Регулятор расхода продуктов газогенерации ракетно-прямоточного двигателя
Владельцы патента RU 2750244:
Акционерное общество "Машиностроительное конструкторское бюро "Искра" имени Ивана Ивановича Картукова" (АО "МКБ "Искра") (RU)
Изобретение относится к ракетной технике, а именно к устройствам, предназначенным для регулирования расхода продуктов газогенерации в ракетно-прямоточных двигателях (РПД). Регулятор расхода продуктов газогенерации размещается между газогенератором и камерой дожигания и содержит переднюю 1 и заднюю 2 крышки с теплозащитным покрытием 3 (10), проходной канал 4, смещенный относительно продольной оси регулятора в радиальном направлении и закрытый теплозащитным покрытием 5, сопловой вкладыш 6 из композиционного вольфрамомедного псевдосплава, электропривод с редуктором 7, на валу 8 которого закреплена грибовидная поворотная заслонка 9, также выполненная из композиционного вольфрамомедного псевдосплава. На передней крышке имеется радиальная проточка 11, геометрические размеры которой подбираются расчетным путем для обеспечения минимальной площади проходного сечения при полностью закрытой поворотной заслонке 9 и вырез сложной формы 12 в районе проходного канала 4. Сопловой вкладыш 6 имеет на входе фланец 13, повторяющий своей формой вырез 12, при этом передняя плоскость фланца устанавливается на одном уровне с плоскостью передней крышки 1, на фланце имеется радиальная проточка 14 тех же размеров, что и радиальная проточка 11, а задняя грань выступа поворотной заслонки 9 опирается на переднюю плоскость фланца. Изобретение обеспечивает упрощение конструкции, повышение технологичности сборки и снижение массово-габаритных характеристик регулятора расхода продуктов газогенерации РПД, а также обеспечивает его работоспособность при налипании конденсированной фазы и оптимальное смесеобразование компонентов ракетного топлива в камере дожигания. 4 ил.
Изобретение относится к ракетной технике, а именно к устройствам, предназначенным для регулирования расхода продуктов газогенерации в ракетно-прямоточных двигателях (РПД).
Существуют различные виды регуляторов расхода продуктов газогенерации, функционирование которых основано на двух принципах: поперечного перекрытия заслонкой проходного канала и продольного перемещения центрального тела в профилированной части соплового канала.
При поперечном перекрытии заслонкой проходного канала возникает проблема налипания твердых частиц продуктов газогенерации, т.н. конденсированной фазы (К-фазы), на подвижные части, вследствие чего их может заклинить, что приведет к невозможности функционирования регулятора. Налипание К-фазы на сопрягаемые поверхности происходит и в регуляторах, в которых регулирование производится перемещением центрального тела в профилированной части соплового канала. В этом случае, происходит сужение проходного сечения канала, и как следствие - неконтролируемое повышение давления в газогенераторе, вплоть до его разрыва.
Известен регулятор расхода, размещенный между газогенератором и камерой дожигания ракетно-прямоточного двигателя, описанный в патенте (RU2484281, МПК F02K 7/18, F02K 9/26 от 9.11.2011 г.). Он имеет в своем составе не менее одной регулируемой сопловой втулки, входная плоскость которой вынесена внутрь газогенератора, с узлом регулирования ее проходного сечения, связанного с приводом (пневматическим) управляющего устройства и не менее одной нерегулируемой сопловой втулки, входная плоскость которой совпадает с плоскостью стенки газогенератора, узел регулирования проходного сечения выполнен в виде поворотной профилированной заслонки переменного сечения, утолщенная часть которой выполнена с возможностью регулирования проходного сечения, а утонченная часть выполнена с возможностью защиты регулируемого проходного сечения от прямого натекания продуктов газогенерации. Данное техническое решение взято за прототип.
Анализ конструкции прототипа выявил ряд конструктивных недостатков, препятствующих его практическому использованию:
1. Использование пневмопривода усложняет и утяжеляет конструкцию, т.к. требуется введение габаритного источника высокого давления и прецизионных устройств его регулирования.
2. Использование относительно простого электропривода вместо пневмопривода не представляется возможным из-за высокого теплового воздействия газовых потоков, проходящих через не менее двух сопловых втулок (проходных каналов) и конструктивно имеющих из-за этого недостаточную толщину теплозащиты.
3. Невозможность снизить количество проходных каналов до оптимального (для обеспечения высоких внутрибаллистических характеристик в камере дожигания) - одного, т.к. необходимо иметь не менее одного регулируемого канала и не менее одного нерегулируемого канала для обеспечения минимального расхода продуктов газогенерации.
Изобретение направлено на устранение данных недостатков прототипа, а именно, на упрощение конструкции, повышение технологичности и снижение массово-габаритных характеристик регулятора расхода продуктов газогенерации РПД, а также обеспечение его работоспособности при налипании К-фазы и оптимального смесеобразования компонентов ракетного топлива в камере дожигания.
Указанный технический результат достигается тем, что регулятор содержит один проходной канал, смещенный относительно продольной оси регулятора в радиальном направлении, сопловой вкладыш с фланцем, установленый в проходной канал и соответствующий вырез на передней крышке так, чтобы их передние плоскости совпадали, на фланце и передней крышке имеется радиальная проточка, а задняя грань выступа поворотной заслонки опирается на фланец, при этом сопловой вкладыш с фланцем и поворотная заслонка выполнены из композиционного вольфрамо-медного (W-Cu) псевдосплава, например марки «ВД-МП».
Изобретение поясняется описанием и фигурами, на которых:
фиг. 1 -продольный разрез регулятора;
фиг. 2 - аксонометрическое изображение передней крышки регулятора;
фиг. 3 - аксонометрическое изображение соплового вкладыша;
фиг. 4 - аксонометрическое изображение регулятора в сборе в открытом положении.
Регулятор расхода продуктов газогенерации размещается между газогенератором и камерой дожигания и содержит (фиг. 1) переднюю 1 и заднюю 2 крышки с теплозащитным покрытием 3 (10), проходной канал 4, смещенный относительно продольной оси регулятора в радиальном направлении и закрытый теплозащитным покрытием 5, сопловой вкладыш 6 из композиционного вольфрамо-медного псевдосплава, электропривод с редуктором 7, на валу 8 которого закреплена грибовидная поворотная заслонка 9, также выполненная из композиционного вольфрамо-медного псевдосплава. На передней крышке (фиг. 2) имеется радиальная проточка 11, геометрические размеры которой подбираются расчетным путем для обеспечения минимальной площади проходного сечения при полностью закрытой поворотной заслонке 9 и вырез сложной формы 12 в районе проходного канала 4. Сопловой вкладыш 6 (фиг. 3) имеет на входе фланец 13, повторяющий своей формой вырез 12, при этом передняя плоскость фланца устанавливается на одном уровне с плоскостью передней крышки 1, на фланце имеется радиальная проточка 14 тех же размеров, что и радиальная проточка 11, а задняя грань выступа поворотной заслонки 9 (фиг. 4) опирается на переднюю плоскость фланца.
Использование композиционного вольфрамо-медного псевдосплава в сопловом вкладыше 6 и поворотной заслонке 9 обусловлено его структурой из пропитанного медью пористого каркаса из тугоплавкого вольфрама. Данная структура придает этому сплаву высокие жаропрочные, термостойкие и эрозионные свойства. Проведенные испытания композиционного вольфрамо-медного псевдосплава показали следующую особенность: под воздействием высоко-температурных газовых потоков находящаяся в псевдосплаве медь переходит в жидкое агрегатное состояние, создает пограничный слой, препятствующий налипанию К-фазы на поверхности деталей и способствует выносу ее в камеру дожигания. Кроме того, пограничный слой жидкой меди существенно снижает коэффициент трения между задней гранью выступа поворотной заслонки 9 и передней плоскостью фланца соплового вкладыша 6, что снижает требования к мощности источника электрического тока и электропривода.
Регулятор расхода продуктов газогенерации работает следующим образом - при запуске газогенератора ракетно-прямоточного двигателя поворотная заслонка 9 находится в закрытом положении. Продукты газогенерации через радиальные проточки 11 (14) и сопловой вкладыш 6 поступают в камеру дожигания, где смешиваясь с воздухом, поступающим через воздухозаборное устройство из вне, дожигаются и, истекая из сопла создают реактивную тягу. При достижении в газогенераторе требуемого давления, система управления летательного аппарата посредством электропривода 7 вращает поворотную заслонку 9, увеличивая площадь проходного сечения в сопловом вкладыше 6, вследствие чего снижается давление продуктов газогенерации в газогенераторе и их количество, поступающих в камеру дожигания. В дальнейшем, система управления летательным аппаратом в полете постоянно регулирует степень открытия поворотной заслонки 9, обеспечивая оптимальное смесеобразование компонентов ракетного топлива в камере дожигания РПД в зависимости от количества поступаемого кислорода.
Предлагаемое техническое решение упрощает конструкцию, повышает технологичность сборки и снижает массово-габаритные характеристики регулятора расхода продуктов газогенерации РПД, а также обеспечивает его работоспособность при налипании К-фазы и оптимальное смесеобразование компонентов ракетного топлива в камере дожигания.
Регулятор расхода продуктов газогенерации ракетно-прямоточного двигателя, состоящий из передней и задней крышек с теплозащитным покрытием, проходного канала с сопловым вкладышем и поворотной заслонки с электроприводом, отличающийся тем, что проходной канал смещен относительно продольной оси регулятора в радиальном направлении, сопловой вкладыш с фланцем установлен в проходной канал и соответствующий вырез на передней крышке так, чтобы их передние плоскости совпадали, на фланце и передней крышке имеется радиальная проточка, а задняя грань выступа поворотной заслонки опирается на фланец, при этом сопловой вкладыш с фланцем и поворотная заслонка выполнены из композиционного вольфрамомедного псевдосплава.
