Узел подвески камеры сгорания ЖРД

Жидкостный ракетный двигатель

Изобретение относится к ракетной технике, конкретно к жидкостным ракетным двигателям, выполненным по закрытой схеме, с дожиганием газогенераторного газа, работающим на окислителе и горючем, например, на углеводородном горючем и жидком кислороде и предназначено для управления вектором тяги.
Недостатки известных двигателей и узла подвески камеры сгорания
1. Сложность конструкции узла подвески камеры сгорания ЖРД и ее низкая надежность из-за того, что подшипники карданного соединения при работе двигателя имеют температуру такую же, что и газогенераторный газ, т. е. 500…800 градусов Цельсия. Кроме того, этот узел достаточно сложный, содержит значительное количество деталей и имеет большой вес, что нежелательно для ЖРД.
2. Подвеска ТНА, который недостаточно проработана и при жестком креплении ТНА на силовой раме возможно при сборке и в процессе работы двигателя-возникновение монтажных и температурных напряжений
Задачи создания изобретения упрощение конструкции узла подвески камеры сгорания ЖРД и повышение его надежности.
Жидкостный ракетный двигатель (рис. 1 и 2), содержит силовую раму 1, камеру сгорания 2, выполненную с возможностью качания в двух плоскостях, газогенератор 3 и турбонасосный агрегат ТНА 4, подстыкованный к газогенератору 3 посредством газовода 5.

Рис.1
ТНА 4 содержит турбину 6, насос окислителя 7 и насос горючего 8. ТНА 4 может содержать дополнительный насос горючего 9. Выход насоса горючего 8 соединен трубопроводом 10 с входом дополнительного насоса горючего 9.
Камера сгорания 2 содержит головку 11, цилиндрическую часть 12 и сопло13. Газогенератор 3 закреплен на силовой раме 1 шарниром 14 (сферическим или цилиндрическим), ТНА 4 закреплен при помощи, не мене, чем двух шарнирных тяг 15 (рис. 1) с шарнирами 14 на обеих концах. Между газоводом 5 и головкой 11 установлен узел подвески 16, обеспечивающий поворот камеры сгорания 2 при управлении вектором тяги R. Между газоводом 5 и головкой 11 установлен сильфонный узел 17, подстыкованный с одной сто-роны к газоводу 5, а с другой к патрубку 18, выполненному на головке 11 перпендикуляр-но оси камеры сгорания 2. Газовод 5, сильфонный узел 17 и патрубок 18 выполнены соос-но, последовательно, в одну линию, для уменьшения потерь давления газа, идущего из га-зогенератора 3 в камеру сгорания 2.
Обеспечивают управление вектором тяги два привода выполненные, например, в виде гидроцилиндров 19 со штоками 20. Приводы 19 установлены во взаимно-перпендикулярных плоскостях, проходящих через продольную ось камеры сгорания 2. Приводы 19 закреплены при помощи шарниров 14 к силовой раме 1 , а штоки 20 — к ци-линдрической части 12 камеры сгорания 2. Выход из насоса горючего 8 трубопроводом 21, в котором установлены пуско-отсечной клапан 22 и сильфон 23 соединен с главным коллектором 24. Выход из насоса окислителя 7 соединен трубопроводом 25 содержащим пуско-отсечной клапан 26 с газогенератором 3, выход из дополнительного насоса горюче-го 9 трубопроводом 27, содержащим пускоотсечной клапан 28 соединен также с газогенератором 3.
На газогенераторе 3 и на камере сгорания 1 установлены, по меньшей мере, по од-ному запальному устройству 29.
Кроме того, двигатель оборудован блоком управления 30, который электрическими связями 31 соединен с запальными устройствами 29 и с пускоотсечными клапанами 22, 26, и 28.
Особенностью двигателя является то, что газогенератор 3 закреплен на силовой раме 1 при помощи шарнира 14, а ТНА 4 закреплен на силовой раме 1 при помощи не менее двух шарнирных тяг 15. Камера сгорания 2 напрямую не связана с силовой рамой 1, а соединена с ней через узел подвески 16, позволяющий ей поворачиваться в любой плоскости, а сильфон 18 позволяет отклонять камеру сгорания 2.
Конструкция узла подвески 16 приведена на рис. 2. Узел подвески 16 камеры сгорания 2 ЖРД (рис. 2) содержит две части: неподвижную 32 и подвижную 33. Неподвижная часть 32 жестко соединена с силовой рамой 1, а подвижная часть 33 жестко соединена с головкой 11 камеры сгорания 2, за счет того, что обе части образуют сферическое шарнирное соединение 34, при этом неподвижная часть 32, выполнена из двух деталей, верх-ней 35 и нижней 36, с горизонтальным разъемом «А-А» по максимальному диаметру сфе-ры, стянутых болтовым соединением 37 через регулировочную прокладку 38.

Рис.2
Конструкция сильфонного узла 17 приведена на фиг. 3 и 4. Сильфонный узел 17 (рис. 3) содержит сильфон 39 с фланцами 40 и 41, на которых выполнены шарниры 42 и 43. Между фланцами 40 и 41 установлена с натягом пружина 44 (пружина сжатия). Патрубок 18 содержит фланец 45, а газовод 5 имеет фланец 46, в которых выполнены сферические выемки для образования сферических шарниров, обеспечивающих поворот сильфона 39 относительно точек О1 и О2.
Сильфонный узел 17 (рис. 4) содержит дополнительно не менее двух стрежней 47, одни концы которых закреплены при помощи сферического шарниров 48 во фланце 46 газовода 5, а другие концы свободно размещены в отверстиях «А», выполненных во фланце 45 патрубка 18.

Рис.3
Для направления потока газа, выходящего из газогенератора 3 в камеру сгорания 2 в головке 11 могут быть установлены направляющие лопасти 49.
Двигатель запускается следующим образом.
В исходном положении все клапаны двигателя закрыты. При запуске ЖРД на горючем с блока управления 30 по электрическим каналам связи 31 подается команда на открытие пускоотсечных клапанов 22, 26 и 28. Окислитель и горючее поступают в газогенератор 3, где воспламеняются при помощи запальника 29. Газогенераторный газ по газоводу 5 через сильфонный узел 17 и патрубок 18 подается в головку 11 камеры сгорания 2. Горючее охлаждает камеру сгорания 2, проходя через зазор между оболочками ее сопла 13, образующими регенеративный тракт охлаждения (фиг. 1), выходит во внутреннюю полость камеры сгорания 2 для дожигания газогенераторного газа, идущего из газогенератора 3. Воспламенение этих компонентов осуществляется также запальным устройством 29, установленным на камере сгорания 2. После запуска турбонасосного агрегата 4 газогенераторный газ подается из газогенератора 3 в турбину 6, раскручивается ротор ТНА (на фиг. 1…5 не показано), давление на выходах насосов 7, 8 и 9 возрастает.
Для управления вектором тяги R при помощи привода 19 воздействуя штоком 20 на цилиндрическую часть 12, поворачивают камеру сгорания 2 относительно узла подвески 16 на угол 5…70. При этом направление вектора тяги R1 отклоняется относительно перво-начального положения R0 продольной оси симметрии камеры сгорания 2 и относительно ракеты, на которой этот двигатель установлен (ракета на фиг. 1…5 не показана). При вращении нижней детали 36 (фиг. 2), она прижимается к верхней детали 35 реактивной тягой камеры сгорания 2, что герметизирует этот стык и не позволяет газогенераторному газу, имеющему температуру от 500 до 800 0С и давление 300…400 атм прорываться через эти стыки и вызвать пожар в двигательном отсеке. Герметизацию стыка при транспортировке камеры сгорания и при подготовке ракеты к запуску и в первоначальный момент запуска, пока реактивная сила не превысит вес камеры сгорания 2 осуществляет нижняя часть шарнирного соединения 34 под действием собственного веса. При качании камеры сгорания 2 одновременно изменяется длина сильфона 39 и его угол установки относительно про-дольных осей ТНА 4 и камеры сгорания 2. В процессе работы двигателя на сильфон 39 могут действовать изгибающие нагрузки, чтобы их компенсировать, служат шарнирные соединения 42 и 43, в которых сильфоный узел поворачивается. Для полной разгрузки и-гибающих усилий на сильфон 39 применены стержни 47 (рис. 4), которые поворачиваясь относительно шарниров 48, поворачивают шарнир 42 относительно точки О1, разгружая сильфон 39 от изгибающих нагрузок.
Применение изобретения позволило:
1. Значительно повысить надежность работы узла подвески камеры сгорания из-за отсутствия ненадежного сильфона и применения простого по конструкции сферического пустотелого шарнира, выполненного из жаропрочных материалов. Применение двух кольцевых уплотнений, подпружиненных в сторону сферической уплотнительной поверхности, также обеспечивает герметизацию узла при транспортировке, в момент запуска двигателя и при работе двигателя.
2. Предложенная схема подвески ТНА и газогенератора исключила монтажные и температурные напряжения при сборке двигателя и в процессе работы ЖРД из-за высокой температуры его основных узлов: камеры сгорания, турбины и газогенератора и низкой температуры насоса окислителя и насоса горючего, особенно, если они работают на криогенных компонентах, например, жидкие кислород и водород.

Автор статьи: Патентный повнренный РФ Болотин Николай Борисович

Комментирование и размещение ссылок запрещено.

Комментарии закрыты.