РЕГУЛЯТОР РАСХОДА ПРОДУКТОВ ГАЗОГЕНЕРАЦИИ РАКЕТНО-ПРЯМОТОЧНОГО ДВИГАТЕЛЯ
FLOW REGULATOR FOR GAS GENERATION PRODUCTS OF A RAM ROCKET ENGINE

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.