Раструб сопла ракетного двигателя с тепловой изоляцией



Раструб сопла ракетного двигателя с тепловой изоляцией
Раструб сопла ракетного двигателя с тепловой изоляцией

 


Владельцы патента RU 2595295:

Государственный научный центр Российской Федерации - федеральное государственное унитарное предприятие "Исследовательский Центр имени М.В. Келдыша" (RU)

Изобретение относится к ракетной технике. Раструб сопла ракетного двигателя с тепловой изоляцией выполнен из композиционного материала, который представляет собой армированную углеродными волокнами керамическую матрицу. Тепловая изоляция выполнена в виде кожуха из пакета пластин углеродного войлока, зашитого в армирующую оболочку из стеклоткани и прошитого армирующими нитями. Кожух закреплен на внешней поверхности сопла. Изобретение позволяет обеспечить защиту агрегатного отсека двигателя и приборов, расположенных вблизи сопла от перегрева при минимальном увеличении веса и изменении конструкции раструба. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к области ракетной техники, а именно к конструкции раструба сверхзвуковой части сопла ракетного двигателя, преимущественно жидкостного.

Известны конструкции камер жидкостных ракетных двигателей (ЖРД) с насадками радиационного охлаждения из углерод-керамических композиционных материалов (патенты РФ №2266424, РФ №2196917, РФ №2251015).

Недостаток этих конструкций в том, что тонкостенный сопловой насадок в процессе работы нагревается до высоких температур и излучение его внешней поверхности может негативно воздействовать на агрегатный отсек двигателя.

Патентом РФ №2421627 защищена конструкция раструба сопла ракетного двигателя из углепластика с теплозащитным материалом. Недостаток этой конструкции заключается в том, что раструб сопла, изготовленный из углепластика, имеет меньший ресурс работы в составе жидкостного ракетного двигателя по сравнению с раструбом из углерод-керамического композиционного материала, который имеет защиту от окисляющих компонентов продуктов сгорания. Изготовление же данной конструкции из углерод-керамического композиционного материала потребует внесения существенных изменений в конструкцию раструба сопла, что значительно увеличит трудоемкость его изготовления.

Техническим результатом, достигаемым изобретением, является обеспечение защиты агрегатного отсека двигателя и приборов, расположенных вблизи сопла, от перегрева при минимальном увеличении веса и изменении конструкции самого раструба. Раструб сопла ракетного двигателя выполнен из композиционного материала, который представляет собой армированную углеродными волокнами керамическую матрицу. Тепловая изоляция раструба сопла выполнена в виде кожуха из пакета пластин углеродного войлока, зашитого в армирующую оболочку из стеклоткани и прошитого армирующими нитями. При этом кожух закреплен на внешней поверхности сопла. Кожух может быть прикреплен к фланцевому соединительному кольцу у стыка раструба и камеры сгорания и к бандажному кольцу с отверстиями у среза раструба посредством армирующей нити.

Кожух может быть закреплен на внешней поверхности сопла высокотемпературным клеем. Армирующая нить может быть выполнена из стекловолокна или углеродного волокна.

В качестве основного теплоизоляционного материала используется низкоплотный (≈100-130 кг/м3) углеродный войлок. Но ввиду того, что сам углеродный войлок не обладает приемлемой механической прочностью, была разработана конструкция и ее крепление на раструб.

Суть предлагаемого изобретения поясняется фигурами 1 и 2, на которых показаны сечения раструба сопла с тепловой изоляцией и различные способы крепления теплозащитного кожуха на раструбе сопла.

Защищаемое устройство представляет собой раструб сопла 1 ракетного двигателя из углерод-керамического композиционного материала, поверх которого закреплен теплозащитный кожух, который выполнен из пластин 4 углеродного войлока, зашитого в армирующую оболочку 3 из стеклоткани и прошит армирующими нитями. На фигуре 1 показан способ крепления теплозащитного кожуха с помощью высокотемпературного клея 2.

В случае, если ракетный двигатель предназначен для работы в условиях нижних слоев атмосферы или при наземных испытаниях, пакет пластин 4 углеродного войлока, зашитого в армирующую оболочку 3, может быть прикреплен армирующей нитью 7 к фланцевому соединительному кольцу 5, с помощью которого раструб сопла прикрепляется к камере ЖРД, и к бандажному кольцу 6 с отверстиями у среза раструба, которое в таком случае должно быть дополнительно предусмотрено в конструкции раструба сопла 1.

При включении сопла в работу продукты сгорания поступают в раструб сопла под воздействием давления и температуры, при этом раструб прогревается до температуры ~1500-2000°С, в том числе на внешней поверхности. В зависимости от требований конкретного двигателя требуется обеспечить на внешней поверхности раструба температуру на уровне 50-350°С. Толщина теплозащитного пакета может меняться в зависимости от требований конструкции двигателя.

Выполнение раструба из углерод-керамического композиционного материала с теплозащитным пакетом в соответствии с предложенным изобретением позволяет сделать сопло более легким (удельный вес теплоизоляционного материала ≈100-130 кг/м3, удельный вес материала сопла и армирующих материалов ≈1400-1750 кг/м3), обеспечить защиту агрегатного отсека двигателя и приборов, расположенных вблизи сопла от негативного воздействия высоких температур, а также обеспечить механическую стойкость теплоизоляционного пакета, в том числе при работе в наземных условиях.

Работоспособность такой конструкции, ее надежность и эксплуатационные характеристики подтверждены циклом стендовой отработки с положительными результатами. Проведено 6 запусков суммарной длительностью 600 секунд на стендовом кислород-керосиновом ЖРД с раструбом, снабженным тепловой изоляцией. В процессе испытаний с помощью термопар измерялась температура поверхности самого раструба и внешней поверхности теплоизоляционного пакета. Между испытаниями проводился визуальный осмотр конструкции на наличие дефектов. Все испытания проводились без переборки конструкции. По итогам испытаний предлагаемая конструкция сохранила свою целостность и работоспособность.

1. Раструб сопла ракетного двигателя с тепловой изоляцией, выполненный из композиционного материала, отличающийся тем, что композиционный материал представляет собой армированную углеродными волокнами керамическую матрицу, тепловая изоляция выполнена в виде кожуха из пакета пластин углеродного войлока, зашитого в армирующую оболочку из стеклоткани и прошитого армирующими нитями, при этом кожух закреплен на внешней поверхности сопла.

2. Раструб сопла ракетного двигателя с тепловой изоляцией по п. 1, отличающийся тем, что кожух закреплен с помощью высокотемпературного клея.

3. Раструб сопла ракетного двигателя с тепловой изоляцией по п. 1, отличающийся тем, что кожух прикреплен к фланцевому соединительному кольцу у стыка раструба и камеры сгорания и к бандажному кольцу с отверстиями у среза раструба посредством армирующей нити.

4. Раструб сопла ракетного двигателя с тепловой изоляцией по п. 1 или 3, отличающийся тем, что армирующая нить выполнена из стекловолокна или углеродного волокна.



 

Похожие патенты:

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.

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.

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.
Наверх