КОРПУС РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА
SOLID-PROPELLANT ROCKET ENGINE HOUSING

Изобретение относится к области ракетной технике и может быть использовано при изготовлении корпусов ракетных двигателей твердого топлива (РДТТ) из композиционного материала (КМ).
Известен корпус РДТТ, содержащий силовую оболочку и узел стыка [Конструкции ракетных двигателей на твердом топливе / Под общ. ред. Л.Н.Лаврова - М.: Машиностроение, 1993, - 215 с., ил., страница 61, рис.2.18].
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту к предлагаемому изобретению является корпус РДТТ из композиционного материала типа «кокон» [Конструкции ракетных двигателей на твердом топливе / Под общ. ред. Л.Н.Лаврова, - М.: Машиностроение, 1993 - 215 с., ил., страница 81, рис.2.28]. Корпус имеет наружную и внутреннюю цилиндрические оболочки, причем на наружной оболочке сформирован силовой шпангоут с радиальными отверстиями под штифты (крепежные элементы). Представленная конструкция обеспечивает жесткое соосное соединение с ответной частью изделия. При необходимости управления вектором тяги за счет поворота корпуса относительно ответной части изделия узел крепления должен сопрягаться с двумя внешними осями [Конструкция и проектирование ракетных двигателей твердого топлива / Фахрутдинов И.X. М.: Машиностроение, - 328 с., ил., страница 28, рис.1.15 (о)]. Сопряжение с внешними осями узла стыка корпуса РДТТ, выбранного в качестве прототипа, требует введения в конструкцию дополнительного кольцевого шпангоута для передачи усилия от внешних осей к узлу стыка корпуса РДТТ. Таким образом известная конструкция корпуса ограничивает ее эксплутационные возможности, а введение дополнительных элементов повышает массу, снижает надежность.
Технической задачей настоящего изобретения является расширение эксплутационных возможностей конструкции корпуса РДТТ, уменьшение массы.
Сущность изобретения заключается в том, что в корпусе РДТТ из композиционного материала типа «кокон», содержащем силовую внутреннюю и наружную оболочки, сформированный на наружной оболочке стыковочный шпангоут с отверстиями и установленными в них штифтами, последние размещены в двух диаметрально противоположных сегментах шпангоута, зоны стыковочного шпангоута, в которых размещены отверстия, охвачены П-образными металлическими накладками с отверстиями, соосными с отверстиями на шпангоуте, при этом в плоскости симметрии противоположных сегментов установлены штифты, снабженные цилиндрическими гнездами для соединения с ответной частью стыкуемого изделия. Штифты могут содержать упорные буртики.
Технический результат достигается за счет передачи усилия от корпуса РДТТ на стыкуемое к нему изделие непосредственно через узел стыка, выполненный из композиционного материала и усиленный с помощью накладок. Отсутствие промежуточной детали снижает массу и улучшает точностные параметры корпуса. Выполнение в узле стыка элементов крепления корпуса (цилиндрических гнезд), сопрягаемых с внешними осями, обеспечивает возможность качания корпуса РДТТ, т.е. расширение эксплутационных возможностей конструкции. Нагрузка (сила) от внешней оси, приложенная перпендикулярно к штифту, распределяется на дополнительные штифты через П-образную металлическую накладку. Нагрузка (сила) от внешней оси, приложенная к торцу штифта через упорные буртики, передается на плоскую площадку, выполненную в П-образной металлической накладке, и распределяется по поверхности контакта с узла стыка на его наружную цилиндрическую поверхность. Нагрузка (момент, перпендикулярный оси штифта) от штифта передается на П-образную металлическую накладку и через нее передается на наружную и внутреннюю цилиндрическую поверхность узла стыка.
Данное техническое решение не известно из патентной и технической литературы.
Изобретение поясняется следующим графическим материалом:
на фиг.1 показан фрагмент продольного разреза корпуса РДТТ;
на фиг.2 показан разрез А-А фиг.1;
на фиг.3 показан вид Б фиг.1, т.е. общий вид корпуса РДТТ;
на фиг.4 показана схема качания корпуса РДТТ.
Корпус РДТТ содержит силовую внутреннюю 1 и наружную 2 оболочки. Стыковочный шпангоут 3 сформирован на наружной оболочке 2. На стыковочном шпангоуте 3 выполнены отверстия 4. В отверстия 4 установлены штифты 5. Отверстия 4 и штифты 5 размещены в двух диаметрально противоположных сегментах шпангоута 3. Зоны стыковочного шпангоута 3, в которых размещены отверстия 4, охвачены П-образными металлическими накладками 6 с отверстиями 7. Отверстия 7 соосны с отверстиями 4 на шпангоуте 3. Установленные в плоскости симметрии 8 (фиг.3) штифты 5 снабжены цилиндрическими гнездами 9 для соединения с внешними осями. Дополнительные штифты 10 (фиг.2) (т.е. расположенные не в плоскости симметрии 8) контактируют с П-образными металлическими накладками 6 и цилиндрическими поверхностями отверстий 4 в шпангоуте 3. Штифты 5 содержат упорные буртики 11. Упорные буртики 11 контактируют с плоскими площадками 12, выполненными в П-образных металлических накладках 6.
Устройство работает следующим образом. При эксплуатации и работе корпус закреплен через штифты 5 и цилиндрические гнезда 9 посредством внешних осей, не входящих в состав корпуса. На корпус действуют различные нагрузки, например инерционные силы, реактивная сила РДТТ, силы, обеспечивающие качание корпуса. Указанные нагрузки воспринимаются корпусом через два локальных места - штифтами 5. С учетом того, что физико-механические характеристики КМ (например, прочность смятия) существенно ниже, чем у металла, требуется локальные нагрузки со штифтов 5 распределить на достаточно большую площадь пластикового стыковочного шпангоута 3. На штифт 5 действуют силы: приложенные к его боковой поверхности, т.е. перпендикулярные к оси штифта 5 (относительно корпуса тангенциальная и осевая); приложенная к торцу штифта 5 (стремящаяся вдавить штифт 5 вовнутрь стыковочного шпангоута 3); момент, перпендикулярный оси штифта 5 (стремящийся повернуть штифт 5). Нагрузка (сила), приложенная перпендикулярно к штифту 5, распределяется на дополнительные штифты 10 через П-образную металлическую накладку 6. При этом площадь контакта нагруженных штифтов 5 и дополнительных штифтов 10 с КМ (стыковочным шпангоутом 3) увеличивается пропорционально числу добавленных дополнительных штифтов 10, тем самым уменьшая действующие напряжения смятия. Нагрузка (сила), приложенная к торцу штифта 5 через упорные буртики 11, передается на плоские площадки 12 выполненные в П-образной металлической накладке 6 и распределяется по поверхности контакта со стыковочным шпангоутом 3 на его наружную цилиндрическую поверхность. Нагрузка (момент, перпендикулярный оси штифта) от штифта 5, контактирующего с поверхностью отверстий 7, передается на П-образную металлическую накладку 6 и через нее передается на цилиндрическую поверхность отверстия 4 стыковочного шпангоута 3.
Технико-экономическая эффективность предлагаемого изобретения, по сравнению с прототипом, в качестве которого выбран корпус РДТТ из композиционного материала [Конструкции ракетных двигателей на твердом топливе / Под общ. ред. Л.Н.Лаврова - М.: Машиностроение, 1993, - 215 с., ил., страница 81, рис.2.28.], заключается в расширении эксплутационных возможностей конструкции, уменьшении ее массы.