СОПЛО КАМЕРЫ ЖИДКОСТНОГО РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ
NOZZLE OF THE LIQUID-PROPELLANT ENGINE CHAMBER

Изобретение относится к ракетной технике, а именно к способу изготовления сопла камеры жидкостного ракетного двигателя (ЖРД).
Одной из основных задач, возникающих при создании ЖРД, является обеспечение высоких показателей надежности и прочности камер, в том числе таких их составных частей, как сопел. Известны конструкции сопел, в которых внутренняя и наружная оболочки соединяются между собой пайкой по ребрам, выполненным на внутренней оболочке. Надежность и работоспособность сопел во многом зависят от качества соединения внутренней и наружной оболочек.
Известен способ изготовления сопла камеры сгорания жидкостного ракетного двигателя, включающий изготовление частей внутренней и внешней оболочек из листовых заготовок штамповкой, сварку, двухстороннюю токарную обработку внутренней оболочки, фрезерование пазов, соединение частей внутренней и внешней оболочек в блоки, подгонку и пайку, после чего из отдельных блоков сваркой получают сопло (Гахун Г.Г и др. "Конструкция и проектирование жидкостных ракетных двигателей", М., Машиностроение, 1989 г., стр. 108-118).
Известен способ изготовления сварно-паяной конструкции крупногабаритного сопла камеры жидкостного ракетного двигателя, состоящего из соединенных между собой внутренней и наружной оболочек с подколлекторным кольцом и коллектором, включающий изготовление оболочек из листовых заготовок, используя штамповку, сборку, сварку, фрезерование пазов, пайку. После сварки подколлекторного кольца с коллектором с наружной оболочкой осуществляют пайку сопла (патент РФ №2323363 С1 от 27.04.2008).
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ изготовления сопла камеры сгорания жидкостного ракетного двигателя (патент РФ №2465483 С1 от 31.03.2011, прототип), согласно которому изготавливают наружную и внутреннюю оболочки. На внутреннюю оболочку укладывают припой и соединяют с наружной оболочкой. Пайку сопла осуществляют до приварки коллектора к подколлекторному кольцу.
Недостатком указанных выше способов изготовления сопла являются:
- высокая трудоемкость и оснащаемость;
- необходимость использования штампов;
- выполнение фрезеровки пазов на внутренней оболочке;
- выполнение отверстий сверлением в подколлекторном кольце;
- использование пайки и сварки при сборке сопла.
Данное изобретение устраняет указанные недостатки прототипа.
Поставленная техническая задача решается с помощью сопла камеры жидкостного ракетного двигателя, включающего внутреннюю и наружную оболочки, соединенные между собой ребрами, образующими каналы охлаждения, подколлекторное кольцо с отверстиями, которые соединяются с каналами охлаждения и коллектор, согласно изобретению сопло камеры представляет собой единую цельную конструкцию, изготовленную методом послойного порошкового лазерного спекания гранул, коллектор выполнен некруглой формы, переменного сечения, выполненные отверстия, соединяющие коллектор с трактом охлаждения, имеют любое сечение, являются продолжением тракта охлаждения и не перекрываются ребрами.
Такое исполнение конструкции позволяет уйти от сложных и трудоемких операций, связанных с изготовлением сопла камеры ЖРД.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется схемами, показанными на фиг. 1-5.
На фиг. 1 показано сопло камеры, выполненное методом послойного порошкового лазерного спекания гранул. Сопло включает в себя внутреннюю оболочку с ребрами 1, наружную оболочку 2, подколлекторное кольцо 3 и коллектор 4. Для выполнения коллектора 4 в конструкцию внутренней полости были введены столбики (поддержки) 5. Вся конструкция представляет собой единую твердотельную конструкцию без пайки и сварки.
На фиг. 2 показаны подколлекторное кольцо 6 и коллектор 7 некруглой формы. Как пример выполнения коллектора некруглой формы представлен коллектор в форме "яйца". Для оптимизации прочностных характеристик конструкция коллектора имеет различную толщину в поперечном сечении. Данная форма коллектора позволяет устранить поддержки во внутренней полости и снизить гидравлическое сопротивление. При данном способе изготовления сопла коллектор может иметь любую форму.
На фиг. 3 показаны подколлекторное кольцо 8 и коллектор 9, выполненные переменным сечением. На данном примере показан переход от сечения некруглого коллектора, выполненного в форме "яйца", к круглому. Данный вид коллектора позволяет оптимизировать гидравлическое сопротивление и равномерность охладителя по каналам тракта охлаждения.
На фиг. 4 и 5 показано отверстие 10 некруглой формы, соединяющее коллектор с трактом охлаждения. На данном примере показано прямоугольное отверстие со скруглениями по краям. Благодаря данному способу изготовления сопла камеры была исключена кольцевая канавка на внутренней оболочке, что позволяет подавать охладитель непосредственно в каждый канал тракта охлаждения.
Процесс осуществляется следующим образом.
На первой стадии выполняется построение объемной модели сопла. Затем, на второй стадии, производится конвертация данной объемной модели на аппарат для лазерного спекания гранул. И на третьей стадии производится непосредственное изготовление (выпекание) сопла камеры ЖРД. Процесс изготовления сопла камеры методом лазерного спекания гранул занимает в несколько раз меньше времени, чем при изготовлении сопла традиционным способом (прототип), и не требует сложных технологических процессов.
Таким образом, сопло камеры ЖРД, изготовленное методом послойного порошкового лазерного спекания гранул, позволяет снизить трудоемкость и оснащаемость, исключить операции пайки, сварки, штамповки и фрезерования пазов и за счет этого повысить прочностные характеристики конструкции.