Отсечной клапан
CUT-OFF VALVE

Изобретение относится к области отсечки тяги РДТТ и направлено на совершенствование отсечных клапанов, работающих на продуктах сгорания ракетных топлив при использовании его в РД, предназначенного для посадки кабины космонавтов на землю.
Известна конструкция отсечного клапана, состоящего из корпуса, соединенного жестко с комбинированной заглушкой, содержащей сферическую и цилиндрическую части, кольцевого детонирующего заряда, выполненного с кольцевой кумулятивной канавкой, направленной в сторону цилиндрической части заглушки, электродетонатора, установленного напротив кольцевого детонирующего заряда, при этом внутренняя часть корпуса и комбинированная заглушка защищены теплоизоляцией (А.М. Липанов, А.В. Алиев. Проектирование ракетных двигателей твердого топлива. Москва. Машиностроение. 1995 г. Стр. 306. Рис. 8.36), принятого за прототип.
Недостаток такой конструкции заключается в том, что не конкретизирована форма сопла и степень его расширения, также в зазоре между срезом и корпусом возможны вихревые течения, что приведет к дополнительному нагреву конструкции, а введение дополнительного ТЗП и утолщение стенок ведут к увеличению веса всей конструкции. Также непонятно как происходит вылет заглушки, возможно заклинивание, что приведет к резкому повышению давления и разрушению летательного аппарата.
Задачей предполагаемого изобретения является повышение надежности работы отсечного клапана.
Указанная задача решается так, что в отсечном клапане, состоящем из корпуса, соединенного жестко с комбинированной заглушкой, содержащей сферическую и цилиндрическую части, сопла, кольцевого детонирующего заряда, выполненного с кольцевой кумулятивной канавкой, направленной в сторону цилиндрической части заглушки, электродетонатора, установленного напротив кольцевого детонирующего заряда, при этом внутренняя часть корпуса и комбинированная заглушка защищены теплоизоляцией, кроме того в корпус установлен вкладыш из эрозионностойкого прессматериала, геометрически вкладыш представляет собой сопло Лаваля с критической и разнонаправленными расширяющимися частями, закритическая часть вкладыша расположена напротив ДУЗа и защищена снаружи металлической втулкой, установленной на адгезионном составе, выходной диаметр закритической части вкладыша определяется по формуле:
, где
a
d - выходной диаметр закритической части, мм;
kp
d - диаметр критического сечения вкладыша, мм;
к.с
Р - давление в камере сгорания, Мпа;
kр
β - расходный комплекс топлива, м/с;
а
3
ρ- плотность газа на срезе, кг/м;
уд.п.
I - импульс удельный пустотный, м/с.
Цилиндрическая часть заглушки установлена по посадке во втулку, выполненную, как минимум, с двумя направляющими, в направляющую, расположенную дальше от ДУЗа, установлено герметизирующее уплотнение.
На представленной фигуре изображен общий вид отсечного клапана.
Отсечной клапан содержит корпус 1, жестко соединенный с комбинированной заглушкой, содержащей цилиндрическую 2 и сферическую 3 части, в корпусе 1 расположен кольцевой детонирующий заряд 4, охватывающий цилиндрическую часть 2 комбинированной заглушки, выполненный с кольцевой кумулятивной канавкой, направленной в сторону цилиндрической части 2 комбинированной заглушки. В корпусе 1, напротив кольцевого детонирующего заряда 4 установлен электродетонатор 5. Внутренняя часть корпуса 1 и комбинированная заглушка защищены теплоизоляцией 6.
a
н
В корпус 1 установлен вкладыш 7 из эрозионностойкого прессматериала в форме сопла Лаваля с критической и разнонаправленными расширяющимися частями, при этом диаметр среза сопла - d, выбран таким образом, чтобы при работе отсечного клапана давление на срезе сопла было меньше или равно атмосферному давлению (ра≤р), т.е. чтобы сопло работало без перерасширения и недорасширения, что позволяет получить на выходе из отсечного клапана осесимметричный поток, не создающий вихревых течений в зазорах и исключить заброс давления в зону электродетонатора 5, его прогар и разрушение при посадке кабины космонавтов на землю.
Закритическая часть вкладыша 7 расположена напротив детонирующего заряда 4 и снаружи защищена металлической втулкой 8, установленной на адгезионном составе.
Выходной диаметр закритической части вкладыша 7 определяется по формуле:
, где
a
d - выходной диаметр закритической части, мм;
kр
d - диаметр критического сечения вкладыша, мм;
к.с
Р - давление в камере сгорания, Мпа;
kр
β - расходный комплекс топлива, м/с;
а
3
ρ - плотность газа на срезе, кг/м;
уд.п.
I - импульс удельный пустотный, м/с.
Цилиндрическая часть 2 заглушки установлена по посадке во втулку 9, выполненную, как минимум, с двумя направляющими 10 и 11. Втулка 9 установлена в корпус 1 на герметике и соединена с корпусом 1, при помощи гайки 13. В направляющую 11, расположенную дальше от ДУЗа, установлено герметизирующее уплотнение 12.
a
а
н
Применение вкладыша 7 из эрозионностойкого материала в форме сопла Лаваля где диаметр среза сопла - d, выбран таким образом, чтобы при работе отсечного клапана давление на срезе сопла было меньше или равно атмосферному давлению (р≤р), позволяет получить на выходе из отсечного клапана осесимметричный поток, не создающий вихревых течений в зазорах и исключить заброс давления в зону электродетонатора 5, его прогар и разрушение.
Установка втулки 9 по посадке с двумя направляющими 10 и 11 позволяет добиться контролируемого вылета заглушки при срабатывании отсечного клапана.
Установка металлической втулки 8 защищает закритическую часть вкладыша 7 от разрушения при срабатывании детонирующего заряда 4.
Соединение втулки 9 с корпусом 1 при помощи гайки 13 предотвращает вылет втулки 9 под действием усилий от взрыва детонирующего заряда 4.
Установка уплотнительного кольца 12 и втулки 9 в корпус 1 на герметике обеспечивает герметизацию детонирующего заряда.
а
н
В процессе работы продукты сгорания топлива, имеющие высокую температуру и давление, поступают во внутреннюю полость отсечного клапана и благодаря тому, что внутренняя полость защищена теплоизоляцией 6 не происходит преждевременное вскрытие заглушки. При подаче электрического сигнала на электродетонатор 5 происходит передача детонации к кольцевому детонирующему заряду 4, комбинированная заглушка разрушается под действием давления продуктов сгорания и вылетает из корпуса 1 без перекосов и закусываний. При дальнейшем работе отсечного клапана давление на срезе сопла меньше или равно атмосферному давлению (р≤р), что позволяет получить на выходе из отсечного клапана осесимметричный поток, не создающий вихревых течений в зазорах и исключить заброс давления в зону электродетонатора 5, его прогар и разрушение.
Таким образом, предложенная конструкция отсечного клапана обеспечивает повышение надежности работы отсечного клапана за счет исключения заброса давления в зону электродетонатора, исключает дополнительное температурное воздействие на корпус отсечного клапана, защиту докритической части вкладыша, контролируемый вылет комбинированной заглушки и герметизацию полости, в которую установлен детонирующий заряд.