ЖИДКОСТНЫЙ РАКЕТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ С КАРДАННЫМ ПОДВЕСОМ

Полезная модель относится к области однокамерных жидкостных ракетных двигателей (ЖРД) с дожиганием генераторного газа, изменяемого вектора тяги за счет качания на карданном шаровом подвесе.
Известны однокамерные ЖРД с управлением вектора тяги (см. справочник под редакцией Шустова И.Г. «Двигатели 1944-2000: авиационные, ракетные, морские, наземные», М., изд. «АКС - Конверсалт, 2000 г., стр.96, РД-0120 и стр.272, РД-191»).
На таких двигателях управление вектором тяги обеспечивается за счет качания камеры в двух плоскостях посредством рулевых приводов, расположенных в плоскостях стабилизации ракеты, т.е. в вертикальных плоскостях, проходящих через оси карданного подвеса. При этом силовые цилиндры рулевых приводов шарнирно закреплены одним концом на силовом каркасе ракеты, а другим - к силовым корпусным элементам камеры сгорания. Причем силовые цилиндры обоих рулевых приводов выполнены одинаковой размерности с расчетом на максимальную величину рабочего усилия.
В известном ЖРД с дожиганием на карданном подвесе (см. патент РФ по МПК F02К 9/66 №2161263 за 1995 г.), произведена оптимизация
подвижного крепления двигателя на карданном шаровом подвесе за счет введения полого подвижного опорного конуса, скрепленного с камерой сгорания и за счет закрепления одного конца силовых цилиндров к кронштейнам на наружной поверхности опорного конуса. Тем не менее, второй конец силовых цилиндров установлен на силовом каркасе ракеты и не определено угловое положение цилиндров относительно осей качания карданного подвеса и относительно центра массы двигателя. Такое конструктивное исполнение не обеспечивает получение оптимальной размерности силовых цилиндров и минимальное время на монтаж двигателя в ракете.
Задача, на решение которой направлена заявленная полезная модель, заключается в снижении максимального рабочего усилия силовых цилиндров рулевых машин, т.е. в уменьшении их размерности, в их унифицировании по меньшему уровню рабочего усилия, и в получении полностью скомплектованного и испытанного двигателя для постановки на ракету.
Поставленная задача решается тем, что в известном однокамерном ЖРД силовые цилиндры рулевых машин с их шарнирными точками крепления в виде шаровых шарниров при номинальном не отклоненном положении двигателя расположены в двух вертикальных плоскостях, проходящих через ось камеры сгорания и расположенные в плане под углом 45°±1° к осям кардана и каждая рулевая машина закреплена по своим точкам крепления на верхнем кронштейне, установленном на неподвижном опорном элементе подвеса и на нижнем горизонтальном кронштейне, установленном на нижней части подвижного конуса, например, на ее разъемном кольце в виде раскоса,
подсоединенного второй его шарнирной точкой крепления к верхней части неподвижного опорного конуса в районе шарового подвеса.
Такое расположение обоих силовых цилиндров позволяет снизить величину рабочего усилия и усилия торможения рулевых машин по сравнению с известными выполнениями примерно в 1,3...1,4 раза и унифицировать эти рулевые машины. Кроме того, закрепление верхних точек крепления силовых цилиндров на неподвижном опорном конусе карданного подвеса позволяет уменьшить габариты двигателя в его верхней части, избежать дополнительных монтажных работ при установке двигателя на ракету и позволить производить контрольно-сдаточные испытания системы качания и всего двигателя независимо от ракеты. Постановка раскосов на подвижном опорном конусе улучшает схему передачи рабочих усилий цилиндров в целом на головку камеры сгорания при увеличении жесткости системы и ее надежности.
Настоящая полезная модель более полно описана при помощи нижеследующих чертежей.
На фиг.1 схематически представлен общий вид однокамерного ЖРД с карданным подвесом в номинальном положении; на фиг.2 - вид сверху на этот ЖРД; на фиг.3 - общий вид сборочной единицы карданного подвеса без камеры сгорания; на фиг.4 - вид сверху на карданный подвес по фиг.3 с угловой ориентацией рулевых машин относительно осей кардана (плоскостей стабилизации ракеты).
Однокамерный ЖРД с карданным подвесом с дожиганием генераторного газа содержит камеру сгорания 1 с закрепленном на ней через газовод 2 турбонасосным агрегатом 3. Сама камера сгорания установлена с возможностью качания на карданном шаровом подвесе 4. Карданный подвес расположен между неподвижным опорным элементом, например, конусом 5 и полым неподвижным опорным конусом 6, скрепленным с камерой и выполненным с окном 7 для прохода газовода 2 камеры и противоположным окном 8 для обеспечения симметричного нагружения конуса силой тяги. Конус 6 состоит из скрепленных между собой болтовыми соединениями верхней части 9 и нижней части в виде разъемного кольца 10 с установленными на нем двумя нижними горизонтальными кронштейнами 11, разнесенными по окружности на прямой угол. Напротив каждого кронштейна 11 в верхней части 9 подвижного конуса в вертикальных плоскостях 12 и 13, проходящих через ось камеры сгорания 14, в районе шарового подвеса 4 установлены верхние кронштейны 15. Кронштейны 11 и 15 соединены через шаровые шарниры раскосом 16, образуя тем самым совместно с подвижным конусом 6 как бы трехстержневую силовую ферму. Аналогично этому, на конусе 5 в тех же плоскостях 12, 13 установлены два кронштейна 17. На концах данных кронштейнов и на вилках 18 раскоса 15, расположенных непосредственно около шарнирных точек крепления 19 нижних кронштейнов 11 по плоскостям 12 и 13 закреплены, по их шарнирным точкам крепления в виде шаровых шарниров 20 и 21 силовые цилиндры 22 рулевых машин 23. Плоскости 12 и 13 расположены в плане под углами 45°±1° к неподвижной оси кардана I-III
и к подвижной оси кардана II-IV, причем рулевые машины установлены со стороны турбонасосного агрегата 3, т.е. в максимально возможном приближении к центру массы 24. В номинальном, нейтральном положении двигателя силовые цилиндры расположены в плоскостях 12 и 13.
В процессе работы ось камеры сгорания 14 поворачивается вокруг каждой оси кардана на необходимый угол одновременно двумя рулевыми машинами 23. При одновременном повороте относительно двух плоскостей стабилизации ракеты мгновенная ось поворота качающейся части двигателя должна лежать в плоскости осей кардана, что обеспечивается программой управления рулевыми машинами.
Возможны варианты выполнения ЖРД с расположением плоскостей 12 и 13 в плане и под другими углами, нежели 45°±1° к осям кардана, но это будет неоптимальное решение.