ЗАГЛУШКА СОПЛА РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ
ROCKET ENGINE NOZZLE PLUG

Изобретение относится к ракетной технике и может быть использовано при разработке заглушек сопел ракетных двигателей, время работы которых составляет 10 и менее секунд.
Известна заглушка, в которой для уменьшения массы вылетающих частей применяется лепестковая мембрана (см. книгу Конструкция ракетных двигателей на твердом топливе./Под общей редакцией чл.-корр. Российской академии наук, проф. Л.Н. Лаврова. - М.: Машиностроение, 1993, рис.3.37, стр.163). Эта заглушка включает в себя сферическую мембрану с радиально расходящимися от центра ослабленными сечениями. При запуске двигателя мембрана разрушается только по ослабленным сечениям, лепестки заглушки раскрываются по потоку продуктов сгорания и сгорают в процессе работы.
Недостатком данной конструкции является то, что она при раскрытии может перекрыть критическое сечение, что может привести к росту давления в камере на начальном этапе работы двигателя, что недопустимо для двигателей, время работы которых составляет 10 и менее секунд.
Технической задачей данного изобретения является повышение надежности работы ракетного двигателя.
Технический результат достигается тем, что в заглушке, выполненной в виде закрепленной на дозвуковой части сопла сферической мембраны, на поверхности которой со стороны критического сечения сопла выполнены кольцевое ослабленное сечение и примыкающие к нему на периферии радиально расположенные проточки, диаметр окружности кольцевого ослабленного сечения составляет 0,93-0,97 диаметра критического сечения сопла, а толщина мембраны в радиально расположенных проточках выполнена равной 1,5-1,8 толщины мембраны в кольцевом ослабленном сечении.
Использование в сопле ракетного двигателя заглушки предлагаемой конструкции позволит обеспечить после запуска двигателя расчетный уровень давления в камере сгорания.
Приведенные в формуле относительные размеры ослабленных сечений заглушки являются существенными признаками изобретения, так как позволяют надежно и практически мгновенно освобождать сопловой тракт от вылетающих и перекрывающих критическое сечение частей заглушки. Размеры ослабленных сечений получены по результатам проведенных расчетов и подтверждены стендовыми испытаниями. Расчеты проведены, исходя из требуемых значений давления в камере сгорания двигателя и времени срабатывания заглушки. При этом для расчетов в качестве материала заглушки выбран алюминиевый сплав АД1М. Расчетные геометрические параметры подтверждены при испытаниях модельных двигателей.
На фиг.1 изображена конструкция предлагаемой заглушки в сечении. На фиг.2 показан выносной элемент А фиг.1. На фиг.3 показана заглушка со стороны критического сечения (вид Б). На фиг.4 показано состояние элементов заглушки после воздействия давления от продуктов сгорания топлива.
Между входным вкладышем 1 дозвуковой части сопла 2 и ТЗП корпуса 3 двигателя установлена заглушка 4, представляющая собой сферическую мембрану, на которой выполнены кольцевое ослабленное сечение 5 и радиально расположенные проточки 6.
Диаметр d окружности кольцевого ослабленного сечения 5, составляющий 0,93-0,97 диаметра критического сечения D сопла 2, выбран таким образом, что при вскрытии центральной части заглушки 4 и раскрытии лепестков, не будет поврежден вкладыш 7 критического сечения и не будет перекрыто критическое сечение сопла. Толщины мембраны выбраны таким образом, что сначала она рвется в кольцевом ослабленном сечении 5, открывается отверстие в заглушке диаметром, меньшим диаметра критического сечения сопла, и центральная часть заглушки отделяется, а затем происходит раскрытие заглушки по радиально расположенным проточкам 6, толщина мембраны в которых выполнена равной 1,5-1,8 толщины мембраны в кольцевом ослабленном сечении 5.
2
Особенности работы заглушки заключаются в следующем: при срабатывании воспламенителя (на фиг. не показан) и достижении давления в 10 кгс/см, сначала рвется мембрана заглушки 4 в кольцевом ослабленном сечении 5, и центральная часть вылетает из сопла 2, при этом не деформируя вкладыш 7 критического сечения. Сразу после вылета центральной части мембрана рвется по радиально расположенным проточкам 6, заглушка 4 раскрывается и ложится лепестками на входной вкладыш 1, не уменьшая при этом диаметр критического сечения сопла.
Заглушка сохраняет целостность при воздействии на нее внешних погодных факторов. Использование изделия позволит исключить нерасчетное повышение давления в процессе запуска и работы двигателя, повысить надежность работы ракетного двигателя.