СПОСОБ ИСПЫТАНИЙ РАЗДВИЖНОГО СОПЛА РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ В БАРОКАМЕРЕ С ГАЗОДИНАМИЧЕСКОЙ ТРУБОЙ И СТЕНДОВОЕ РАЗДВИЖНОЕ СОПЛО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ
TEST METHOD OF EXPANDABLE NOZZLE OF ROCKET ENGINE IN LOW-PRESSURE CHAMBER WITH GAS DYNAMIC PIPE AND STAND EXPANDABLE NOZZLE FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к ракетной технике и может быть использовано при наземной огневой отработке раздвижного сопла высотного ракетного двигателя на смесевом твердом топливе.
Применение раздвижного сопла с выдвигаемым телескопическим насадком позволяет уменьшить габариты ракетного двигателя в составе ракеты, при этом достигается максимальная реализация энергетических характеристик смесевого твердого ракетного топлива за счет существенного увеличения степени расширения сопла после выдвижения насадка
Выдвижение насадка в газовый поток производят в начале работы ракетного двигателя, после выхода на режим, при этом в летных условиях облегчаются условия работы насадка путем исключения действия возмущений на насадок в период разделения ступеней ракеты и в процессе неустойчивой работы ракетного двигателя при выходе на режим.
Наземную огневую отработку параметров раздвижного сопла высокой степени расширения (минимальное усилие страгивания, требуемое время выдвижения насадка, надежная фиксация насадка в рабочем положении после выдвижения и др.) проводят в барокамере с газодинамической трубой, что позволяет имитировать высотные условия работы ракетного двигателя (в том числе обеспечить безотрывное истечение из сопла продуктов сгорания топлива за счет создания разрежения вокруг наружной поверхности сопла).
Известен способ испытаний раздвижного сопла ракетного двигателя в барокамере с газодинамической трубой, основанный на выдвижении насадка сопла в газовый поток после выхода двигателя на режим (см., Л.Н. Лавров и др. "Конструкция ракетных двигателей на твердом топливе", М., "Машиностроение", 1993 г. с.141-142) - наиболее близкий аналог.
Известно также раздвижное сопло ракетного двигателя, содержащее корпус, выдвигаемый насадок и фиксатор насадка в выдвинутом положении лепесткового типа (см. там же).
В такой конструкции фиксатор лепесткового типа позволяет надежно зафиксировать насадок после его выдвижения в газовый поток. Надежная фиксация необходима, так как на насадок в процессе работы ракетного двигателя действует осевая составляющая силы тяги и значительные по величине вибрации. Расфиксация насадка в летных условиях недопустима.
Огневые испытания известным способом известного раздвижного сопла со степенью расширения более 7,0 показали, что в процессе работы двигателя происходит разрушение концевой части насадка, зафиксированного в выдвинутом положении.
Установлено, что нарушение целостности насадка сопла происходит в конце работы двигателя на участке спада давления в камере сгорания (0,8-0,5 среднего давления за полное время работы двигателя), когда происходит срыв работы газодинамической трубы, и обусловлено возникновением нерасчетных сжимающих нагрузок, действующих на наружную поверхность насадка. Эти сжимающие нагрузки отсутствуют в высотных условиях и в процессе наземного испытания до момента срыва работы газодинамической трубы и, соответственно, не закладываются в расчет прочности сопла
Возможность разрушения насадка из-за действия на него нерасчетных сжимающих нагрузок приводит к снижению надежности испытания (невозможности в полной мере провести оценку работоспособности конструкции насадка сопла, определить величину уноса материала под воздействием продуктов сгорания твердого топлива и т.п.).
Технической задачей данного изобретения является повышение надежности испытания путем предохранения насадка стендового раздвижного сопла от разрушения.
Технический результат достигается тем, что в способе испытаний раздвижного сопла ракетного двигателя в барокамере с газодинамической трубой, основанном на выдвижении насадка сопла в газовый поток в начале работы двигателя (после выхода на режим), на режиме спада давления в камере сгорания (0,8-0,5 среднего давления за полное время работы двигателя), выводят насадок из газового потока в первоначальное положение.
При испытании предлагаемым способом известного раздвижного сопла, для выведения насадка из газового потока в первоначальное положение, в конце работы ракетного двигателя необходимо произвести расфиксацию насадка, надежно зафиксированного в выдвинутом положении фиксатором лепесткового типа, что невозможно без внесения в раздвижное сопло конструктивных изменений.
Для реализации предлагаемого способа в известном раздвижном сопле ракетного двигателя, содержащем неподвижный корпус, выдвигаемый насадок и фиксатор насадка в выдвинутом положении лепесткового типа, на неподвижном корпусе установлены гидроцилиндр и направляющее устройство, а лепестки фиксатора снабжены проушинами, через которые пропущен трос, при этом концы троса проходят через направляющее устройство и соединены со штоком гидроцилиндра.
На фиг.1 представлен общий вид стендового сопла в разрезе (после выдвижения насадка и установки его в рабочем положении).
На фиг.2 показаны отдельные элементы стендового сопла.
Сопло содержит неподвижный корпус 1, выдвигаемый насадок 2 и фиксирующее устройство 3 лепесткового типа, установленное на неподвижном корпусе 1.
Лепестки 4 фиксирующего устройства 3 после выдвижения насадка 2 входят в зацепление с выступом 5 силового шпангоута 6 насадка 2 и обеспечивают надежную фиксацию насадка 2 на неподвижном корпусе 1.
На лепестках 4 фиксирующего устройства 3 установлены при помощи винтов 7 проушины 8, в которых выполнены отверстия 9.
На неподвижном корпусе 1 установлены съемные гидроцилиндр 10 и направляющее устройство 11, которое закреплено при помощи винтов 12.
Гидроцилиндр 10 установлен в коробке 13.
Через отверстия 9 проушин 8, установленных на лепестках 4 фиксирующего устройства 3, пропущен трос 14, концы которого проходят через направляющие каналы 15 устройства 11 и жестко соединены со штоком 16 гидроцилиндра 10.
До выдвижения насадка 2 количество жидкости в полостях «А» и «Б» гидроцилиндра 10 перераспределено таким образом, чтобы трос 14, соединенный со штоком 16 гидроцилиндра 10, был в несколько ослабленном состоянии.
После подачи команды на выдвижение насадка 2, в процессе стыковки его с неподвижным корпусом 1, лепестки 4 фиксирующего устройства 3 взаимодействуют с выступом 5 силового шпангоута 6 насадка 2, при этом трос 14 не оказывает влияния на процесс стыковки.
После установки насадка 2 в рабочем положении в требуемый момент времени может быть подана команда на расфиксацию насадка 2. В полость «Б» гидроцилиндра 10 подается жидкость, поршень со штоком 16 перемещается, при этом происходит натяжение троса 14, действие которого через проушины 8 передается на лепестки 4, отжимая их к оси сопла, при этом лепестки 4 выходят из зацепления с выступом 5 силового шпангоута 6 насадка 2.
В процессе огневого стендового испытания выведение насадка (после его расфиксации) из газового потока в первоначальное положение будет происходить под действием осевой силы тяги, стремящейся сдвинуть насадок в сторону барокамеры.
Дополнительно могут использоваться любые известные приводы, например гидроцилиндры, пневмоцилиндры и т.п.
Таким образом, в стендовом раздвижном сопле упрощается процесс расфиксация насадка, надежно зафиксированного в выдвинутом положении устройством лепесткового типа, и тем самым обеспечивается выведение насадка из газового потока в первоначальное положение при огневых стендовых испытаниях и улучшается обслуживание сопла при автономных испытаниях.
Предлагаемый способ испытаний раздвижного сопла ракетного двигателя в барокамере с газодинамической трубой позволяет повысить надежность огневого стендового испытания путем предохранения насадка сопла от разрушения в процессе испытания, а предлагаемая конструкция стендового раздвижного сопла позволяет осуществить реализацию способа.