитель, и может быть использовано при создании сопл жидкостных ракетных двигателей (ЖРД).

Изобретение относится к боеприпасам, а именно к конструкции ракетных частей реактивных снарядов. Ракетная часть реактивного снаряда содержит корпус, дно и хвостовой блок.
Изобретение относится к ракетной технике и может быть использовано при создании сопел ракетных двигателей, в частности при разработке конструкции сопел жидкостных ракетных двигателей, имеющих радиационно охлаждаемый сопловой насадок.

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 ракетной технике и может быть использовано при создании ракетного двигателя с раздвижным соплом. Сопло ракетного двигателя содержит раструб и складной насадок, образованный лепестками, кинематически связанными с раструбом механизмом раздвижки, обеспечивающим перевод лепестков из сложенного положения в рабочее.

Изобретение относится к ракетной технике, а более конкретно к устройству жидкостного ракетного двигателя с выдвижным соплом. В жидкостном ракетном двигателе исполнительный механизм выполнен в виде двух соосных, с неподвижным соплом и между собой одной неподвижной и другой, выполненной с возможностью вращения относительно неподвижной, обечаек, с расположенными между обечайками подшипниками и узлом ограничения взаимного осевого перемещения вдоль продольной оси сопла, а на второй обечайке, связанной кинематически с приводом вращательного перемещения через кинематический узел, и на наружной части смонтированной с возможностью перемещения части сопла равномерно по окружности расположены цапфы с установленными на их концах сферическими подшипниками, соединенными шатунами. Изобретение обеспечивает снижение динамических нагрузок на сопло при выдвижении на конечном участке, а также уменьшение радиальных габаритов и массы. 5 ил.
Наверх