Пристрій для відсічення тяги ракетного двигуна - патент Україна 2088788 - Скляр В
Використання: у ракетних двигунах у камерах згоряння. Сутність винаходу: пристрій містить обойму, встановлену на сопловому блоці, зафіксовану щодо корпусу елементами кріплення. Фланець обойми має західний конус, що забезпечує центрування обойми щодо корпусу соплового блоку. Конус формує в процесі відсічення тяги з виступаючого всередину корпусу пакета кілець круговий клин, що утворює разом з корпусом кінематичну пару, що самогальмує. Кільця мають різні висоти виступу, що рівномірно збільшуються по ходу руху обойми. 5 іл.
Малюнки до патенту Україна 2088788
Винахід відноситься до конструкції ракетних двигунів і призначене для дослідження горіння, регулювання тяги та скидання тиску в аварійній ситуації.
Близьким до пропонованого є пристрій, в якому використовуються пружні деформовані елементи, що поглинають кінетичну енергію соплового блоку, що відокремлюється [1] У цій конструкції застосований принцип волочіння болта через фільєру, що вимагає жорстких допусків як на болт, так і на фільєру, а також високою чистоти поверхонь. Звідси випливає, що для виготовлення цього пристрою потрібне складне обладнання та складна технологія (спеціальні верстати для виготовлення фільєрів, спеціальні матеріали та інструменти).
До недоліків таких сполук відносяться також: трудомісткість контролю ступеня їх надійності в процесі складання; підвищена точність посадкових місць; посадка з натягом, що призводить до різкого зниження втомної міцності валів через концентрацію напруг; ушкодження поверхонь, що сполучаються при розпресуванні, внаслідок чого знижується надійність сполук при повторному волочении цих же деталей.
Застосування цього пристрою піроболтів ускладнює конструкцію, знижує надійність пристрою через необхідність подачі сигналу на підрив піроболтів, в яких застосовується вибухова речовина. Застосування вибухової речовини знижує безпеку експлуатації, а у разі відмови спрацьовування піроболтів виріб руйнується.
Найбільш близьким до пропонованого є пристрій, що містить встановлену на сопловому блоці обойму, що перекриває в корпусі соплового блоку вікна і зафіксовану зрізними елементами [2] Обойма і корпус пристрою утворюють циліндр з поршнем. Порожнина циліндра повідомляється з камерою згоряння за допомогою отворів.
При перевищенні заданого тиску з'являється зусилля, що зрізає елементи обойми кріплення, і в результаті відходу обойми камера згоряння повідомляється через звільнені вікна з атмосферою, тиск в камері згоряння скидається.
Однак цей пристрій має ряд недоліків: велика ймовірність засмічення отворів продуктами згоряння в процесі заповнення порожнини циліндра; навіть часткове засмічення отворів веде внаслідок дроселювання надходить у порожнину циліндра газу до запізнення часу наростання тиску в циліндрі в порівнянні з наростанням тиску в камері згоряння, що робить пристрій неефективним; велика кількість ущільнюючих циліндр рухомих з'єднань, що працюють при високій температурі, знижує надійність пристрою; пристрій не забезпечує ненаголошеної його роботи; в результаті реактивної сили амортизатора в кінці ходу обойми можливий відхід обойми в початкове положення, внаслідок чого перепускні вікна перекриються повністю або частково, оскільки обійма не фіксується щодо корпусу виробу; при спрацьовуванні пристрою порожнина циліндра заповнюєтьсягазом високої температури, що виводить пристрій із ладу; конструкція пристрою збільшує габарити двигуна.
Метою винаходу є підвищення надійності конструкції, забезпечення плавного ненаголошеного гальмування обойми за заздалегідь заданим законом гальмування з фіксацією обойми в кінці ходу щодо корпусу пристрою.
Це досягається західним конусом, виконаним на фланці обойми шляхом формування з матеріалу конструкції клина, що забезпечує самогальмування обойми. Клин та кільця мають низку конструктивних особливостей, які пояснюються нижче.
На фіг. 1 зображено пристрій до спрацьовування, поздовжній розріз; на фіг. 2 пристрій після спрацьовування до формування клина, поздовжній розріз; на фіг. 3 пристрій після спрацьовування в момент формування клину, поздовжній розріз; на фіг. 4 пристрій після спрацьовування (обойма загальмована щодо корпусу), поздовжній розріз; на фіг. 5 варіант розрізного клину.
Пристрій відсічення тяги складається з корпусу 1 навернутого на корпус виробу "К" і фіксуючого втулки 2 і 3 кільця 5, кілець 4, 8, 9, 10 і 11, що виступають всередину корпусу 1. До корпусу виробу "К" кріпиться за допомогою розривних шпильок 6 і гайок 13 обойма 7. Ущільнення між корпусом "К" і обоймою 7 здійснюється за допомогою кілець ущільнювачів 14.
Фланець обойми 7 має західний центрувальний конус. Кут скосу фланця вибирається таким, щоб тангенс кута a був не більше коефіцієнта тертя.
Кільця 4, 8, 9, 10 і 11 мають скоси (фаски), зняті під кутом і виступають всередину корпусу 1 під поверхнею втулки 3. Кільця роз'єднані один від одного на відстані D таким чином, що утворюють розрізний у поперечному перерізі круговий клин.
Величина пакета кілець H, товщина самих кілець h та матеріалвибираються з умови ненаголошеної роботи деформації кілець при формуванні кільцевого клина 16 (фіг. 4). Варіант кругового розрізного клина, щілини якого розташовані по радіусу вздовж клина 16, зображено на фіг. 5. Кількість щілин, їх ширина, як і матеріал клина вибираються з умов ненаголошеної роботи пристрою в момент зчленування фланця обойми 7 з клином 12.
Пристрій працює наступним чином.
При перевищенні номінального тиску в камері згоряння розривні болти рвуться 6, що дає можливість відходу обойми 7 від корпусу. У процесі відходу обойми фланець обойми, що має кут скосу, деформує виступаючі всередину корпусу 1 кільця 11, 10, 9, 8 і 4, утворюючи самогальмуючий клин 16. Виникає тертя між клином 16 і втулкою розпірної 3 плавно гальмує ходу.
Фіксування відбувається за рахунок самогальмуючий ефект пари, що труться: клин 16 розпірна втулка 3. Умови гальмування: tg f де f коефіцієнт тертя.
Знаючи силу, що розганяє обойму 7, шлях розгону Sp і вважаючи розгін обойми рівноприскореним, легко знайти кінетичну енергію обойми в кінці розгону.
Розганяюча сила визначається тиском у камері згоряння та конструкцією запобіжного пристрою. Задаючи шлях гальмування Sт, знаючи коефіцієнт тертя пари, що труться, задаючись кутом клина і виходячи з умов рівноваги сил на клині, за відомими формулами механіки встановлюємо залежність між силами розгону і гальмування обойми, тобто. закон гальмування обойми
Фіксація обойми наприкінці шляху гальмування виключає небажані динамічні навантаження на виріб, які виникли б у разі відсутності фіксації обойми 7 щодо корпусу 1.
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
Пристрій для відсічення тяги ракетного двигуна, що міститьвстановлену на сопловому блоці обойму, що перекриває виконані в корпусі соплового блоку вікна і зафіксовану щодо нього кріпильними елементами, що відрізняється тим, що фланець обойми має західний забезпечує центрування обойми щодо корпусу соплового блоку конус, який формує в процесі відсікання тяги з виступаючого всередину корпусу розрізний клин, що утворює разом з корпусом самогальмуючу кінематичну пару, причому виступаючі всередину корпусу кільця мають різні висоти виступу, рівномірно збільшуються по ходу руху обойми, відстань між кільцями зафіксовані шайбами, а на кожному з виступаючих всередину корпусу кілець є скоси, обойми, поверхні яких еквідистантні, а елементи кріплення виконані у вигляді розривних шпильок.