Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ СБОРКИ СОПЛА С ЭЛАСТИЧНЫМ ОПОРНЫМ ШАРНИРОМ

Изобретение относится к ракетной технике, а именно к технологии изготовления сопел с эластичным опорным шарниром (ЭОШ).

ЭОШ используется в качестве гибкого герметичного соединения подвижной и неподвижной частей сопла и представляет собой пакет из чередующихся склеенных слоев эластомера и арматуры.

В современном ракетостроении для обеспечения устойчивого положения и требуемого направления движения ракеты в процессе ее старта и полета на траектории установку сопла в корпус двигателя проводят с поворотной частью, предварительно соосно выставленной и зафиксированной относительно неподвижной части сопла с поджатием ЭОШ. При этом должны быть выполнены требования по ограничениям позиционирования подвижной части относительно неподвижной по смещениям в горизонтальной и вертикальной плоскостях, включая возможный относительный угловой разворот их продольных осей.

Известен способ подготовки к хранению сопла ракетного двигателя твердого топлива на эластичном опорном шарнире (Заявка РФ №96118316. Публ. 10.12.1998), включающий установку сопла в вертикальное положение, поджатие ЭОШ в осевом направлении сопла на некоторую величину усадки слоев резины в температурном диапазоне условий хранения и транспортировки сопла.

Упомянутый способ является отдельным этапом сборки сопла с ЭОШ и выбран в качестве ближайшего аналога по сущности и числу совпадающих признаков.

В известном способе при выполнении поджатая ЭОШ происходит смещение оси подвижной части относительно оси неподвижной части сопла. Это происходит в связи с тем, что процесс поджатая ЭОШ в составе сопла порождает реакцию резиновых слоев и приводит к произвольному радиальному смещению и угловому отклонению оси подвижной части относительно неподвижной части сопла. При этом отклонение оси подвижной части относительно оси неподвижной части может достигнуть недопустимых величин.

Отклонение подвижной части сопла при сжатии ЭОШ происходит относительно некоторого эффективного центра вращения, который не совпадает с геометрическим центром вращения, что является одной из характерных особенностей ЭОШ (см. Р.Вудберри. Поворотные сопла с гибкими шарнирами для управления вектором тяги твердотопливного ракетного двигателя. Перевод №В-78-16, стр.5, 22. Источник AIAA Paper 1975, No. 1221, pp.1-18).

Практикой установлено отличие продольной жесткости каждого ЭОШ, что обусловлено конструктивно-технологическими факторами (разбросы в пределах допусков толщин слоев арматуры, резины, клея, а также физико-химических свойств резины и др.). Как следствие, усилие их поджатая на одну и ту же высоту значительно колеблется, что проявляется в разбросе величин момента затяжки винтовой пары стопорных устройств сопла.

Основным недостатком известного способа является отсутствие регулировки и контроля пространственного положения оси подвижной части относительно оси стыковочного фланца неподвижной части сопла с поджатым ЭОШ.

Технической задачей данного изобретения является устранение указанного недостатка за счет обеспечения требуемых ограничений по позиционированию оси подвижной части относительно оси неподвижной части сопла по радиальному, продольному смещению и угловому отклонению оси подвижной части относительно неподвижной при сжатии ЭОШ.

Технический результат достигается тем, что в способе сборки сопла с эластичным опорным шарниром, включающем установку сопла в вертикальное положение стыковочным фланцем на жесткое основание, сжатие эластичного опорного шарнира с заданным усилием и фиксацию подвижной части сопла с неподвижной частью стопорными устройствами, измеряют величину осевого поджатая эластичного опорного шарнира, затем устанавливают внутрь подвижной части калибр с контрольным диском, по положению которого относительно стыковочного фланца определяют угол отклонения и величину радиального смещения оси подвижной части относительно оси неподвижной части, после чего производят регулировку стопорными устройствами положения оси подвижной части сопла относительно оси неподвижной части с сохранением величины осевого поджатая эластичного опорного шарнира.

Установка в сопло калибра позволяет материализовать, обозначить продольную ось подвижной части и контролировать ее пространственное позиционирование с помощью индикаторов, регистрируя их показания до сжатия, в процессе сжатия эластичного опорного шарнира и в зафиксированном положении.

Перемещение подвижной части стопорными устройствами с контролем ее пространственного положения относительно неподвижной части позволяет выполнить сжатие эластичного опорного шарнира строго вдоль оси неподвижной части и выполнить ограничения, оговоренные в технической документации.

На чертеже изображена схема устройства, позволяющего осуществить предлагаемый способ сборки эластичного опорного шарнира.

Сопло после прокачки при приемо-сдаточных испытаниях устанавливается в вертикальном положении, срезом раструба вверх, при этом стыковочный фланец неподвижной части 1 сопла устанавливается на торцевую поверхность корпуса 2 контрольного стола 3. Снимается поджатие ЭОШ 4 (что кратковременно допустимо при постоянной температуре) путем ослабления момента затяжки винтовой пары стопорных винтовых устройств 5 сопла.

По трем индикаторам 6, устанавливаемым на торце неподвижной части 1 сопла со стороны среза сопла, определяется расстояние между торцом неподвижной части 1 сопла и базовым рабочим торцом на арматуре раструба подвижной части 7 сопла. При этом на ЭОШ 4 действует растягивающее усилие, равное весу подвижной части 7 сопла.

Винтами стопорных устройств 5 производят поджатие ЭОШ 4 моментом до заданной величины, последовательно в два-три приема, что обеспечивает равномерное поджатие, уменьшение величины углового перекоса и радиального смещения оси подвижной части 7 сопла.

По показаниям трех индикаторов 6 определяют перемещение - ΔL подвижной части 7 в осевом направлении по формулам:

ΔL=L_подж-L_своб;

L_своб=Н+1/3[(а₁-а₀)+(а₂-а₀)+(а₃-а₀)];

где Н - требуемый по документации размер между торцом рабочей плоскости на подвижной части 7 сопла и рабочей плоскостью торца на неподвижной 1 части сопла по документации (номинальный размер меры для настройки индикаторов);

a₁, a₂, a₃ - показания трех индикаторов 6 в свободном положении сопла;

А₀ - показания индикаторов 6, настроенных по настроечной мере;

, , - показания трех индикаторов 6 в поджатом состоянии ЭОШ 4;

L_подж - расстояние между торцом неподвижной части 1 сопла и торцом подвижной части 7 при поджатом состоянии;

L_своб - расстояние между торцом неподвижной части 1 сопла и торцом подвижной части 7 сопла при не поджатом состоянии.

L_подж - величина поджатия ЭОШ 4 определяется для каждого сопла с ЭОШ 4 при заданной величине момента для винтовых пар стопорных устройств 5 при их закручивании в определенной последовательности до достижения заданного значения момента в несколько приемов.

Для измерения параметров по расположению оси подвижной части 7 сопла относительно неподвижной части 1 сопла (отклонения от перпендикулярности и смещения критического сечения) во внутреннюю поверхность подвижной части 7 с базированием по двум сечениям в зоне среза подвижной части 7 и критическом сечении устанавливают жесткий калибр 8, снабженный контрольным диском 9.

При регулировании положения подвижной части 7 сопла меняется положение калибра 8 с контрольным диском 9 относительно контрольного стола 3 корпуса 2. Контрольный стол 3 расположен соосно и параллельно посадочным поверхностям корпуса 2, имитирующим посадочные поверхности камеры ракетного двигателя. С помощью индикаторов Б и В, установленных на стойке 10, переустанавливая стойку в плоскостях I-III, II-IV, регистрируют отклонение цилиндрической поверхности контрольного диска 9 калибра 8 относительно оси контрольного стола 3 в радиальном направлении и торцевой поверхности контрольного диска 9 вдоль оси неподвижной части 1 относительно плоскости контрольного стола 3, параллельной плоскости стыковочного торца фланца неподвижной части 1 сопла. По формулам рассчитывают отклонение от соосности (смещение критического сечения) и угол наклона (отклонение от перпендикулярности) оси подвижной части 7 сопла в двух перпендикулярных плоскостях I-III, II-IV.

Индикатор Б положения торцевой поверхности и индикатор В радиального положения цилиндрической поверхности контрольного диска 9 калибра 8 настраиваются в I плоскости в начальное положение.

Для уменьшения погрешности измерения, связанной с наличием зазора между средним диском 11 калибра 8 и поверхностью критического сечения, показания индикаторов Б и В регистрируются в двух крайних положениях при смещении калибра 8 «от центра» и «к центру» критического сечения при касании калибра 8 поверхности критического сечения.

Вычисление отклонения от перпендикулярности оси подвижной части 7 сопла относительно торцевой базовой поверхности на неподвижной части 1 сопла выполняют по формулам:

(в угловых минутах)

(в угловых минутах)

D - базовый диаметр расположения осей индикатора Б, измеряющего осевое перемещение торцевой поверхности контрольного диска 9;

a_{т1 «от центра»} - показания индикатора Б осевого перемещения торцевой поверхности контрольного диска 9 на базовом диаметре D при смещении поверхности контрольного диска 9 калибра 8 «от центра» критического сечения до касания с его поверхностью;

a_{т2 «к центру»} - показания индикатора Б при смещении торцевой поверхности контрольного диска 9 калибра 8 «к центру» критического сечения до касания с его поверхностью.

Определение отклонения от соосности критического сечения сопла от оси неподвижной 1 части сопла производится по показаниям индикатора В по формулам:

;

,

где - показания индикатора в радиальном направлении; арад1 - показания индикатора при отклонении калибра «от центра»   арад2 - показания индикатора при отклонении калибра «к центру»;   I, II, III, IV - обозначения плоскостей; Δγ - линейная составляющая угла отклонения оси подвижной части 7, которая определяется из соотношения:       l - расстояние между плоскостями радиального сечения расположения радиальных индикаторов В и расположением плоскости сечения поверхности критического сечения по оси калибра, мм.

При отклонении от перпендикулярности оси подвижной части 7 и смещении критики более допустимых заданных значений производят регулировку положения подвижной части 7 с помощью стопорных устройств 5, обеспечивая величину поджатия L_подж в заданных пределах и контролируя перемещения оси подвижной части 7 по индикаторм Б и В. После регулировки и фиксации производят окончательные измерения положения подвижной части 7 сопла относительно неподвижной 1 и расчет положения оси подвижной части 7 по вышеприведенным формулам.

Предлагаемый способ сборки сопла с использованием калибра позволяет измерять и регулировать пространственное положение подвижной части относительно неподвижной части сопла с ЭОШ, обеспечивая требуемую величину поджатия.