РАЗДВИЖНОЕ СОПЛО РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ
EXPANDABLE NOZZLE OF ROCKET ENGINE

Изобретение относится к ракетной технике и может быть использовано при создании раздвижных сопел твердотопливных ракетных двигателей высотных ступеней ракет.
Известно раздвижное телескопическое сопло, в котором для выдвижения насадка в качестве привода использован электрический двигатель (патенты РФ №№2190111, 2283966).
Известно раздвижное телескопическое сопло для ракетных двигателей (патент США №3526365 - прототип) с применением подпружиненного шарнирно-рычажного механизма, обеспечивающего направленное выдвижение конических секций (телескопических насадков) сопла.
Конические секции раструба соединены складывающимися поворотными рычагами, каждый из которых образует систему шарнирно-соединенных тяг, расположенных вокруг сопла и образующих в совокупности механизм центрирования, обеспечивающий осевое выдвижение секций. Пружины удерживают рычаги и конические секции в раздвинутом положении. В сложенном положении рычаги фиксируются механизмом, который освобождает их при выдвижении секций.
В данной конструкции на осях шарнирно соединенных рычагов навиты проволочные винтовые пружины кручения, которые взаимодействуют с рычагами, в свою очередь, также шарнирно присоединенными на наружной поверхности конических секций сопла. После снятия жесткой механической связи рычагов, за счет высвобождаемой энергии навитых пружин, рычаги принудительно поворачиваются, при этом одновременно выдвигается коническая секция до сопряжения его с раструбом. Упругие силы пружин удерживают конические секции в выдвинутом положении. Система рычагов, размещенных на наружной поверхности сопрягаемых конических секций, обеспечивает им осевое направленное выдвижение в конечное рабочее положение с сопряжением мест стыка. Пружины при этом являются приводом выдвижения насадка.
Недостатком пружинного привода является невозможность регулирования скорости движения выдвигаемых насадков, что при требуемых временных ограничениях на процесс стыковки может приводить к существенным нагрузкам ударного характера на элементы конструкции в процессе присоединения секций. В этом случае, исходя из обеспечения прочности, требуется увеличение толщин элементов несущей конструкции, что приводит к увеличению массы сопла и двигателя в целом.
Технической задачей настоящего изобретения является повышение надежности работы сопла благодаря снижению нагрузок, действующих в процессе стыковки насадка с раструбом, а также уменьшение толщин элементов несущей конструкции и, соответственно, снижение массы сопла.
Технический результат достигается тем, что в раздвижном сопле ракетного двигателя, содержащем раструб, выдвигаемый насадок, элементы фиксации насадка в сложенном и рабочем положении, шарнирно-рычажный механизм осевого выдвижения насадка и привод выдвижения насадка, в качестве привода использован электродвигатель, установленный на оси одного из звеньев шарнирно-рычажного механизма, при этом статор электродвигателя соединен с одним рычагом, а ротор - с другим рычагом.
Для дополнительного уменьшения массы сопла шарнирно-рычажный механизм выдвижения может быть установлен на внутренней поверхности раструба с возможностью сбрасывания после фиксации насадка в рабочем положении.
Отличительные признаки являются существенными, так как позволяют обеспечить заданную скорость выдвижения насадка, исключая тем самым нерегламентированные ударные нагрузки на элементы конструкции.
На фиг.1, 2 представлен общий вид предлагаемого сопла в разрезе, на фиг.3 представлен разрез А-А вдоль оси шарнирного соединения рычагов, на фиг.4, 5 показаны элементы фиксации насадка в сложенном положении.
Сопло содержит раструб 1, шарнирно соединенный с рычагом 2, и насадок 3, шарнирно соединенный с рычагом 4. Рычаги 2, 4, в свою очередь, шарнирно соединены между собой, образуя шарнирно-рычажный механизм выдвижения.
Рычаги 2, 4 (см. фиг.2) соединены между собой через ротор 5, ось которого является осью их шарнирного соединения. Ротор 5 жестко соединен с рычагом 2, например, с помощью фиксатора 6. При этом ротор 5 помещен в отверстие 7, выполненное в статоре 8, образуя электродвигатель. Статор жестко соединен с рычагом 4, например, запрессован по посадке. От осевого перемещения рычаги 2, 4 установлены через ограничительные шайбы 9.
Соосность рычагов 2, 4 рычажного механизма в шарнирном соединении обеспечивается втулками 10 (с антифрикционным покрытием).
В направляющем цилиндре 11, в зоне его свободного торца (среза), выполнены отверстия 12 (см. фиг.4-5), через которые проходят шпонки 13, скрепленные с охватывающим их бандажом в виде ленты 14, концы которой стягиваются, например, пироболтом (стягивающее устройство не показано). При этом шпонки 13 размещены в кольцевой проточке 15 на раструбе 1, тем самым осуществляется фиксация насадка 3 в сложенном транспортном положении.
В рабочем положении фиксация насадка 3 выполняется с помощью отгибных пластин (цанг) 16. Герметизация стыка насадка 3 с раструбом 1 обеспечивается уплотнением 17, одновременно исполняющим роль амортизатора при присоединении и фиксации насадка.
Раздвижное сопло работает следующим образом.
После подачи командного сигнала от системы управления на разъединение бандажной ленты 14 путем разрушения пироболта происходит высвобождение энергии упругих сил бандажной ленты 14 с разлетом ее ветвей, что сопровождается удалением шпонок 13 из кольцевой проточки 15 и отверстий 12. Тем самым нарушается жесткая связь цилиндра 11 с раструбом 1.
После этого от системы управления подается командный сигнал управляющих токов на электрическую обмотку статора 8 рычага 4. Образуется крутящий момент, разворачивающий ротор 5 совместно с рычагом 2 и втулкой 10. Благодаря их жесткому соединению, возникает сила, направленная в сторону среза раструба 1. К определенному моменту пути выдвижения насадок 3 набирает максимальную скорость, сохраняя ее до конечного участка пути выдвижения, в процессе которого скорость насадка 3 снижается созданием крутящего момента путем подачи тока с системы управления на обмотку статора 8, разворачивающего ротор 5 в противоположном направлении. Возникает сила, противоположно направленная срезу раструба 1. Снижение скорости происходит до величины, необходимой для фиксации насадка в рабочем положении. После фиксации насадка подача тока на обмотку статора прекращается.
Насадок 3 по ходу движения в конце пути шпангоутом обжимает отгибные пластины 16. Проходя далее, торцом шпангоута при встрече с уплотнением 17 сжимает его и уплотняет стык с фиксацией насадка 3 в рабочем положении на отгибных пластинах 16.
Таким образом, использование изобретения позволит снизить нагрузки, действующие в процессе стыковки насадка с раструбом, повысить надежность, уменьшить толщину элементов несущей конструкции и, соответственно, снизить их массу.