РАЗДВИЖНОЙ НАСАДОК СОПЛА РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ
ROCKET ENGINE NOZZLE EXTENDING ADAPTER

Изобретение относится к ракетной технике и может быть использовано при создании раздвижных насадков сопел ракетных двигателей.
В настоящее время в конструкциях сопел ракетных двигателей широко используются углерод-углеродные композиционные материалы (УУКМ), которые позволяют улучшить энергомассовые характеристики сопел и двигателя в целом.
Известна конструкция раздвижного насадка сопла двигателя RL10B-2 верхней ступени ракеты-носителя Delta III, содержащая стационарный раструб и выдвигаемый насадок, выполненные из УУКМ (см. журнал Extremes №35, апрель 1998 года, стр.26, 27). Выдвигаемый насадок фиксируется в раздвинутом (рабочем) положении при помощи цанг, также выполненных из УУКМ и с помощью болтов закрепленных на стационарном раструбе сопла.
Известна конструкция насадка для раздвижного сопла ракетного двигателя (см. патент РФ №2244147, принят за прототип), содержащая стационарный раструб, выдвигаемый насадок, фиксирующие его цанги, выполненные из УУКМ. В этой конструкции на силовом кольце стационарного раструба выполнены Т-образные пазы, в которых с помощью термостойкого клея закреплены цанги из УУКМ.
Общим недостатком представленных конструктивных решений является невозможность их применения в конструкциях раздвижных насадков сопел:
- при действии высоких ударных нагрузок (до 100 g) в условиях проведения раздвижки насадка на работающем двигателе за минимально возможное время с большими скоростями выдвижения, при этом возможно разрушение конструкции;
- при воздействии существенных по величине боковых сил (до 4000-7000 Н) от аэродинамического напора при работе ракетного двигателя на атмосферном участке траектории, при этом возможны перекосы насадка, приводящие к нерасчетным возмущающим воздействиям.
Технической задачей данного изобретения является устранение указанных недостатков и создание конструкции раздвижного насадка из УУКМ для сопла ракетного двигателя, способного надежно выполнять требуемые функции в условиях воздействия существенных ударных нагрузок при раздвижке и боковых нагрузок от аэродинамического напора.
Для достижения поставленной цели в известной конструкции раздвижного насадка сопла, содержащего стационарный раструб, выполненный из углерод-углеродного композиционного материала, выдвигаемый насадок и установленные на наружной поверхности раструба узлы фиксации насадка, через теплоизоляционную вставку на наружной поверхности раструба установлено металлическое силовое кольцо, на котором установлены упругие элементы демпфирования и герметизации. При этом теплоизоляционная вставка в зоне взаимодействия с выдвигаемым насадком выполнена как продолжение проточной части раструба, узлы фиксации установлены на наружной поверхности силового кольца, а силовое кольцо в зоне крепления с раструбом выполнено с прорезями.
Работа раздвижного насадка в условиях воздействия существенных ударных нагрузок при раздвижке и боковых нагрузок от аэродинамического напора потребовала усиления конструкции из УУКМ за счет введения в нее металлического силового кольца. Обеспечение амортизации ударных нагрузок при раздвижке привело к необходимости установки демпфирующих элементов с заданными упругими характеристиками. Демпфирующие элементы после фиксации насадка находятся в частично поджатом состоянии, обеспечивая за счет сил поджатия отсутствие перекосов насадка в условиях действия боковых сил от аэродинамического напора и надежную герметизацию стыка между стационарным раструбом и выдвигаемым насадком.
Для обеспечения совместной работы «горячих» углерод-углеродных деталей, образующих газовый тракт сопла, и «холодных» элементов - силового металлического кольца и обечайки, узлов фиксации, элементов демпфирования и герметизации, использована теплоизоляционная вставка.
На чертеже изображен раздвижной насадок сопла, содержащий стационарный раструб 1, выдвигаемый насадок 2. На концевой части раструба 1 установлено силовое кольцо 4 с прорезями 3. Взаимодействие раструба и кольца осуществляется через теплоизоляционную вставку 5. На силовом кольце установлены элементы фиксации 6, упругие демпфирующие элементы 7.
В процессе работы двигателя тепловая защита силового кольца и установленных на нем упругих демпфирующих элементов и элементов фиксации осуществляется с помощью теплоизоляционной вставки, выполненной, например, из углепластика. Силовое кольцо крепится к раструбу с помощью винтов, выполняемых из жаропрочного сплава (например, ниобия). Закрепление силового кольца и раструба происходит вне зоны взаимодействия выдвигаемого насадка и стационарного раструба. Прорези, выполненные на силовом кольце в месте крепления к раструбу, обеспечивают совместную работу соединения при тепловом расширении раструба.
Использование предлагаемой конструкции позволяет создать конструкцию раздвижного насадка из УУКМ для сопла ракетного двигателя, способного надежно выполнять требуемые функции в условиях воздействия существенных ударных нагрузок при раздвижке и боковых нагрузок от аэродинамического напора, улучшив энергомассовые характеристики двигателя в целом.