Результат интеллектуальной деятельности: УЗЕЛ КАЧАНИЯ КАМЕРЫ ЖИДКОСТНОГО РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ (ЖРД)

Изобретение относится к области ракетостроения, в частности к узлам качания камеры сгорания жидкостного ракетного двигателя (ЖРД), и может быть использовано для установки геометрической оси камеры, качающейся в одной плоскости, в заданном положении, с высокой точностью.

Предлагаемая конструкция устройства относится к механическим средствам, обеспечивающим необходимую фиксацию элементов передачи тяги и крепления камеры: цапф, траверс к раме двигателя.

Известен узел качания камеры жидкостного ракетного двигателя с дожиганием по патенту РФ на изобретение №2159352, включающий камеру, установленную на карданном подвесе, и сильфонный узел, в котором дополнительно введены два опорных кольца, одно из которых предназначено для герметичного соединения с газоводом, а второе - с камерой сгорания, сильфонный узел содержит сильфон в виде гофрированной оболочки, установленной соосно между упомянутыми опорными кольцами. Во впадинах наружных гофр упомянутого сильфона установлены защитные силовые кольца, сильфон расположен внутри карданного кольца, которое через шарниры соединено силовыми кронштейнами с упомянутыми опорными кольцами (МПК F02K 9/66, 21.01.1999 г.).

К недостаткам известного технического решения следует отнести необходимость изготовления деталей и сборочных единиц, участвующих в обеспечении расположения геометрической оси камеры и осей качания шарнирных узлов, с высокой точностью, т.к. элементы регулировки и настройки, компенсирующие погрешности изготовления и сборки, в данном устройстве отсутствуют.

Известен узел качания камер 1 двигателя 2 блока третьей ступени ракеты-носителя «Союз-2» (рабочие чертежи 14Д23.-00.000СБ, 11Д451М.76-03.000СБ разработки ОАО КБХА г. Воронеж - прототип, фиг.1), содержащий закрепленные при помощи болтов 3, 4 к раме 5 траверсы 6, 7 с установленными в них подшипниками 8, цапфы 9, 10 камеры 1, смонтированные в подшипниках 8, на одной из которых при помощи резьбовой втулки 11 жестко закреплен и зафиксирован стопорной шайбой 12 один подшипник 8, а на другой установлен другой подшипник 8, способный свободно перемещаться вдоль цапфы 10 камеры 1, фланцы 13, 14 блоков гибких трубопроводов 15, 16, поджимающие подшипники 8 в траверсах 6, 7 и закрепленные на шпильках 17 траверс 6, 7 гайками 18, уплотнительные фторопластовые кольца 19, 20, 21, 22.

Так же, как и в узле качания камеры - аналоге, в узле качания - прототипе отсутствуют специальные конструктивные регулировочные элементы, обеспечивающие установку геометрической оси и оси качания камер в заданном положении, поэтому основным недостатком устройства-прототипа является сложность и трудоемкость выполнения требований технического задания на двигатель по установке указанных осей камеры с заданной точностью смещения (±1 мм). Для выполнения этих требований размеры рамы, траверс и камеры, определяющие расположение вышеупомянутых осей камеры, должны составлять десятые доли миллиметра, что требует применения высокотехнологичных станков и оснастки. Но даже с их применением возможны отступления от заданных технических требований.

Задачей предложенного технического решения является обеспечение высокой точности установки геометрической оси и оси качания камеры на двигателе относительно общей оси двигателя и его привалочной плоскости, повышение надежности крепления траверс к основаниям рамы и исключение проворота резьбовой втулки относительно цапфы.

Поставленная задача достигается тем, что в узле качания между внутренней обоймой подшипника и цапфой установлена дополнительная резьбовая втулка с буртом для упора подшипника, контактирующая с ответной резьбой цапфы, в местах установки болтов в траверсах отверстия выполнены в виде овальных пазов, между основаниями рамы и траверсами установлены регулировочные прокладки из стального листа, между траверсами и головками болтов установлены двойные опорные стальные шайбы увеличенной толщины с отверстиями под болты, между резьбовой втулкой и цапфой установлен штифт.

На фиг. 1 представлены: главный и вид сверху на двигатель, где:

1 - камера;

2 - двигатель;

3 - рама;

«Π» - привалочная плоскость двигателя.

На фиг. 2 приведен вид на отдельный блок камеры, качающейся в одной плоскости, где:

4, 5 - траверсы;

«О» - центр координат Χ, Y, Ζ;

6 - ось качания;

7 - геометрическая ось камеры.

На фиг. 3 показано сечение Α-A по оси качания 6, где:

8 - подшипники;

9, 10 - цапфы;

11 - резьбовая втулка;

12 - стопорная шайба;

13, 14 - фланцы;

15, 16 - блоки гибких трубопроводов;

17 - шпильки;

18 - гайки;

19, 20, 21, 22 - уплотнительные фторопластовые кольца.

На фиг. 4 показано крепление узла качания к раме 3 двигателя 2, где:

23, 24 - болты.

На фиг. 5 приведено изображение траверс 4, 5.

На фиг. 6 представлены виды на крепление траверс 4, 5 к раме 3 при помощи болтов 23, 24, где:

25, 26 - регулировочные прокладки;

27, 28 - площадки;

29, 30 - двойные опорные шайбы;

31 - пломба;

32 - контровочная проволока.

На фиг. 7 изображены траверсы 4, 5, где:

33, 34 - овальные пазы.

На фиг. 8 представлено сечение предлагаемого узла качания камеры, где:

35 - дополнительная резьбовая втулка;

36 - штифт;

37 - бурт;

38 - внутренняя обойма подшипника;

39 - ответная резьба цапфы.

На фиг. 9 изображена дополнительная резьбовая втулка 35, где:

M1, М2 - резьбы;

40 - пазы под ключ.

На фиг. 10 приведены эскизы регулировочных прокладок 25, 26, где:

h - толщина регулировочных прокладок.

На фиг. 11 приведены эскизы двойных опорных шайб 29, 30, где:

D - отверстие для болта.

Узел качания камеры 1 (см. фиг. 8) жидкостного ракетного двигателя 2 содержит закрепленные при помощи болтов 23, 24 на раме 3 траверсы 4, 5 (см. фиг. 6) с установленными в них подшипниками 8, цапфы 9, 10 камеры 1, смонтированные в подшипниках 8, на одной из которых (поз. 9) при помощи резьбовой втулки 11 жестко закреплен и зафиксирован стопорной шайбой 12 подшипник 8, а на другой цапфе (поз. 10) установлен подшипник 8, способный свободно перемещаться вдоль цапфы 10 камеры 1, фланцы 13, 14 блоков гибких трубопроводов 15, 16 (БГТ), поджимающие подшипники 8 в траверсах 4, 5 и закрепленные на шпильках 17 траверс гайками 18, уплотнительные фторопластовые кольца 19-22, герметизирующие полости подшипников 8 от вытекания смазки.

Между внутренней обоймой 38 подшипника 8 и цапфой 9 камеры 1 установлена дополнительная резьбовая втулка 35 с буртом 37 для упора подшипника, контактирующая с ответной резьбой 39 цапфы 9. Дополнительная втулка 35 способна перемещаться по резьбе цапфы 9 камеры 1 вдоль оси качания 6.

В местах установки болтов 23, 24 в траверсах 4, 5 (см. фиг. 6) отверстия выполнены в виде овальных пазов 33, 34 (см. фиг. 7). Между основаниями рамы 3 и траверсами 4, 5 установлены регулировочные прокладки 25, 26, изготовленные из стального листа (см. фиг. 6, 10).

В траверсах 4, 5 (фиг. 6) выполнены площадки 27, 28, в которые между траверсами 4, 5 и головками болтов 23, 24 установлены двойные опорные шайбы 29, 30 увеличенной толщины (до 3 мм). Между резьбовой втулкой 35 и цапфой 9 установлен штифт 36.

Узел качания камеры обеспечивает качание камеры в одной плоскости, так как на четырехкамерном двигателе управление вектором тяги осуществляется двумя парными камерами в плоскостях I-III, II-IV, то к расположению геометрических осей 7 камер 1 предъявляются высокие требования (см. фиг.2): смещение центра «О» координат y, z не должно превышать ±1 мм, а угловое отклонение геометрической оси камеры относительно своего номинального положения с центром поворота «О» не должно превышать 15′. Отклонение геометрических осей камер от заданного положения вызывает усложнения в системе управления и потери суммарного вектора тяги. Для высокоточной установки геометрической оси камеры выставляются в стапеле при отсутствии болтов 23, 24 крепления траверс 4, 5 к раме 3 (см. фиг.6). Затем производится определение смещений центра «О» относительно оси z и центра «O» (см. фиг. 1, 2) относительно привалочной плоскости «П» рамы 3 двигателя 1 (координата x). В зазор между основаниями рамы 3 и траверсами 4, 5 устанавливаются регулировочные прокладки 25, 26 суммарной толщиной, равной смещению центра «О» относительно привалочной плоскости «П» рамы двигателя.

Вращением дополнительной резьбовой втулки 35 (вместе с внутренней обоймой 38 подшипника 8) добиваются возможности установки болтов 23, 24 в овальные пазы 33, 34 траверс 4, 5 и резьбовые отверстия в основаниях рамы 3.

Отклонение центра «О» вдоль оси y компенсируется наличием овальных пазов в траверсах 4, 5 и регулировочных прокладках 25, 26. После установки геометрических осей 7 камер 1 в нулевое положение производится установка двойных опорных шайб 29, 30 и затяжка болтов 23, 24 с их контровкой проволокой 32 и установкой пломб 31 (см. фиг. 6). Фиксация дополнительной резьбовой втулки 35 от проворота относительно цапфы 9 достигается установкой штифта 36 в просверленное в сопрягаемое по резьбе их соединение и поджатием его стопорной шайбой 12.

Так как выполнение овальных пазов 33, 34 несколько уменьшает опорную площадь головок болтов 23, 24 на них в траверсах 4, 5, установка утолщенных двойных опорных шайб 29, 30, в которых выполнены круглые отверстия под болты, восполняет этот недостаток опорной площади под головки болтов и, более того, самоустанавливаясь вместе с болтами, двойные опорные шайбы создают надежный прижим траверс к основаниям рамы.

Таким образом, предложенное техническое решение позволит повысить:

1. Точность установки геометрической оси камеры вдоль оси ее поворота (ось z), вдоль траверс (ось y) и оси поворота камеры относительно привалочной плоскости «П» рамы двигателя (ось x);

2. Надежность крепления траверс к основаниям рамы;

3. Надежность соединения резьбовой втулки с цапфой камеры, исключения их проворота относительно друг друга;

4. Точность расположения суммарного вектора тяги четырехкамерного двигателя.

Кроме того, улучшаются условия управления ракетой.