УСТРОЙСТВО КРЕПЛЕНИЯ ТЕПЛОЗАЩИТЫ К РАМЕ ДВИГАТЕЛЯ (ВАРИАНТЫ)
HEAT SHIELD ATTACHMENT TO ENGINE FRAME (VERSIONS)

Изобретение относится к ракетно-космической технике и может быть использовано в конструкциях креплений разделительных устройств блоков ступеней ракет-носителей, устанавливаемых на теплозащитах двигателей. Одной из проблем, возникающих при разделении блоков ракет, является возможность преждевременной расстыковки пневмоколодок разделительных устройств вследствие недостаточной жесткости теплозащиты в местах крепления кронштейна, к которому крепятся многоштуцерные пневмоколодки. Деформация силовых элементов теплозащиты (шпангоута, дуги) приводит к увеличенным перемещениям стыковочных узлов и разгерметизации магистралей, что может вызвать нарушение в работе или отказ функционирования двигателя последнего блока ракеты-носителя.
Известно устройство крепления 1 многоштуцерной пневмоколодки 2 блока 3 III ступени ракеты-носителя разделительного устройства 4, включающего ответную воздушную колодку 5 блока 6 II ступени ракеты-носителя, устанавливаемое на теплозащите 5 двигателя блока 3 III ступени ракеты-носителя «Союз-2» (изделие 14С53, 14С54 разработки ГНПРКЦ «ЦСКБ-Прогресс», г.Самара (фиг.1, 2, 3, 4 - прототип)), содержащие кронштейн 7 крепления пневмоколодки 2 к теплозащите 5 двигателя, две растяжки 8 крепления теплозащиты 5 в районе пневмоколодки 2 к раме 9 двигателя, дугу 10, приваренную к шпангоуту 11 теплозащиты. Через отверстие 12 в теплозащите 5 от пневмоколодки 2 проходит трубопровод 13 отвода азота от блока 6 на управление агрегатами автоматики двигателя блока 3 III ступени PH. Растяжки 8, дуга 10 и шпангоут 11 двигателя изготовлены из трубы 24х1 (сталь 12Х18Н10Т) и представляют собой несущую конструкцию для передачи усилий со стороны кронштейна 7, пневмоколодки 2 с трубопроводом 13 при расстыковке блока 6 от блока 3 в полете. Соединение растяжки 8 со шпангоутом 11 теплозащиты 5 и рамой 9 приведено на фиг.4.
Недостатками известного технического решения является значительное расстояние между местами крепления растяжек 8 к шпангоуту 11 теплозащиты 5 и отсутствие крепления дуги 10 к раме 9 двигателя, вследствие чего в месте установки кронштейна 7 с пневмоколодкой 2 на теплозащите обнаруживается недостаточная жесткость конструкции. При запуске двигателя блока 3 III ступени РН истекающие из сопел камер газовые струи, отклоняясь в стороны от отражателя 14, создают повышенное давление на поверхность донной теплозащиты 5 и вследствие ее деформации вызывают перемещение пневмоколодки 2, кронштейна 7, шпангоута 11, дуги 10 трубопровода 13 в осевом направлении в сторону блока 3 III ступени РН. Это приводит к преждевременной расстыковке пневмоколодок 2 и 15 и резкому спаду давления в трубопроводе 13 подачи азота от блока 6 II ступени РН на агрегаты управления двигателя.
Величина перемещения несущей конструкции элементов теплозащиты в районе установки пневмоколодки 2 составляет 16-20 мм, тогда как допустимое их перемещение по техническому заданию на двигатель не должно превышать 5 мм.
Преждевременная расстыковка пневмоколодок 2 и 15 по причине недостаточной жесткости теплозащиты и ее прогиба может привести к нарушениям работы агрегатов двигателя блока 3 III ступени PH.
Целью предложенного технического решения является повышение жесткости крепления элементов теплозащиты 5 в районе установки пневмоколодок к раме 9 двигателя, устранение ее деформации, исключение преждевременной расстыковки пневмоколодок 2 и 15 блоков 3 и 6 РН и повышение надежности работы двигателя блока 3 III ступени.
Поставленная цель достигается тем, что в устройстве крепления теплозащиты, содержащем шпангоут, дугу, растяжки, проушины, бобышки, контргайки, крепежные элементы, установленные в соединениях растяжек с теплозащитой и рамой двигателя, согласно изобретению дуга и шпангоут теплозащиты снабжены дополнительными четырьмя резьбовыми бобышками с установленными в них резьбовыми проушинами, которыми с одним концом соединены четыре дополнительные растяжки, а другим - ввернуты в основание стойки, закрепленной ее резьбовым концом в резьбовое отверстие основания рамы двигателя.
В разборном варианте устройство крепления теплозащиты к раме двигателя, содержащее шпангоут, дугу, растяжки, проушины, бобышки, контргайки, крепежные элементы, установленные в соединениях растяжек с теплозащитой и рамой двигателя, отличается тем, что на шпангоуте установлены съемные хомуты с приваренными к ним резьбовыми бобышками, а на резьбовых частях ушек, установленных в бобышках дуги, смонтированы резьбовые втулки для монтажа дополнительных растяжек крепления теплозащиты к раме двигателя.
При этом хомут, установленный на шпангоуте теплозащиты, содержит прижим, контактирующий с одной стороны со шпангоутом, а с другой стороны - с болтом, ввернутым в упорную пластину, закрепленную на полухомуте. Резьбовая втулка, установленная на резьбовой части ушка, расположенного на дуге теплозащиты, законтрена шплинтом, входящим в отверстие резьбовой части ушка.
На фиг.5 представлен двигатель блока 3 III ступени РН «Союз-2», на которой стрелкой Г дан вид на предлагаемое устройство крепления теплозащиты к раме двигателя.
На фиг.6 показана проекция устройства на виде сверху на двигатель.
На фиг.7 приведен вид Д на устройство крепления теплозащиты к раме двигателя. Основными элементами устройства (см. фиг.6, 7) являются:
1 - теплозащита двигателя;
2 - рама двигателя;
3 - шпангоут теплозащиты 1;
4 - дуга теплозащиты 1;
5 - основные растяжки;
6 - проушины;
7, 8 - дополнительные растяжки;
9 - бобышки резьбовые;
10 - контргайки;
11 - крепежные элементы (болт, гайка, шайба, шплинт);
12 - дополнительные резьбовые бобышки;
13 -дополнительные проушины;
14 - основание;
15 - стойка;
16 - резьбовой конец стойки;
17 - резьбовое отверстие;
18 - основание рамы.
На фиг.8 дано сечение места установки элементов крепления в районе установки пневмоколодки РН на бобышках дуги теплозащиты двигателя, основными из которых являются:
19 - ушко;
20 - гайка;
21 - шайба асботекстолитовая;
22 - шайба стальная;
23 - шплинт.
На фиг.9 представлен ремонтный вариант устройства крепления теплозащиты к раме двигателя:
24 - хомуты съемные (2 шт.).
На фиг.10 дан вид по стрелке И на фиг.9 и показаны выносной элемент К и сечение Л-Л мест соединения дополнительных растяжек 5, 6 со шпангоутом 3 теплозащиты 1 и рамы 2.
На фиг.11 приведена конструкция хомута съемного 24.
25 - резьбовая бобышка;
26 - прижим;
27 - болт;
28 - упорная пластина;
29 - полухомут;
30 - резьбовая втулка.
На фиг.12 показано сечение места соединения дополнительных растяжек со втулкой к раме:
32 - втулка;
33 - ушко (2 шт.);
34 - винт (см. фиг.7).
На фиг.13 приведено крепление экрана теплозащиты 1 к контргайкам шпангоута 3.
На фиг.14 показана схема нагружения теплозащиты при испытаниях на деформацию.
Устройство крепления теплозащиты 1 к раме 2 двигателя (фиг.5) в районе установки разделительных устройств с многоштуцерными пневмоколодками содержит шпангоут 3 и дугу 4 теплозащиты 1 (фиг.6). Шпангоут 3 теплозащиты крепится к раме двигателя при помощи основных растяжек 5, которые своими концевыми частями (вилками) соединены с проушинами 6 крепежными элементами (болт, гайка, шайба, шплинт) 11 и законтрены контргайками 10. На шпангоуте 3 и дуге 4 теплозащиты 1 с помощью сварки установлены и закреплены дополнительные резьбовые бобышки 12, в которые ввернуты дополнительные проушины 13, также законтренные контргайками 10 от отвинчивания (фиг.7). Одной концевой частью дополнительная растяжка 7 крепится к дуге 4 теплозащиты (фиг.6), а другой - к основанию 14 стойки 15. Аналогично, дополнительная растяжка 8 одной концевой частью крепится к бобышке 12 шпангоута 3 теплозащиты и другой - к основанию 14 стойки 15. Стойка 15 своим резьбовым концом 16 ввернута в резьбовое отверстие 17 основания 18 рамы 2 двигателя. Все резьбовые соединения стойки 15, растяжек 5, 7, 8 законтрены контргайками 10 (фиг.7).
На бобышках дуги 4 теплозащиты 1 смонтированы элементы, к которым крепится кронштейн пневмоколодки изделия РН: ушко 19, гайка 20, шайба асботекстолитовая 21, шайба стальная 22, шплинт 23 (фиг.8).
В случае установки дополнительных креплений теплозащиты к раме двигателя в составе блока РН отсутствует возможность приварки бобышек 25 к дуге 4 и шпангоуту 3 теплозащиты, поэтому соединение дополнительных растяжек 7 и 8 с дугой 4 и шпангоутом 3 теплозащиты произведено согласно разборному варианту (фиг.9) при помощи съемных хомутов 24 (фиг.10), резьбовых втулок 30, а соединение их с основанием 18 рамы 2 выполнено (фиг.10, 12) через втулку 32, к которой приварены два ушка 33 после подгонки всех креплений на макете двигателя.
Конструктивно съемный хомут 24 (фиг.11) состоит из полухомута 29, к которому приварена резьбовая бобышка 25, а внутрь полухомута вставлены прижим 26 и упорная пластина 28, в которой имеется резьбовые и в которую ввинчивается болт 27.
Болт 27 взаимодействует с прижимом 26 и в случае его завинчивания прижимает последний к шпангоуту 3 теплозащиты.
Экран теплозащиты 1 (фиг.13) крепится к контргайкам на шпангоуте 3 через асботекстолитовые шайбы винтами 34.
Устройство крепления теплозащиты к раме двигателя работает следующим образом.
Газовые струи, истекающие из сопел камер двигателя в момент его запуска, ударяют в отражатель 14, создавая избыточное давление на донную теплозащиту 5 (см. фиг.1) или поз.1 (см. фиг.5), под действием которого ее несущая конструкция (шпангоут 3 и дуга 4, см. фиг.6), деформируясь, стремятся прогнуться в сторону блока 3 III ступени PH. Усилия со стороны шпангоута и дуги в месте крепления кронштейна пневмоколодки передаются через две основные растяжки 8 и четыре дополнительные растяжки 5, 6 (см. фиг.6) на основание 18 рамы (см. фиг.7). В связи с расположением дополнительных растяжек в пространстве по конструкции, близкой к треугольнику, а также креплением донного экрана (титановый лист 0,8 мм) к дуге и шпангоуту винтами 34 образуется жесткая пространственная конструкция, противодействующая их изгибу и перемещению пневмоколодки 2 с кронштейном 7 (см. фиг.1) в сторону двигателя блока 3 III ступени PH. Проведенные экспериментальные работы по имитации нагружения донной теплозащиты (см. фиг.14) ступенчатым усилием Р от 10 до 100 кг показали, что прогиб (изменение размера Li) теплозащиты в месте установки крепления пневмоколодки не превышает 1 мм, что вполне удовлетворяет требованиям технического задания на двигатель.
Таким образом, предложенное техническое решение позволит повысить жесткость крепления к раме элементов теплозащиты в районе установке пневмоколодки, устранить деформацию теплозащиты в момент разделения блоков РН, исключить преждевременную расстыковку пневмоколодок блоков и повысить надежность работы агрегатов двигателя блока III ступени.
В случае необходимости установки дополнительного крепления теплозащиты к раме двигателя, уже установленного в блок РН, на фиг.9, 10, 11, 12 представлен ремонтный вариант устройства, устанавливаемого на двигателе на разъемных соединениях без применения сварки. Монтаж, подгонка деталей сборочных единиц (ДСЕ), креплений производится предварительно на макете двигателя, после чего производится его демонтаж и отправка в сборочный цех РН.
Для установки дополнительных креплений по этому варианту достаточно демонтировать сектор донной теплозащиты (четвертая часть) и произвести установку креплений согласно фиг.9, 10.
Для установки хомутов 24 достаточно иметь гаечный ключ для заворачивания болта 27 (см. фиг.11). Установку резьбовой втулки 30 (см. фиг.10) выполняют после демонтажа шплинта 23, гайки 20, шайбы 22 (см. фиг.8), при этом для исключения отворачивания втулки 30 в ее контровочное отверстие и отверстие в ушке 19 вставляется шплинт 31 (см. фиг.10).
Сведение основной и двух дополнительных растяжек в «пучок» (в одну точку) проводится на макете или двигателе по месту путем приварки ушек 31 к втулке 32 по требованию сборки.
Проведенные реальные доработки двигателей в составе блока III ступени РН показали высокую эффективность крепления, доступность и простоту его конструкции при приемлемой массе ДСЕ.