Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВОСПРИЯТИЯ ТЯГИ И ПРОТОКА ДВУХ КОМПОНЕНТОВ ТОПЛИВА

Область техники

Изобретение относится к ракетной технике и, в частности, к устройствам, воспринимающим тягу жидкостного ракетного двигателя (ЖРД) и позволяющим обеспечить проток компонентов топлива из баков ракеты в магистрали двигателя и качание двигателя.

Предшествующий уровень техники

Известно устройство для восприятия тяги, развиваемой ЖРД, и передачи ее на силовой шпангоут ракеты (см. ЖРД F-1 РН «Сатурн-5» США, кн. «Конструирование и проектирование ЖРД» под ред. проф. Г.Г. Гахуна, М., Машиностроене, с.355, рис.14, 1989 г.). Устройство включает карданный подвес, который размещен между неподвижной рамой двигателя и подвижным элементом конструкции двигателя. В этой конструкции трубопровод горючего входной магистрали двигателя включает три последовательно соединенных сильфонных узла угловых перемещений, расположенных в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Трубопровод окислителя входной магистрали имеет два сильфона карданного типа, один из которых допускает угловые перемещения.

К недостаткам данной конструкции относятся большая длина топливных трубопроводов, значительная их масса и диаметральные размеры двигателя. Кроме того, требуются значительные управляющие усилия в создании рулевых приводов.

Известно также устройство для восприятия тяги и протока компонентов топлива, включающее шаровой подвес и сильфонный узел для протока двух компонентов топлива. В этом техническом решении сильфонный узел трубопровода подвода окислителя выполнен в виде двух пар наружного и внутреннего сильфонов, образующих 2 кольцевых канала вокруг шарового подвеса. Сильфоны, с одной стороны, прикреплены к кольцевым коллекторам, присоединенным к неподвижным частям трубопроводов, соединенных с входными полостями баков ракеты с окислителем и горючим. С другой стороны, эти кольцевые каналы соединены с двумя коллекторами, выход из которых соединен с входными полостями магистралей окислителя и горючего двигателя. При этом эти сильфоны расположены концентрично друг другу и снаружи шарового подвеса (см. патент РФ №2083859, МПК F02K 9/44, 1997 г.). Прототип.

Недостатком прототипа является то, что он имеет довольно сложную компоновку устройства из-за наличия в ней четырех сильфонов, что увеличивает его диаметральные размеры, и как следствие, имеет повышенную массу и недостаточную надежность. Применение шарового подвеса потребует создание рулевых приводов со значительными управляющими усилиями.

Раскрытие изобретения

Задачей изобретения является создание устройства для восприятия тяги и протока двух компонентов топлива, обладающее простой компоновкой с уменьшенными диаметральными габаритами, меньшей массой и повышенной надежностью в работе.

Эта задача решена за счет того, что в устройстве для восприятия тяги и протока двух компонентов топлива, включающем двухстепенной подвес и сильфонный узел для протока двух компонентов топлива, при этом в качестве указанного подвеса применен карданный подвес, имеющий раму карданного механизма, две пары осей с подшипниками, размещенными в раме в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, и две пары вилок, соединенных с осями, при этом одна пара вилок жестко соединена с рамой двигателя, другая - с головкой камеры сгорания двигателя, при этом указанный сильфонный узел размещен внутри рамы карданного механизма и выполнен в виде двух сильфонов - внутреннего, установленного по оси двигателя и оси карданного подвеса, и наружного сильфона, концентрично размещенного относительно внутреннего, образующих между собой кольцевой канал, полость внутреннего сильфона с одной стороны соединена с полостью бака ракеты одного из компонентов топлива, с другой стороны - через коллектор соединена с входной магистралью двигателя, полость кольцевого канала через изогнутый трубопровод соединена с полостью бака ракеты другого компонента, с другой стороны эта полость через коллектор соединена с входной магистралью двигателя.

Другими отличиями являются:

- изогнутый трубопровод соединен с наружным сильфоном посредством фланцевого соединения, при этом сильфон в месте соединения зафиксирован от осевого смещения посредством шпонок, вставленных в пазы, выполненные в теле силового кольца, которое изготовлено за одно целое с вилками карданного механизма;

- на внешней поверхности силовых колец внутреннего сильфона выполнены пилоны, стабилизирующие поперечное сечение кольцевого канала при качании двигателя;

- рама карданного механизма имеет в сечении прямоугольник и изготовлена из двух пар балок, скрепленных между собой;

- в качестве подшипников карданной рамы могут быть использованы подшипники качения или сферические подшипники скольжения;

- в качестве горючего применен жидкий метан, который подводится в полость кольцевого канала, в качестве окислителя применен жидкий кислород, который подводится в полость внутреннего сильфона.

Технический результат состоит в том, что данное устройство способствует созданию наиболее компактного узла качания, в котором обеспечивается восприятие тяги двигателя и проток двух компонентов топлива.

Перечень чертежей

Па фиг.1 представлено продольное сечение устройства, на фиг.2 представлено поперечное сечение по А-А на фиг.1.

Пример осуществления изобретения

Как показано на фиг.1, устройство включает карданный подвес 1, состоящий из рамы 2 карданного механизма, две пары осей 3 и 4 с подшипниками 5 и 6 и две пары вилок 7 и 8. Вилки 7 жестко соединены с рамой двигателя 9. Вилки 8 соединены с головкой 10 камеры сгорания двигателя. Внутри рамы 2 размещен сильфонный узел 11, через который осуществляется подвод двух компонентов топлива (окислителя и горючего) из полостей баков ракеты (не показано) во входные магистрали двигателя. В качестве окислителя используется жидкий кислород, в качестве горючего - жидкий метан. Указанный узел состоит из внутреннего сильфона 12, установленного по оси двигателя O′-O′, и карданного подвеса 1 и из внешнего сильфона 13, который концентрично установлен относительно внутреннего сильфона 12. Между оболочками сильфонов 12 и 13 образован кольцевой канал 14. Концевые участки сильфонов выполнены с силовыми кольцами 15, 16, 17 и 18. Полость 19 внутреннего сильфона в верхней части соединена через патрубок 20 с полостью бака ракеты (не показано), заполненного одним из компонентов топлива (жидким кислородом). В нижней части полость 19 соединена через коллектор 21 с входной магистралью двигателя (не показано). Полость 22 кольцевого канала 14 в верхней части через изогнутый патрубок 23 соединена с полостью бака другого компонента (жидким метаном). В нижней части кольцевой канал 14 через коллектор 24 соединен с входной магистралью двигателя. Изогнутый патрубок 23 соединен с внешним сильфоном 13 с помощью фланцевого соединения. Это сделано для того, чтобы при нестыковке с трубопроводом бака ракеты была возможность повернуть изогнутый трубопровод в нужное положение. Для фиксации внешнего сильфона от осевого смещения предусмотрено шпоночное соединение 25, состоящее из четырех шпонок 26, входящих в кольцевые пазы, выполненные в теле силового кольца 27 вилок 7. На наружных поверхностях силовых колец 15, 16 внутреннего сильфона 12 выполнены пилоны 28 (радиальные ребра). Эти пилоны обеспечивают неизменность кольцевого канала 14 в процессе качания двигателя. Центр качания предлагаемого устройства расположен в середине сильфонного узла 11. Для качания двигателя использованы два рулевых привода 29 (показан только один привод), размещенных в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, при этом каждый привод с одного конца прикреплен к раме двигателя 9, с другого конца к головке камеры сгорания двигателя 10.

Следует заметить, что рама карданного механизма имеет в сечении прямоугольник и может быть изготовлена из двух пар балок, скрепленных между собой.

Кроме того, в качестве подшипников карданной рамы могут быть использованы подшипники качения или сферические подшипники скольжения.

Работа устройства

Рулевые приводы 29 создают крутящие моменты, и двигатель поворачивается относительно центра карданного подвеса. При этом сила тяги, образуемая камерой двигателя, через вилки 8 передается на карданный подвес 1, а от него на силовое кольцо шпангоута ракеты, при этом подвижная часть сильфонного узла 11 отклоняется от номинального положения за счет изгибной деформации сильфонов 12 и 13.

Применение устройства позволяет осуществить передачу тяги от двигателя на шпангоут ракеты и подвод двух компонентов топлива из баков ракеты во входные магистрали двигателя с одновременным качанием двигателя в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. По сравнению с прототипом в этом устройстве применены только два сильфона вместо четырех, что позволило создать компактное устройство, обладающее меньшими диаметральными размерами, меньшей массой и повышенной надежностью в работе.

Промышленное применение

Предлагаемое устройство найдет применение в ракетной технике, в частности, в ЖРД, работающих на криогенных компонентах топлива, например, жидком кислороде и жидком метане.