УЗЕЛ СОЕДИНЕНИЯ РАСТРУБА СОПЛА
NOZZLE MOUTH JOINT ASSEMBLY

Предлагаемое изобретение относится к ракетной технике, а именно к конструкции неохлаждаемых сверхзвуковых реактивных сопел из композиционных материалов.
Известна конструкция сопла ракетного двигателя, в которой сопло полностью выполнено из стеклопластика или углепластика (A.M.Синюков, Л.И.Волков, А.И.Львов, A.M.Шишкевич. Баллистическая ракета на твердом топливе. М., Воениздат, 1972 г. Ордена Трудового Красного Знамени Военное издательство Министерства Обороны СССР, стр.41, Рис.2.19).
Недостаток такой конструкции заключается в том, что отсутствие силовой оболочки приводит к увеличению веса сопла, так как требуется увеличение толщины сопла для обеспечения его прочности.
Недостатком также является то, что пластмассы при нагревании подвергаются деструкции, при этом уменьшается их механическая прочность (температура деструкции у стеклопластиков 600-800°С).
Для устранения этих недостатков сверхзвуковую часть сопла изготавливают из углерод-углеродных композиционных материалов (далее по тексту УУКМ), обеспечивающих благодаря высокой теплоэрозионной стойкости, прочности и небольшому удельному весу значительное уменьшение веса сопла и, соответственно, двигателя в целом.
Известна конструкция сопла, состоящего из облицовки из эрозионностойкого материала и насадка из УУКМ, в которой в узле соединения раструба сопла насадок из УУКМ выполнен с цилиндрической отбортовкой, охватывающей облицовку по наружной поверхности, образуя непрерывную внутреннюю поверхность сопла, и упирающейся в торцевой фланец на внешней поверхности облицовки. Насадок закреплен на сопле при помощи охлаждаемых металлических деталей, стянутых при помощи болтов и гаек (Научно-технический журнал «Двигатель», №2, 1999 г. Вадим Миронов, Юрий Кочетков, Николай Давыденко «Оправа для огня», www.dvigately.ru).
Недостаток такой конструкции в невозможности ее использования в твердотопливных РДТТ, в которых конструкция состоит из неохлаждаемых пресс-материалов. При длительном времени работы узел соединения прогревается, болты и гайки разрушаются и насадок отделяется от сопла.
Целью настоящего изобретения является повышение надежности работы крепления насадка из УУКМ при использовании в конструкции неохлаждаемого сопла для РДТТ.
Указанная цель достигается тем, что в узле соединения раструба сопла, включающем облицовку из эрозионностойкого материала (например, углепластика) и насадок из УУКМ с цилиндрической отбортовкой, охватывающей облицовку по наружной поверхности, образуя непрерывную внутреннюю поверхность сопла, и упирающейся в торцевой фланец на внешней поверхности облицовки, на отбортовку насадка установлена втулка из эрозионностойкого материала, сопрягающаяся с наружной поверхностью отбортовки и облицовки и соединенная с отбортовкой пробками из эрозионностойкого материала в виде усеченного конуса с меньшим диаметром на наружной поверхности втулки, а с облицовкой - клеевым составом, причем внутренняя поверхность отбортовки сопряжена с внешней поверхностью облицовки.
На чертеже показан узел соединения сопла с насадком из УУКМ.
Узел соединения сопла включает в себя облицовку 1 из эрозионностойкого материала (например, углепластика) и насадок 2 из УУКМ с цилиндрической отбортовкой 3, охватывающей облицовку 1 по наружной поверхности 4, образуя непрерывную внутреннюю поверхность сопла, и упирающейся в торцевой фланец 5 на внешней поверхности облицовки 1, на цилиндрическую отбортовку 3 насадка 2 установлена втулка 6 из эрозионностойкого материала, сопрягающаяся с наружной поверхностью отбортовки 3 насадка 2 и облицовки 1 (по торцевому фланцу 5) и соединенная с отбортовкой 3 пробками 7 из эрозионностойкого материала в виде усеченного конуса с меньшим диаметром на наружной поверхности втулки 6, а с облицовкой - клеевым составом.
Большие торцы пробок 7 выполнены заподлицо с внутренней поверхностью цилиндрической отбортовки 3 насадка 2, меньшие - заподлицо с наружной поверхностью втулки 6, которая в свою очередь сопряжена с облицовкой 1 и соединена с ней клеевым составом. Пробки 7 выполнены из эрозионностойкого пресс-материала, преимущественно из стеклопластика. Торцевой фланец 5 выполнен такой высоты, которая обеспечивает к концу работы сопла такой нагрев его наружной торцевой поверхности, при котором ее температура меньше температуры теплового разрушения клеевого состава, соединяющего облицовку и втулку. Количество пробок 7 и их размещение на участке стыка втулки 6 и цилиндрической отбортовки 3 насадка 2 определяется величиной конкретных рабочих нагрузок, физико-механическими характеристиками используемых материалов и конструктивными соображениями. В зависимости от перечисленных факторов пробки 7 могут быть размещены в один или несколько рядов на относительно узком или широком участке сопряжения насадка и втулки. Коническая форма пробок обеспечивает их беззазорную установку.
Во время работы после прогрева насадка 2 взаимную фиксацию насадка 2 и втулки 6 осуществляют пробки 7. При этом газодинамическая сила, действующая на насадок 2, прижимает его к торцевому фланцу 5 облицовки 1, а уширение пробок 7 к насадку не позволяет им выпасть наружу и благодаря упору их большего торца во внешнюю поверхность облицовки 1 обеспечивает фиксацию пробок 7 на всем протяжении работы двигателя. Т.к. насадок 2 упирается своей цилиндрической отбортовкой 3 в торцевой фланец 5 облицовки, торцевой фланец обеспечивает поджатие насадка в процессе работы и часть нагрузки с пробок 7 снимается.
Крепление насадка из УУКМ в узле соединения сопла пробками из теплоэрозионностойкого материала в виде усеченного конуса с меньшим диаметром на наружной поверхности втулки, а с облицовкой - клеевым составом, при сопряжении внутренней поверхности отбортовки с внешней поверхностью облицовки позволяет в сравнении с известной конструкцией:
- сохранить целостность клеевого соединения внешней и внутренней частей облицовки;
- обеспечить надежную фиксацию насадка относительно облицовки при их безадгезионном сопряжении;
- увеличить надежность конструкции благодаря указанной выше совокупности достигнутых положительных качеств.