СОПЛО ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА
NOZZLE OF AIRBORNE VEHICLE

Предлагаемое изобретение относится к области машиностроения, а именно к конструкциям сопел летательных аппаратов, в которых устанавливаются заглушки, служащие для защиты внутренней полости летательного аппарата.
Известна конструкция сопла летательного аппарата, в которой внутри сопла установлена заглушка с центральным кольцевым утолщением и с кольцевым пазом по краям утолщения, обеспечивающим гарантируемое разрушение заглушки при воздействии на нее продуктов сгорания топлива двигателя (п. США №3229635 НКИ 239-288, 1966 г.).
Недостаток этой конструкции заключается в том, что данная заглушка вскрывается при одинаковом давлении снаружи и изнутри, поэтому не обеспечивает защиту от воздействия внешних факторов, а именно от внешнего давления, на определенном этапе превышающего расчетное давление прорыва.
Известна конструкция сопла летательного аппарата, в которой заглушка из быстро сгорающего материала, преимущественно пенопласта, установлена внутрь раструба заподлицо с его срезом и имеет радиальную кольцевую проточку на наружной боковой поверхности и кольцевой паз на торцевой поверхности напротив кольцевой проточки (см. п. 2397357, РФ, кл. F02K 9/97, 2010 г.).
Недостаток этой конструкции заключается в том, что материал заглушки имеет небольшой предел прочности, а это может привести при случайном силовом воздействии к разрушению заглушки и как следствие разгерметизации внутренней полости летательного аппарата. Кроме того, в конструкции не предусмотрена связь внутренней полости аппарата с атмосферой, что не позволяет выравнивать внутреннее и внешнее давления при подъеме ракеты в разряженные слои атмосферы. Это может привести к преждевременному вскрытию заглушки.
Известно, что при работе сопел летательных аппаратов на продуктах сгорания топлива, имеющих температуру порядка 1800-3600°K, первые изготавливаются либо из стеклопластика или углепластика, либо из углерод-углеродных композиционных материалов. Так, в книге «Теплостойкие пластмассы» авторов Г.И.Назарова, В.В.Сушкина, М., Машиностроение, 1980 г., приведены характеристики углепластиков, например УВ3Ф2, П-5-12, и стеклопластиков, например П-5-2. В научно-техническом журнале « Двигатель», №2, 1999 г. в статье «Оправа для огня» авторов В.Миронова, Ю.Кочеткова, Н.Давыденко приведена конструкция сопла с насадком из углерод-углеродного композиционного материала.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение надежности работы путем защиты внутренней поверхности сопла от разрушения.
Указанная задача решается тем, что сопло летательного аппарата, содержащее раструб, изготовленный из эрозионностойкого пресс-материала, металлическую герметизирующую заглушку, скрепленную с внутренней поверхностью раструба органической связкой, защитную заглушку, выполненную из быстро сгорающего материала, преимущественно пенопласта, и имеющую радиальную кольцевую проточку, выполненную на ее наружной боковой поверхности, а также кольцевой паз, выполненный на ее торцевой поверхности напротив радиальной кольцевой проточки, установленную внутрь раструба заподлицо с его срезом и скрепленную с внутренней поверхностью раструба органической связкой, нанесенной на часть наружной боковой поверхности заглушки до кольцевой проточки со стороны меньшего диаметра, металлическая герметизирующая заглушка выполнена с кольцевым утонением, соосным с осью раструба, а в защитной заглушке выполнена соосная с осью раструба цилиндрическая выемка, полость которой сообщена сквозным отверстием с полостью радиальной кольцевой проточки, при этом полость радиальной кольцевой проточки сообщена с атмосферой, а диаметр цилиндрической выемки превышает диаметр кольцевого утонения герметизирующей заглушки.
На фиг.1 приведена конструкция сопла летательного аппарата. На фиг.2 приведено кольцевое утонение металлической герметизирующей заглушки. На фиг.3 приведен вариант выполнения связи полости радиальной кольцевой проточки с атмосферой.
1
2
1
Сопло летательного аппарата состоит из сверхзвуковой части - раструба 1, изготовленного из эрозионностойкого пресс-материала, в который установлена заглушка 2, выполненная из быстро сгорающего материала, преимущественно пенопласта. Последняя контактирует с внутренней поверхностью раструба 1 на длине «L» и закреплена органической связкой 3. На наружной боковой поверхности заглушки 2 выполнена радиальная кольцевая проточка 4, а на ее торцевой поверхности, находящейся внутри раструба, выполнен кольцевой паз 5. Кольцевой паз 5 выполнен напротив радиальной кольцевой проточки 4. Другой торец 6 заглушки 2 установлен заподлицо с торцом 7 раструба 1, а между внутренней поверхностью раструба 1 и частью 8 наружной боковой поверхности заглушки 2 имеется зазор «δ». На торцевой поверхности заглушки 2, находящейся внутри раструба 1, выполнена цилиндрическая выемка 9 диаметром «D». Ось цилиндрической выемки 9 совпадает с осью 10 раструба 1. Полость выемки 9 соединена сквозным отверстием 11 с полостью радиальной кольцевой проточки 4. Внутри раструба 1 ближе к минимальному сечению сопла установлена герметизирующая металлическая заглушка 12, закрепленная при помощи органической связки и имеющая кольцевое утонение 13 (фиг.2). Кольцевое утонение 13 соосно с осью 10 раструба 1 и имеет диаметр «D», который меньше диаметра «D» выемки 9. На фиг.3 показан вариант исполнения заглушки 2, где вместо кольцевого зазора «δ» на поверхности 8 выполнены сквозные продольные пазы 14, равномерно расположенные по поверхности 8, что обеспечивает сообщение полости радиальной кольцевой проточки 4 с атмосферой.
2
1
2
Устройство работает следующим образом. При неработающем двигателе защитная заглушка 2 обеспечивает защиту внутренней полости сопла, а герметизирующая заглушка 12 обеспечивает защиту и герметизацию при несанкционированном разрушении заглушки 2. Это может произойти вследствие малой прочности материала заглушки 2. Если летательный аппарат поднимается в верхние слои атмосферы, то во внутренней полости сопла возникает избыточное давление, которое может привести к нерасчетному вскрытию заглушки 2 по кольцевому пазу 5. Выполнение пазов 14 обеспечивает связь с атмосферой полости радиальной кольцевой проточки 4 и исключает разрушение заглушки 2 по кольцевому пазу 5 при воздействии на заглушку 2 внешнего высокого давления, например взрыва в атмосфере. Для выравнивания давлений выполнено отверстие 11 и создан зазор «δ», либо выполнены пазы 14. При включении сопла в работу под воздействием внутреннего давления заглушка 12 прорывается по кольцевому утонению 13, которое гарантирует расчетное давление вылета. Оторвавшаяся часть заглушки 12 диаметром «D» попадает в выемку 9 заглушки 2. Благодаря тому, что диаметр «D» выемки 9 больше диаметра «D» это происходит гарантировано. Если бы выемка 9 отсутствовала, то оторвавшаяся часть заглушки 12 могла повредить внутреннюю поверхность раструба 1 или разрушить весь раструб 1. После улавливания оторвавшейся части, заглушка 2 вскрывается по пазу 5 и вылетает из сопла. Проведенные экспериментальные работы на воздухе показали следующее. Если заглушка 2 выполнялась без выемки 9, то на внутренней поверхности раструба 1 имелись сколы и трещины. После выполнения выемки 9 сколы и трещины отсутствовали.
Таким образом, как видно из вышеизложенного, обеспечивается повышение надежности работы за счет уменьшения вероятности разрушения раструба.