Фланец поворотного сопла ракетного двигателя из композиционных материалов
FLANGE OF THE ROTATING NOZZLE OF ROCKET ENGINE BODY FROM COMPOSITE MATERIALS

Изобретение относится к области ракетостроения и может быть использовано при создании конструкций ракетных двигателей различного назначения.
Фланец является неподвижным несущим элементом в составе поворотного сопла с жестким закреплением на фланце двигателя, и во всех реализованных конструкциях выполнялся из металла (И.Х. Фахрутдинов, А.В. Котельников «Конструкция и проектирование ракетных двигателей твердого топлива». Москва. Машиностроение. 1987, с. 228-229).
На фланце закрепляются все подвижные и неподвижные составные части поворотного сопла: каркас, корпус раструба, эластичный шарнир и его опора, жестко соединенная с корпусом раструба.
Из всего этого состава впервые из композиционных материалов была предложена и впоследствии экспериментально проверена с положительным результатом конструкция каркаса, пат. RU №2551467 С1 МПК F02K 9/84, а ранее конструкция корпуса раструба пат. RU №2539236 С1 МПК F02K 9/97 (2006.01).
То есть была показана принципиальная возможность изготовления составных частей поворотного сопла из композиционных материалов.
Были также сделаны попытки создания фланца поворотного сопла - наиболее нагруженной части его - из композиционных материалов (пат. RU №2434160 С1 МПК F02K 9/97 (2006.01), который принят в данном случае в качестве прототипа.
В данном источнике информации фланец выполнен в виде конического корпуса со шпангоутами по краям и силовым опорным поясом между ними, связанными воедино сетчатой оболочкой с кольцевыми и косыми ребрами, а поверх сетчатой оболочки расположена герметизирующая оболочка в утопленной в двигатель зоне.
Но такие технические решения в большей части применимы в изделиях, имеющих какую-то протяженность, например, по пат. RU №2384460 С2 МПК B64С 1/00 (2006.01) или №2442690 С1 МПК В32B 1/08 (2006.01), представляющих собой сетчатые оболочки из пересекающихся ребер с наружной обшивкой. По такому же принципу выполнена и утопленная часть фланца по прототипу. В реальности фланец поворотного сопла должен иметь компактную высокопрочную конструкцию с довольно ограниченными размерами и отвечающую также требованиям по герметичности при высоких наружных давлениях и больших осевых усилиях.
Задачей данного предлагаемого изобретения является создание конструкции фланца поворотного сопла, отвечающего требованиям высокой нагруженности и герметичности при применении и технологичности при изготовлении.
Существенными признаками конструкции фланца, обеспечивающими достижение этой цели, являются:
- выполнение утопленной части конического корпуса фланца с дополнительной силовой оболочкой преимущественно из однонаправленного композиционного материала с установкой непосредственно на ней с упором в силовой опорный пояс с защемлением на нем;
- выполнение опорной на эластичный шарнир поверхности дополнительной силовой оболочки, общей с опорной поверхностью утопленной части конического корпуса;
- выполнение силового опорного пояса из композиционного материала с оребрением со стороны, противоположной фланцу двигателя, с образованием ниш для размещения элементов крепления к нему или металлическим.
Предлагаемая конструкция фланца поворотного сопла из композиционных материалов поясняется чертежами.
На фиг. 1 представлена схема конструктивного взаимодействия фланца в составе поворотного сопла; на фиг. 2 и 3 - конструктивное оформление самого фланца опорным поясом из композиционных материалов или металлическим соответственно.
Фланец 1 поворотного сопла (фиг. 1) является несущей конструкцией для всех элементов поворотного сопла. На нем закрепляются все подвижные и неподвижные составные части: собственно сопло 2 с эластичным шарниром 3 и его опорой 4, каркас 5. И весь перечисленный комплект устанавливается на фланце 6 двигателя 7.
Сам фланец 1 (фиг. 1) конструктивно содержит конический корпус 8 (фиг. 2) с утопленной в двигатель 7 частью 9 с опорной поверхностью 10 на эластичный шарнир 3 в условиях применения с одной стороны и присоединительным шпангоутом 11 для каркаса 5 собственно сопла 2 с другой и силовой опорный пояс 12 между ними с присоединительными отверстиями 13 к фланцу 6 двигателя 7.
Опорный пояс 12 конструктивно отделяет утопленную часть 9 конического корпуса 8, которая в данном предложении выполнена с дополнительной силовой оболочкой 14 преимущественно из однонаправленного композиционного материала, непосредственно установлена на ней с упором в силовой опорный пояс 12, имеет с ней общую опорную поверхность 10 на эластичный шарнир 3 в условиях применения.
Силовой опорный пояс 12 выполняется также из композиционных материалов (фиг. 2) с посадкой на конический корпус 8 в соответствующем месте и с оребрением 15 со стороны, противоположной фланцу 6 двигателя 7, с образованием ниш 16 для размещения элементов крепления к нему или металлическим (фиг. 3).
Такое выполнение конструкции фланца поворотного сопла обеспечивает воспринятие осевых и радиальных нагрузок, возникающих от давления газов при работе двигателя.
Данное предлагаемое изобретение принято для реализации: по нему разработаны чертежи на экспериментальный образец, проведены расчеты, подтверждающие его прочность с сохранением герметичности при рабочем давлении в камере сгорания двигателя.