УСТРОЙСТВО ГЕРМЕТИЗАЦИИ СОПЛА РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ
ROCKET ENGINE NOZZLE PACKING

Изобретение относится к ракетной технике и может быть использовано при проектировании устройств для герметизации твердотопливных двигателей с подводным стартом.
Известны устройства (заглушки), способные срабатывать как от давления в камере сгорания, так и от действия наружного давления.
В первом случае устройство срабатывает после выхода двигателя на заданный режим работы, во втором - от действия внешнего давления (давления воды), обеспечивая разгрузку корпуса двигателя при аварийных ситуациях (при аварийном погружении носителя ракеты).
Для осуществления срабатывания устройства, как правило, применяются программировано разрушаемые элементы (разрывные болты) [Конструкции ракетных двигателей на твердом топливе / под общей ред. Л.Н.Лаврова. - М.: Машиностроение, 1993 г., стр.162, рис.3.36].
В качестве прототипа выбрана конструкция устройства [Конструкции ракетных двигателей на твердом топливе / под общей ред. Л.Н.Лаврова. - М.: Машиностроение, 1993 г., стр.163, рис.3.38]. Устройство содержит две осесимметричные части, размещенные в горловине сопла по обе стороны от критического сечения и срабатывающие в зависимости от направления действия давления.
Недостатком данного устройства является невысокая надежность срабатывания как от внутреннего, так и внешнего давления. Невысокая надежность конструкции обусловлена нестабильностью разрушения опорных колец, удерживающих герметизирующие части, на заданное давление срабатывания.
Технической задачей изобретения является повышение надежности срабатывания устройства при заданном давлении в камере сгорания и заданном давлении воды (при аварийном погружении).
Технический результат достигается тем, что в устройстве герметизации сопла ракетного двигателя, содержащем две осесимметричные части, размещенные в горловине сопла по обе стороны от критического сечения и срабатывающие в зависимости от направления действия давления, на стенке горловины сопла закреплен кольцевой элемент в виде стакана с установленным в нем на направляющих штырях цилиндром, зафиксированным в стакане шариковым замком, полость цилиндра разделена центральной перегородкой с калиброванным отверстием, обе герметизирующие части выполнены в виде поршней, размещенных в цилиндре до и после перегородки, поршень в докритической области подпружинен к перегородке, а поршень со стороны среза сопла имеет цилиндрический поясок, являющийся подвижной опорой шарикового замка, закрепленный в стакане с помощью программирование разрушаемого элемента, полость между ним и перегородкой заполнена жидкостью, например маслом, через калиброванное отверстие в перегородке, при этом в стакане на боковой стенке со стороны среза сопла выполнены окна, а на его дне выполнены отверстия.
На фиг.1, 2, 3 приведены чертежи устройства:
на фиг.1 - устройство в нейтральном положении;
на фиг.2 - устройство в процессе срабатывания от давления в камере сгорания;
на фиг.3 - устройство в процессе срабатывания от давления воды.
На чертежах обозначены:
1 - горловина сопла.
2 - кольцевой элемент в виде стакана, закрепленный в горловине со стороны среза сопла, с боковой стенкой 3 и дном 4.
В боковой стенке 3 выполнены окна 5, а на дне - отверстия 6.
7 - направляющие штыри с упором 8.
9 - цилиндр, закрепленный в кольцевом элементе 2 шариковым замком 10, с центральной перегородкой 11 и калиброванным отверстием d.
12, 13 - герметизирующие осесимметричные части (поршни) (12 - поршень в докритической области, 13 - поршень со стороны среза сопла).
Поршень 13 содержит цилиндрический поясок 14, являющийся подвижной опорой шарикового замка 10 и закрепленный программировано разрушаемым элементом 15 к дну 4 кольцевого элемента 2.
Поршень 12 поджат пружиной 16 к перегородке 11 и содержит пробку 17.
18, 19, 20, 21 - уплотнительные кольца в разъемных (подвижных) соединениях устройства.
Часть цилиндра 9 между поршнем 13 и перегородкой 11 заполнена маслом через калиброванное отверстие d и закрыта пробкой 17.
Работа устройства заключается в следующем.
1. При достижении в камере сгорания заданного давления разрушается крепление 15 кольцевого элемента 2 и устройство под давлением газов выбрасывается из горловины 1 (фиг.2).
2. Срабатывание от давления воды (при аварийном погружении) происходит в следующей последовательности.
Вода, поступая через отверстие 6, действует на поршень 13 до разрушения элемента 15. Поршень 13, вытесняя масло через калиброванное отверстие d в часть цилиндра 9 между перегородкой 11 и поршнем 12, перемещается до упора в перегородку 11, при этом цилиндрический поясок 14 открывает отверстия для выхода шариков замка 10 из отверстий цилиндра и цилиндр под давлением воды по штырям 7 выходит из кольцевого элемента 2 до упора 8, открывая, тем самым, доступ воды через окна 5. Вода проходит в образовавшийся зазор между цилиндром 9 и кольцевым элементом 2 и поступает в корпус двигателя (фиг.3).
Проведенные оценки показали, что, варьируя объемом цилиндра между поршнями 12, 13 и перегородкой 11 и размерами калиброванного отверстия d, можно получить достаточно широкий диапазон регулирования параметров срабатывания устройства.
Таким образом, использование устройства позволит повысить надежность срабатывания в заданных пределах давления как от внутреннего (камеры сгорания), так и внешнего (при аварийном погружении носителя ракеты).