×
10.08.2015
216.013.6c0e

Результат интеллектуальной деятельности: УЗЕЛ КАЧАНИЯ КАМЕРЫ ЖРД

Вид РИД

Изобретение

№ охранного документа
0002559220
Дата охранного документа
10.08.2015
Аннотация: Изобретение относится к области ракетостроения, в частности к узлам качания камер ЖРД, может быть использовано в космической технике и авиации. Узел качания камеры, расположенный между камерой и газоводом, включающий герметизирующее устройство, сферический неподвижный корпус, подвижный стакан, неподвижный и подвижный экраны, образующие центральный продольный канал, рамочный кардан, имеющий возможность качаться с камерой и герметизирующим устройством в 2-х взаимно перпендикулярных плоскостях относительно общего центра и газовода, согласно изобретению, герметизирующее устройство конструктивно совмещено с силовыми элементами и содержит силовой опорный вкладыш, жестко закрепленный на стакане и имеющий шаровую поверхность, эквидистантную сферической поверхности корпуса, покрытую материалом с низким коэффициентом трения и высоким уплотняющим свойством, например «Афталом». Кроме того, рамочный кардан имеет регулировочные прокладки, устанавливаемые между вилками кардана и сферическим корпусом для регулирования распределения осевого усилия на шаровом вкладыше и кардане. Неподвижный экран с входным наконечником газовода выполнен в виде конфузора, с минимальным диаметром на 25-30% меньше входного диаметра, с последующим переходом в диффузор, а подвижный экран выполнен в виде диффузора с каналами регенеративного охлаждения. Изобретение обеспечивает упрощение конструкции, ее компактности, снижение массы и габаритов. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области ракетостроения, в частности к узлам качания камер ЖРД, может быть использовано в космической технике и авиации.

Узел качания камеры является составной частью двигателя, имеет сильфонные компенсаторы для герметизации полостей подвижных частей магистрали и рамочное или шаровое карданное устройство, позволяющее обеспечить поворот двигателя или камеры в 2-х взаимно перпендикулярных плоскостях при управлении вектором тяги и передать это усилие на корпус ракеты - носителя (РН).

По сведениям открытой печати, это решение применяется на значительном количестве двигателей.

Такие же устройства обнаружены при патентном исследовании - патент ФРГ №1153657 кл. 72D 19/01, патенты России №2444652 С2, МПК F16С 11/06, №2161263 С2, F02K 9/66.

Недостатком этих устройств является использование в магистралях большого диаметра (газовод, входные магистрали и т.д.) громоздких и дорогих уплотнительных средств, в частности сильфонных компенсаторов, которые увеличивают как поперечные, так и осевые размеры двигателя, особенно для двигателей больших тяг.

Попытка установки шарового карданного устройства на головке камеры внутри сильфона газового тракта сокращает количество применяемых сильфонов в двигателе, в том числе во входных магистралях. Однако это не решает проблемы уменьшения габаритов и массы, особенно двигателей больших тяг.

Из патента США №330288 известно, что поворотное сопло ракетного двигателя, принимаемого за аналог, соединено с остальной частью камеры подвижно с возможностью поворота сопла в 2-х взаимно перпендикулярных плоскостях с помощью рамочного кардана и уплотнено с помощью упругого элемента. Это решение может быть применено только для двигателей небольших тяг, с небольшой температурой и давлением продуктов сгорания. Для двигателей больших тяг применение этого решения является сложной конструктивной задачей, требующей проведения значительного объема проектно-конструкторских, исследовательских и экспериментальных работ.

Из патента №2160376 С2 МПК F02K 9/66 (России) известный узел качания камеры для магистрали с дожиганием генераторного газа (газовода) принят за прототип. Прототип содержит камеру, газовод, расположенное между ними герметизирующее уплотнительное устройство, имеющее сферический неподвижный корпус, подвижный стакан камеры с гнездом, в котором устанавливается уплотнительный элемент, выполненный из материала с низким коэффициентом трения, например фторопласта, и поджатый к корпусу, например, пружиной, подвижные и неподвижные экраны, образующие центральный продольный канал, рамочный кардан, обеспечивающий возможность поворота камеры в 2-х взаимно перпендикулярных плоскостях относительно общего центра.

В узле качания силовая часть выполнена в виде рамочного кардана, а герметизация полостей при качании обеспечивается сильфонами или уплотнительными кольцами, поджимаемыми к сферической поверхности пружинами (прототип). Из анализа известной конструкций следует:

1. Увеличенная масса узла вызвана значительной толщиной несиловых стенок узла уплотнения при использовании в его полостях высокого давления и больших размеров уплотнительных элементов.

2. Использование силового рамочного кардана в силовой схеме двигателя, как менее жесткого элемента, в сочетании со сферическим уплотнительным узлом дополнительно увеличит габариты и массу.

3. Использование в прототипе типовых уплотнительных элементов (фторопластовые кольца гильзы, пружины и др.) при больших габаритах и малых сечениях усложняет технологию и повышает трудоемкость их изготовления.

4. Малые зазоры в уплотнительном соединении, предусмотренные нормативно-технической документацией, гарантируют герметичность соединения. Применение в конструкции узла уплотнительных элементов больших размеров сверх предусмотренных этой документацией из-за больших погрешностей изготовления приведет либо к увеличению этих зазоров и, следовательно, к разгерметизации полостей, либо к уменьшению их, что, в лучшем случае, приведет к несанкционированному трению.

5. Применение уплотнительных элементов в магистрали газогенераторного газа с избытком окислителя способствует возгоранию конструкции. В прототипе нет конструктивных мероприятий, препятствующих этому.

Следует отметить, что указанные недостатки усложняют создание двигателей больших тяг.

Задачей предлагаемого изобретения является создание недорогого, компактного узла качания камеры для двигателей больших тяг, с малой массой, небольшими габаритами, высоким уровнем герметичности, износостойкости и небольшим сопротивлением качанию, исключающего возможность возгорания конструкции.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в следующем. В известном узле качания камеры, расположенный между камерой и газоводом, включающий герметизирующее устройство, сферический неподвижный корпус, подвижный стакан, неподвижный и подвижный экраны, образующие центральный продольный канал, рамочный кардан, имеющий возможность качаться с камерой и герметизирующим устройством в 2-х взаимно перпендикулярных плоскостях относительно общего центра и газовода, согласно изобретению, герметизирующее устройство конструктивно совмещено с силовыми элементами и содержит силовой опорный вкладыш, жестко закрепленный на стакане и имеющий шаровую поверхность, эквидистантную сферической поверхности корпуса, покрытую материалом с низким коэффициентом трения и высоким уплотняющим свойством, например «Афталом». Кроме того, рамочный кардан имеет регулировочные прокладки, устанавливаемые между вилками кардана и сферическим корпусом для регулирования распределения осевого усилия на шаровом вкладыше и кардане. Неподвижный экран с входным участком газовода выполнен в виде конфузора, с минимальным диаметром на 25÷30% меньше входного диаметра и последующим переходом в диффузор, а подвижный экран выполнен в виде диффузора с каналами регенеративного охлаждения. Полный угол диффузоров составит 7,5÷8,5°.

Сущность предлагаемого изобретения иллюстрируется общим видом узла качания камеры ЖРД (фиг. 1 и 2), где:

1 - сферическая подвеска;

2 - кардан;

3 - входной участок газовода;

4 - неподвижный экран;

5 - подвижный экран;

6 - камера;

7 - опорный вкладыш;

8 - сферический корпус;

9 - регулировочные прокладки;

10 - стакан;

11 - конические уплотнительные прокладки;

12, 13 - каналы охлаждения;

14 - канал регенеративного охлаждения;

15 - дренажный вкладыш;

16 - манжета;

17 - пружина.

Сферический узел качания камеры состоит из сферической подвески 1 и кардана 2. Проточная часть подвески состоит из полости входного участка газовода 3, центрального канала неподвижного экрана 4, подвижного экрана 5 и полости камеры 6. Конфигурация центрального канала выполнена в виде конфузора с диффузором для неподвижного экрана и диффузора для подвижного экрана. Причем минимальное сечение конфузора должно быть на 25-30% меньше входного диаметра, а полный угол диффузоров составляет 7,5÷8,5°. Уменьшение диаметра канала конфузора более чем на 30% приведет к недопустимым гидравлическим потерям, а уменьшение менее 25% - к увеличению габаритов и массы узла. Уменьшение или увеличение полного узла диффузоров, сверх указанного диапазона, также увеличивает гидравлические потери. Это определяет минимальную поперечную зону установки и прокачки опорного вкладыша 7. Опорный вкладыш 7 имеет шаровую поверхность, покрытую «Афталом» с низким коэффициентом трения и высоким допустимым удельным давлением, поджат карданом к сферическому корпусу 8 с помощью регулировочных прокладок 9 и жестко закреплен на стакане 10.

На стакане 10 имеются цапфы для установки кардана 1. Сферический корпус 8 и стакан 10 соединены соответственно с входным участком газовода 3 и камерой 6 с помощью разъемных соединений и уплотненных металлическими кольцами 11 конической формы. Эти кольца 11 охлаждаются жидким компонентом - горючим, протекающим по каналам 12, 13 и 14 экранов.

Для организации отвода утечек на стакане 10 установлен дренажный вкладыш 15. В нем и опорном вкладыше 7 установлены стандартные уплотнения - манжеты 16, состоящие из фторопластовой манжеты и резинового кольца - эластомера. Поджатие дренажного вкладыша 15 к сферической поверхности корпуса 8 обеспечивается прорезной пружиной 17.

Кардан 2 устанавливается на цапфы стакана 10 и крепится к сферическому корпусу 8 с помощью регулировочных прокладок 9, обеспечивая совмещение центра сферы корпуса 8 с центром качания кардана.

Узел качания камеры двигателя работает следующим образом. Газ через входной участок газовода 3 по центральному каналу подвески 1 поступает в камеру 6, где создается усилие тяги, которое передается на сферический корпус. Это усилие в сочетании с обратным усилием от давления в полости опорного вкладыша 7 создает результирующее осевое усилие по контактной линии шаровой и сферической поверхностей опорного вкладыша 7 и сферического корпуса 8. Одновременно на эти поверхности воздействует разгрузочное усилие от упругости кардана 2, возникающее при регулировании усилия поджатия с помощью регулировочных прокладок 9. Эти усилия в шаровой опоре 7 и кардане 2 определяют момент трения узла качания. Для получения минимальной массы кардана при допустимом моменте трения усилие в кардане составляет ~13% от усилия на шаровой опоре.

Поворот камеры 6 совместно со стаканом 10, опорным и дренажным вкладышами 7, 15 и карданом 2 обеспечивается вокруг общего центра, лежащего на продолжении оси камеры, в 2-х взаимно перпендикулярных плоскостях двумя рулевыми приводами. При этом опорный и дренажный вкладыши 7 и 15 перемещаются по сферической поверхности без потери герметичности.

Техническими результатами внедрения предлагаемого изобретения являются:

1. Исключение типовых уплотнительных элементов (фторопластовые кольца, гильзы, пружины и др.), а также замена деталей с большими габаритами и значительной толщиной стенки на силовые за счет совмещения силовых элементов с уплотнительными приводят к упрощению конструкции, ее компактности, снижению массы, габаритов и трудоемкости изготовления.

2. В подвижных уплотняемых соединениях повышение уровня герметичности обеспечивается за счет использования повышенного контактного давления, а износостойкости (ресурса) - за счет применения покрытия «Афтал». При этом в целях исключения зазоров и неравномерного прилегания контактная поверхность «Афтала» притирается к сферической поверхности корпуса на стадии изготовления. Это, а также толщина покрытия 1÷1,5 мм исключают несанкционированное трение в соединении при больших нагрузках и размерах узла. Герметичность узла, покрытого «Афталом», подтверждена экспериментальными работами на полномасштабной модели двигателя 14Д12, а износостойкость (ресурс) - наземными и летными испытаниями двигателя 11Д122.

Уменьшение габаритов узла на 28% и размещение в этой зоне опорного вкладыша определяется конфигурацией проточной части, выполненной в виде конфузора и диффузоров, при низких гидравлических потерях, допустимых в ЖРД.

3. Снижение трудоемкости наиболее эффективно при наземной отработке узла, так как заданные параметры - степень герметичности, износостойкости и момента сопротивления качанию - могут быть получены на изготовленном узле за счет перераспределения усилий на кардане и опорном вкладыше с помощью регулировочных прокладок. Это снизит количество матчасти для отработки и затраты на ее изготовление.

4. Уменьшить моменты сопротивления качанию, несмотря на большие осевые нагрузки и размеры узла, в предполагаемой конструкции возможно за счет разгрузки опорного вкладыша при работе на величину незадействованного усилия кардана, используемого при выключении двигателя.

5. Исключение возгорания узла в предлагаемом изобретении обеспечивается следующими конструктивными мероприятиями:

- применение термостойких конструктивных материалов и покрытия, например «Афтала», толщиной 1-1,5 мм, исключающей несанкционированное трение;

- применение регенеративного охлаждения полости уплотнения и использование барьерной завесы охладителем, разделяющей проточную высокотемпературную полость от полости установки уплотнения;

- впрыск холодного охладителя в полость установки уплотнений;

- снижение контактного давления на опорном вкладыше за счет осевых сил давления и упругости кардана;

- уменьшение скоростей скольжения;

- использование узла в магистрали газогенераторного газа с избытком горючего («сладкие» схемы двигателей).

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет не только создать узел с улучшенными характеристиками, но и получить его с новым качеством - возможностью изменять величину осевого усилия и перераспределять его между карданом и опорным вкладышем и, следовательно, получить заданные характеристики на изготовленном узле. Это позволяет провести отработку и доводку на малом количестве используемой матчасти и готовых узлов, что снизит трудоемкость и затраты.


УЗЕЛ КАЧАНИЯ КАМЕРЫ ЖРД
УЗЕЛ КАЧАНИЯ КАМЕРЫ ЖРД
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 84.
20.01.2013
№216.012.1d2c

Жидкостный ракетный двигатель и способ охлаждения теплонапряженных участков его камеры

Изобретение относится к жидкостным ракетным двигателям (ЖРД), преимущественно кислородно-керосиновым. Жидкостный ракетный двигатель содержит как минимум одну регенеративно охлаждаемую камеру, устройство для подачи рабочего тела на турбину турбонасосного агрегата, турбонасосный агрегат, агрегаты...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002472962
Дата охранного документа: 20.01.2013
27.02.2013
№216.012.2b99

Энергоустановка

Энергетическая установка содержит паровую машину с системой подачи компонентов топлива, кинематически связанную с электрогенератором. Паровая машина выполнена в виде высокотемпературного парогазогенератора, например кислородно-водородного. На выходе паровой машины установлен турбонасосный...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476688
Дата охранного документа: 27.02.2013
10.04.2013
№216.012.32c0

Донная защита хвостового отсека ракеты-носителя

Изобретение относится к ракетно-космической технике и может быть использовано в конструкциях хвостовых отсеков блоков ракет-носителей для их защиты от газодинамического воздействия работающего двигателя. Донная защита хвостового отсека блока ракеты-носителя содержит четыре подвижных сферических...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002478535
Дата охранного документа: 10.04.2013
10.06.2013
№216.012.4910

Жидкостный ракетный двигатель

Изобретение относится к жидкостным ракетным двигателям (ЖРД) и может быть использовано в других областях техники. В жидкостном ракетном двигателе, содержащем камеру сгорания, турбонасосный агрегат, узел уплотнения, соединенный с дренажным трубопроводом, баллон со сжатым газом, согласно...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002484284
Дата охранного документа: 10.06.2013
20.06.2013
№216.012.4d30

Силовой блок двигательной установки ракеты-носителя

Изобретение относится к ракетной технике и может быть использовано преимущественно в силовых блоках ракет-носителей (РН) для управления вектором тяги. Силовой блок РН с управляемым вектором тяги содержит хвостовой отсек для установки маршевого жидкостного ракетного двигателя (ЖРД) и силовое...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002485342
Дата охранного документа: 20.06.2013
27.06.2013
№216.012.5142

Шаровой клапан

Изобретение относится к арматуростроению, а именно к шаровым клапанам с дистанционным управлением, и предназначено для использования, например, в ракетной технике для пуска и отсечки компонентов в агрегаты двигателя. Шаровой клапан содержит корпус с переходниками входа, выхода и дренажа,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002486395
Дата охранного документа: 27.06.2013
10.08.2013
№216.012.5dc5

Клапан

Изобретение относится к арматуростроению, а именно к клапанам с пневматическим управлением, и предназначено для пуска и отсечки рабочего тела. Клапан содержит корпус с входным и выходным патрубками, элемент с втулкой на ребрах и седлом, установленный в корпус, подпружиненный затвор с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002489626
Дата охранного документа: 10.08.2013
20.08.2013
№216.012.612c

Жидкостный ракетный двигатель с дожиганием генераторного газа

Изобретение относится к ракетной технике. В жидкостном ракетном двигателе, содержащем неподвижные опорную раму, газогенератор, работающий с избытком одного из компонентов, и турбонасосный агрегат с корпусом турбины и насосами, и с возможностью качания камеры сгорания с цапфами в районе...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002490508
Дата охранного документа: 20.08.2013
20.09.2013
№216.012.6cf1

Измерительное устройство

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в производстве арматуры питания газогидравлических машин для изготовления компенсирующих втулок. Заявленное измерительное устройство содержит штангу со шкалой на одном ее конце, установленную на другом конце штанги...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002493540
Дата охранного документа: 20.09.2013
10.10.2013
№216.012.73a7

Устройство для слива топливного компонента из бака изделия

Изобретение может быть использовано в конструкциях хвостовых блоков для слива топливного компонента из бака изделия через вентиль слива, расположенный на донной тепловой защите двигателя. Устройство для слива топливного компонента из бака изделия содержит трубопровод, вентиль слива, проходник,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002495264
Дата охранного документа: 10.10.2013
Показаны записи 1-10 из 84.
20.01.2013
№216.012.1d2c

Жидкостный ракетный двигатель и способ охлаждения теплонапряженных участков его камеры

Изобретение относится к жидкостным ракетным двигателям (ЖРД), преимущественно кислородно-керосиновым. Жидкостный ракетный двигатель содержит как минимум одну регенеративно охлаждаемую камеру, устройство для подачи рабочего тела на турбину турбонасосного агрегата, турбонасосный агрегат, агрегаты...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002472962
Дата охранного документа: 20.01.2013
27.02.2013
№216.012.2b99

Энергоустановка

Энергетическая установка содержит паровую машину с системой подачи компонентов топлива, кинематически связанную с электрогенератором. Паровая машина выполнена в виде высокотемпературного парогазогенератора, например кислородно-водородного. На выходе паровой машины установлен турбонасосный...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476688
Дата охранного документа: 27.02.2013
10.04.2013
№216.012.32c0

Донная защита хвостового отсека ракеты-носителя

Изобретение относится к ракетно-космической технике и может быть использовано в конструкциях хвостовых отсеков блоков ракет-носителей для их защиты от газодинамического воздействия работающего двигателя. Донная защита хвостового отсека блока ракеты-носителя содержит четыре подвижных сферических...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002478535
Дата охранного документа: 10.04.2013
10.06.2013
№216.012.4910

Жидкостный ракетный двигатель

Изобретение относится к жидкостным ракетным двигателям (ЖРД) и может быть использовано в других областях техники. В жидкостном ракетном двигателе, содержащем камеру сгорания, турбонасосный агрегат, узел уплотнения, соединенный с дренажным трубопроводом, баллон со сжатым газом, согласно...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002484284
Дата охранного документа: 10.06.2013
20.06.2013
№216.012.4d30

Силовой блок двигательной установки ракеты-носителя

Изобретение относится к ракетной технике и может быть использовано преимущественно в силовых блоках ракет-носителей (РН) для управления вектором тяги. Силовой блок РН с управляемым вектором тяги содержит хвостовой отсек для установки маршевого жидкостного ракетного двигателя (ЖРД) и силовое...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002485342
Дата охранного документа: 20.06.2013
27.06.2013
№216.012.5142

Шаровой клапан

Изобретение относится к арматуростроению, а именно к шаровым клапанам с дистанционным управлением, и предназначено для использования, например, в ракетной технике для пуска и отсечки компонентов в агрегаты двигателя. Шаровой клапан содержит корпус с переходниками входа, выхода и дренажа,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002486395
Дата охранного документа: 27.06.2013
10.08.2013
№216.012.5dc5

Клапан

Изобретение относится к арматуростроению, а именно к клапанам с пневматическим управлением, и предназначено для пуска и отсечки рабочего тела. Клапан содержит корпус с входным и выходным патрубками, элемент с втулкой на ребрах и седлом, установленный в корпус, подпружиненный затвор с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002489626
Дата охранного документа: 10.08.2013
20.08.2013
№216.012.612c

Жидкостный ракетный двигатель с дожиганием генераторного газа

Изобретение относится к ракетной технике. В жидкостном ракетном двигателе, содержащем неподвижные опорную раму, газогенератор, работающий с избытком одного из компонентов, и турбонасосный агрегат с корпусом турбины и насосами, и с возможностью качания камеры сгорания с цапфами в районе...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002490508
Дата охранного документа: 20.08.2013
20.09.2013
№216.012.6cf1

Измерительное устройство

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в производстве арматуры питания газогидравлических машин для изготовления компенсирующих втулок. Заявленное измерительное устройство содержит штангу со шкалой на одном ее конце, установленную на другом конце штанги...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002493540
Дата охранного документа: 20.09.2013
10.10.2013
№216.012.73a7

Устройство для слива топливного компонента из бака изделия

Изобретение может быть использовано в конструкциях хвостовых блоков для слива топливного компонента из бака изделия через вентиль слива, расположенный на донной тепловой защите двигателя. Устройство для слива топливного компонента из бака изделия содержит трубопровод, вентиль слива, проходник,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002495264
Дата охранного документа: 10.10.2013
+ добавить свой РИД