Жидкостный ракетный двигатель с насадком из углерод-углеродного композиционного материала (уукм)

Изобретение относится к управлению вектором тяги жидкостных ракетных двигателей (ЖРД). ЖРД содержит камеру с охлаждаемой сверхзвуковой частью сопла, неохлаждаемый насадок из углерод-углеродного композиционного материала, соединенных между собой с помощью разъемного соединения, рулевые агрегаты и раму, согласно изобретению на охлаждаемой части сопла и неохлаждаемом насадке выполнены бурты округлой формы и имеющие эквидистантные поверхности с графитовым покрытием, между которыми установлены в двух взаимно перпендикулярно-расположенных плоскостях четыре дефлектора округлой формы из углерод-углеродного композиционного материала, внутренние и наружные поверхности которых идентичны по форме поверхностям буртов с осью вращения, расположенной на оси охлаждаемой части сопла, и с торцевой поверхностью дефлектора, являющейся продолжением профилированной поверхности сопла при их нахождении в исходном положении. Изобретение обеспечивает снижение массы конструкции, повышение эффективности управления и уменьшение усилия на рулевые агрегаты. 5 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 создание 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, 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 РФ №2251013, F02K 9/80, 2003).

Недостатком данной конструкции является:

- 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.

Известен жидкостный ракетный двигатель с дефлектором на срезе сопла, выбранный за прототип, содержащий камеру с охлаждаемой сверхзвуковой частью сопла, неохлаждаемый насадок из углерод-углеродного композиционного материала (УУКМ), рулевые агрегаты, раму и дефлектор из УУКМ, состоящий из двух частей соединенных между собой при помощи фланцевого соединения с уплотнением из терморасширенного графита.

Внутренняя поверхность дефлектора имеет сферическую форму эквидистантную сферической поверхности неохлаждаемого насадка, а на наружной поверхности выполнены проушины для закрепления к рулевым агрегатам (патент РФ №2579294, F02K 9/80, 2015).

Недостатком данной конструкции является:

- увеличенная масса из-за необходимости выполнения сферической поверхности для установки дефлектора и расположения дефлектора на срезе сопла неохлаждаемого насадка;

- низкая эффективность управляющего усилия при расположении дефлектора на срезе сопла. При этом основная доля усилия реализуется за счет повышения давления на поверхности дефлектора, а в зоне сопла перед дефлектором повышение давления незначительное, что требует приложения большего усилия на рулевые агрегаты.

Предлагаемое изобретение устраняет указанные недостатки прототипа и решает техническую задачу снижения массы конструкции, повышения эффективности управляющего усилия и уменьшения усилия на рулевые агрегаты.

Поставленная техническая задача решается тем, что в ЖРД, содержащем камеру с охлаждаемой сверхзвуковой частью сопла, неохлаждаемый насадок из углерод-углеродного композиционного материала, соединенных между собой с помощью разъемного соединения, рулевые агрегаты и раму, согласно изложению, на охлаждаемой части сопла и неохлаждаемом насадке выполнены бурты округлой формы и имеющие эквидистантные поверхности с графитовым покрытием, между которыми установлены, в двух взаимно перпендикулярно-расположенных плоскостях четыре дефлектора округлой формы из углерод-углеродного композиционного материала, внутренние и наружные поверхности которых идентичны по форме поверхностям буртов, с осью вращения, расположенной на оси охлаждаемой части сопла, и торцевой поверхностью дефлектора, являющейся продолжением профилированной поверхности сопла при их нахождении в исходном положении.

Такое исполнение ЖРД позволяет реализовать следующие процессы:

- когда не требуется боковое управляющее усилие, сектора дефлектора находятся в исходном положении, и обтекается газом только торцевая поверхность, находящаяся заподлицо с частью поверхности сопла;

- при необходимости получения бокового усилия в определенной плоскости подается команда на соответствующие рулевые агрегаты. Рулевым агрегатом сектор дефлектора погружается в газовый поток. Боковое управляющее усилие будет реализовываться из двух составляющих: усилия от распределения давления на поверхности дефлектора и усилия от повышения давления в зоне сопла перед дефлектором.

При расположении дефлектора между охлаждаемой сверхзвуковой частью сопла и неохлаждаемым насадком из УУКМ доля усилия от повышения давления в зоне сопла перед дефлектором будет существенно выше, чем если дефлектор расположить на срезе сопла неохлаждаемого насадка. Кроме того, повышенное давление на поверхности дефлектора позволяет погрузить его в газовый поток на меньший угол, что уменьшает расстояние приложения суммарного управляющего усилия и тем самым снижает управляющее усилие в рулевых агрегатах.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется схемами, показанными на фиг. 1, 2, 3, 4, 5.

ЖРД (фиг. 1) содержит камеру с охлаждаемой частью сопла 1, округлый бурт на сопле 2, округлый бурт 3 на насадке 4, дефлектор 5, расположенный между эквидистантными поверхностями буртов с графитовым покрытием данных поверхностей, проушины (кронштейны) 6, рулевые агрегаты 7, раму двигателя 8.

На фиг. 2 показано место соединения камеры с охлаждаемой частью сопла 1 с неохлаждаемым насадком 4 при помощи болтового соединения 9.

На фиг. 3 показано расположение четырех дефлекторов 5 в двух взаимно перпендикулярно-расположенных плоскостях относительно камеры с охлаждаемой частью сопла 1.

На фиг. 4 показана физическая картина получения бокового усилия. При погружении дефлектора 5 в газовую струю за скачком уплотнения А на поверхности охлаждаемой части сопла камеры 1, прилегающей к дефлектору 5, образуется зона с повышенным давлением Pi. При этом на поверхность дефлектора 5 действует давление Рг.

На фиг. 5 показана зона Б с повышенным давлением перед дефлектором 5.

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

По команде от системы управления РН подается сигнал на соответствующие рулевые агрегаты 7, которые через проушину 6 поворачивают дефлектор 5 вокруг оси охлаждаемой части сопла камеры 1. Соответствующий дефлектор 5 погружается в струю газа, истекающую из сопла камеры 1. В результате погружения дефлектора 5 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.

Таким образом, использование дефлектора из УУКМ, расположенного между охлаждаемой сверхзвуковой частью сопла и неохлаждаемым насадком из УУКМ, позволяет получить увеличенное управляющие усилие, уменьшить потери в осевой тяге при получении бокового усилия, уменьшить усилие на рулевые агрегаты и уменьшить массу конструкции за счет изменения расположения дефлектора относительно неохлаждаемого насадка.

Жидкостный ракетный двигатель, содержащий камеру с охлаждаемой сверхзвуковой частью сопла, неохлаждаемый насадок из углерод-углеродного композиционного материала, соединенных между собой с помощью разъемного соединения, рулевые агрегаты и раму, отличающийся тем, что на охлаждаемой части сопла и неохлаждаемом насадке выполнены бурты округлой формы и имеющие эквидистантные поверхности с графитовым покрытием, между которыми установлены в двух взаимно перпендикулярно-расположенных плоскостях четыре дефлектора округлой формы из углерод-углеродного композиционного материала, внутренние и наружные поверхности которых идентичны по форме поверхностям буртов, с осью вращения, расположенной на оси охлаждаемой части сопла, и с торцевой поверхностью дефлектора, являющейся продолжением профилированной поверхности сопла при их нахождении в исходном положении.



 

Похожие патенты:

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.

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

Изобретение относится к ракетным двигателям, в которых для управления вектором тяги в полете используются различные органы управления, расположенные у среза сопла или внутри него.

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 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 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 управлению вектором тяги жидкостных ракетных двигателей. ЖРД содержит камеру с охлаждаемой сверхзвуковой частью сопла, неохлаждаемый насадок из углерод-углеродного композиционного материала, соединенных между собой с помощью разъемного соединения, рулевые агрегаты и раму, согласно изобретению на охлаждаемой части сопла и неохлаждаемом насадке выполнены бурты округлой формы и имеющие эквидистантные поверхности с графитовым покрытием, между которыми установлены в двух взаимно перпендикулярно-расположенных плоскостях четыре дефлектора округлой формы из углерод-углеродного композиционного материала, внутренние и наружные поверхности которых идентичны по форме поверхностям буртов с осью вращения, расположенной на оси охлаждаемой части сопла, и с торцевой поверхностью дефлектора, являющейся продолжением профилированной поверхности сопла при их нахождении в исходном положении. Изобретение обеспечивает снижение массы конструкции, повышение эффективности управления и уменьшение усилия на рулевые агрегаты. 5 ил.

Наверх