Ракетный двигатель на твёрдом топливе
ROCKET ENGINE WITH SOLID FUEL

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в ракетно-космической технике при разработке ракетных двигателей на твердом топливе (РДТТ).
Для крепления соплового блока к корпусу РДТТ из композиционного материала (КМ) в полярном отверстии силовой оболочки корпуса устанавливается стыковочный металлический фланец. Металлический фланец имеет хвостовик, который опирается на силовую оболочку заднего днища корпуса и замковую часть, предназначенную для соединения металлического фланца корпуса с сопловым блоком. (Конструкции ракетных двигателей на твердом топливе / Под общ. ред. чл.-корр. РАН, д-ра техн. наук, проф. Л.Н. Лаврова - М.: «Машиностроение», 1993, 1993. - 215 с, ил.; стр. 62, рис. 2.19).
Наиболее близким к заявленному изобретению по технической сущности и взятым за прототип является ракетный двигатель твердого топлива, содержащий корпус из КМ, включающий днище с жестким металлическим фланцем, сопловой блок, соединенный с металлическим фланцем корпуса, например, с помощью шпоночного узла (Конструкции ракетных двигателей на твердом топливе / Под общ. ред. чл.-корр. РАН, д-ра техн. наук, проф. Л.Н. Лаврова - М.: «Машиностроение», 1993, 1993. - 215 с, ил.; стр. 70, рис. 2.23, (г)). Шпоночное соединение обеспечивает надежность работы конструкции корпуса РДТТ.
При этом следует отметить, что рассмотренные соединения корпуса из КМ с металлическим фланцем с соплом предусматривают «традиционную» компоновку РДТТ, когда центр масс сопла находится вблизи плоскости стыка с металлическим фланцем корпуса из КМ.
Однако, при другой компоновке РДТТ, например, если сопло имеет газоход и центр масс сопла с газоходом удален от плоскости стыка с фланцем корпуса, то рассмотренный узел стыка может не обеспечить надежность работы РДТТ.
В такой конструкции РДТТ при действии поперечных перегрузок, например, при транспортировке, или в полете с неработающим двигателем, возникают повышенные динамические нагрузки, которые передаются на корпус РДТТ. В результате этого, по контактной поверхности фланца с днищем корпуса РДТТ могут возникать отрывные напряжения, приводящие к отслоению хвостовика металлического фланца от днища корпуса из КМ. При наличии отслоений при работе РДТТ продукты сгорания топлива проникают в полости отслоений, и может произойти прогар с аварийным разрушением корпуса.
Кроме того, в РДТТ, имеющего сопло с газоходом, жесткость соединения по контактной границе через резиновую прослойку между хвостовиком фланца и днищем корпуса из КМ недостаточна для подключения в работу всего днища и снижения передающихся на корпус нагрузок.
Технической проблемой настоящего изобретения является повышение надежности функционирования РДТТ, содержащего сопло с газоходом.
Технический результат заключается в повышении надежности функционирования РДТТ с соплом, имеющего газоход, за счет увеличения жесткости узла соединения днища корпуса из КМ с металлическим фланцем корпуса.
Технический результат достигается тем, что в ракетном двигателе на твердом топливе, содержащем корпус из КМ, включающем днище с металлическим фланцем, расположенным в центральном отверстии днища, и соединенное с металлическим фланцем сопло с газоходом, на фланец с опорой на поверхность кольцевого уступа фланца установлено опорное кольцо, в кольцевой проточке которого на внутренней поверхности со стороны наружной поверхности днища корпуса установлено подвижно в осевом направлении прижимное кольцо, упирающееся через резиновую прокладку на наружную поверхность днища корпуса, при этом в опорном кольце выполнены расположенные по соосной опорному кольцу окружности ряд сквозных резьбовых отверстий, в которых расположены болты, причем болты ввернуты до упора в прижимное кольцо.
В ракетном двигателе на твердом топливе опорное кольцо может состоять из двух полуколец, утоненные концевые части которых соединены между собой внахлест с помощью болтов.
В ракетном двигателе на твердом топливе в опорном кольце на опирающейся на уступ фланца поверхности могут быть выполнены местные вырезы.
В ракетном двигателе на твердом топливе прижимное кольцо может быть выполнено из двух полуколец.
В ракетном двигателе на твердом топливе резиновая прокладка может быть приклеена к прижимному кольцу со стороны днища.
В ракетном двигателе на твердом топливе в прижимном кольце в местах упора болтов могут быть выполнены углубления.
Отличительные признаки технического решения являются существенными.
Болты, расположенные в резьбовых отверстиях опорного кольца, установленного на кольцевой выступ металлического фланца, и ввернутые до упора в прижимное кольцо, позволяют исключить развитие возможных отслоений хвостовика металлического фланца от силовой оболочки корпуса.
Кроме того, в конструкции увеличивается жесткость соединения днища корпуса с металлическим фланцем за счет подключения в работу всей оболочки днища из КМ, что снижает интенсивность воздействия динамических нагрузок на корпус двигателя.
Возможность улучшения эксплуатационных характеристик заявляемого технического решения дополняется частными случаями исполнения.
Выполнение опорного кольца из двух полуколец, утоненные концевые части которых соединены между собой внахлест с помощью болтов, позволяет произвести сборку опорного кольца одновременно с установкой его на кольцевой уступ металлического фланца.
Выполнение местных вырезов в опорном кольце на опирающейся на уступ фланца поверхности позволяет уменьшить массу опорного кольца.
Выполнение прижимного кольца из двух полуколец позволяет упростить сборку.
Приклеенная к прижимному кольцу со стороны днища резиновая прокладка упрощает процесс ее установки на днище.
Углубления в прижимном кольце в местах упора болтов исключают его смещение относительно поверхности днища корпуса.
Сущность изобретения поясняется чертежом.
На фиг. 1 показано сечение днища корпуса с металлическим фланцем в зоне соединения с газоходом соплового блока
Ракетный двигатель на твердом топливе, содержащий корпус 1 из КМ, включающий днище с металлическим фланцем 2, расположенным в центральном отверстии днища, и пристыкованное к фланцу с помощью шпонок 3 сопло с газоходом 4, на фланец с опорой на поверхность кольцевого уступа 5 фланца установлено опорное кольцо 6 с опорной частью 7, в кольцевой проточке 8 опорного кольца на внутренней поверхности со стороны наружной поверхности днища корпуса установлено подвижно в осевом направлении прижимное кольцо 9, упирающееся через резиновую прокладку 10 на наружную поверхность днища корпуса 1, при этом в опорном кольце выполнены расположенные по соосной опорному кольцу окружности ряд сквозных резьбовых отверстий 11, в которых расположены болты 12, причем болты ввернуты до упора в прижимное кольцо 9.
На фиг. 2 изображено полукольцо 13, из двух одинаковых полуколец, повернутых относительно друг друга по окружности на 180° собирается опорное кольцо.
На фиг. 3 показано собранное из двух полуколец 13 опорное кольцо с установленными болтами 12 и местными вырезами в опорном кольце на опирающейся на уступ фланца поверхности 14.
Элементы конструкции взаимодействуют следующим образом. Болты в опорном кольце, ввернутые до упора в прижимное кольцо, упирающееся через резиновую прокладку в днище корпуса, создают в неработающем РДТТ необходимое контактное давление между хвостовиком фланца и днищем корпуса, что исключает развитие возможных отслоений хвостовика металлического фланца от днища корпуса. Кроме того, в конструкции РДТТ увеличивается жесткость системы днище из КМ - металлический фланец за счет подключения в работу всего днища, что снижает интенсивность воздействия динамических нагрузок на РДТТ.
Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет повысить надежность работы конструкции РДТТ с соплом, имеющим газоход.