DE2202718C3

DE2202718C3 - Exhaust nozzle unit for a rocket motor

Info

Publication number: DE2202718C3
Application number: DE19722202718
Authority: DE
Inventors: Brian Burgess; Peter Bryan Halesowen Worcestershire Stokes
Original assignee: IMI Kynoch Ltd
Current assignee: IMI Kynoch Ltd
Priority date: 1971-01-21
Filing date: 1972-01-20
Publication date: 1981-12-10
Also published as: DE2202718B2; FR2122567B1; FR2122567A1; IT946757B; GB1334592A; DE2202718A1

Description

2525th

Die Erfindung bezieht sich auf eine Ausströmdüseneinheit für einen Raketenmotor gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to an exhaust nozzle unit for a rocket motor according to the preamble of Claim 1.

Es ist eine Ausströmdüseneinheit dieser Art bekannt (US-PS 32 75 243), bei der der Sekundärdichtung als Primärdichtung ein Wärmedamm vorgeschaltet ist der die Form einer zwischen den d:ⁿ. Sekundärdichtung aufnehmenden Dichtflächen angeordneten flexiblen J5 Ringdichtung hat, die mit Rcibko"takt an einer der Dichtflächen anliegt und in die andere Dichtfläche eingelagert ist Es ist eine weitere Ausströmdüseneinheit gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bekannt (US-PS 33 90 899), gemäß der der Sekundärdichtung als Primärdichtung eine Dichtmanschette vorgelagert ist. In diesen beiden bekannten Fällen bedeutet die Primärdichtung eine zusätzliche Bewegungserschwernis. Darüber hinaus ist die Primärdichtung unmittelbar den heißen Gasen ausgesetzt und wird dadurch zu einem hochbeanspruchten wenig dauerfesten Teil.An outflow nozzle unit of this type is known (US Pat. No. 3,275,243), in which the secondary seal is preceded as a primary seal by a heat dam which has the shape of a between the d: ⁿ . Secondary seal-receiving sealing surfaces has flexible J5 ring seal, which rests with Rcibko "tact on one of the sealing surfaces and is embedded in the other sealing surface In these two known cases, the primary seal represents an additional obstacle to movement.In addition, the primary seal is directly exposed to the hot gases and thus becomes a highly stressed, low-fatigue part.

Aufgabe der Erfindung ist es, für eine Ausströmdüseneinheit gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1 die Primärdichtung so auszubilden, daß sie störungs- und wartungsfrei istThe object of the invention is, for an exhaust nozzle unit according to the preamble of claim 1, the To train the primary seal so that they fail and is maintenance-free

Diese Aufgabe ist durch die gekennzeichneten Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst Im Falle der Erfindung sind Primärdichtung und Sekundärdichtung zwischen voneinander unabhängigen sphärischen Dichtflächen vorgesehen. Dies bedingt eine Art Schikanewirkung auf die anströmenden heißen Gase, durch die in besserer Weise die Sekundärdichtung vor dem Wärmeeinfluß geschützt werden kann. Durch die Primärdichtung wird ein Luftpolster geschaffen, das den Schutz der Sekundärdichtung übernimmt. Eine solche Primärdichtung ist nicht nur störungsfrei, sondern auch widerstandsfrei. Dies bedeutet außerdem, daß keine Bewegungserschwernis erfolgt und darüber hinaus die Winkelbeweglichkeit erhöht wird.This object is achieved by the characterized features of claim 1 in the case of Invention are primary seal and secondary seal between independent spherical Sealing surfaces provided. This causes a kind of baffling effect on the incoming hot gases, by which the secondary seal can be protected from the influence of heat in a better way. Through the Primary seal creates an air cushion that protects the secondary seal. Such The primary seal is not only trouble-free, it is also free of resistance. This also means that none Movement is difficult and, in addition, the angular mobility is increased.

Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus dem Unteranspruch 2.Further developments of the invention emerge from dependent claim 2.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an einem typischen Beispiel näherThe invention is explained in more detail below with reference to schematic drawings using a typical example

In Fig,2 bezeichnet das Bezugszeichen 5 das Ausströmrohr eines Festkörpertreibstoff-Raketenmotors; das Rohr 5 bildet einen ersten Leitungsabschnitt einer Ausströmdüseneinheit und ist auf der Innenoberfläche bei β mit »Durestos« ausgekleidet Dies ist ein Phenolharz, welches mit Asbestfasern gefüllt ist Wie man aus der Zeichnung ersieht, ist das linke Ende des ersten Leitungsabschnitts 5 bei 7 radial nach außen aufgeweitet und wird mit Hilfe herkömmlicher Einrichtungen an einem Raketenmotorkörper befestigtIn Fig. 2, the reference numeral 5 denotes the Solid-state propellant rocket motor exhaust tube; the pipe 5 forms a first line section an outlet nozzle unit and is lined with »Durestos« on the inner surface at β. This is a Phenolic resin filled with asbestos fibers As you can see from the drawing, the left end of the first line section 5 is expanded radially outward at 7 and is attached to a rocket motor body with the aid of conventional devices

Das rechte Ende des Aussströmrohres 5 trägt einen bcützring 8, der eine Betätigungseinheit 9 sowie ein Paar radial einander gegenüberliegender Tragarme 10 eines Anbausystems trägt Jeder Arm 10 trägt ein Lager 11 für die Aufnahme eines entsprechenden Lagerzapfens 12.The right end of the outflow pipe 5 carries a bcützring 8, an actuating unit 9 and a pair each arm 10 carries a bearing 11 for the inclusion of a corresponding bearing journal 12.

Ferner trägt das rechte Ende des Ausströmrohrs 5 axial innen einen einen ersten Leitungsabschnitt bildenden Düsenteü 13, der eine Stahislülze 14 aufweist, deren radial innen liegende Oberflächen mit »Durestos«-Ringen 15 und 16 versehen sind. Die Ringe 15 und 16 stützen einen ringförmigen Molybdänschild oder Molybdänschutz 17.Furthermore, the right end of the outflow pipe 5 carries a first line section axially on the inside forming nozzle part 13, which has a steel sleeve 14, whose radially inner surfaces are provided with "Durestos" rings 15 and 16. The rings 15 and 16 support an annular molybdenum shield or molybdenum protector 17.

Die Lagerzapfen 12 stehen von einen', axial äußeren einen zweiten Leitungsabschnitt bildenden Düsenteil 20 radial nach außen vor, der einen Stahlstützring 21 aufweist, an dessen Innenoberfläche ein Düsenstützring 22 befestigt ist Der axial äußere Düsenteil 20 besitzt ferner »Durestos«-Ringe 23 und 24, die die Stahlteile 21 und 22 thermisch von einem Molybdändrosselring 25 trennen.The journals 12 are from a ', axially outer a second line section forming nozzle part 20 radially outwards, which has a steel support ring 21 has, on the inner surface of which a nozzle support ring 22 is attached. The axially outer nozzle part 20 has also "Durestos" rings 23 and 24, which thermally protect the steel parts 21 and 22 from a molybdenum throttle ring 25 separate.

Der axial innere Düsenteil 13 ist an dem Ausströmrohr 5 befestigt und bildet durch die radial innere Oberfläche des Molybdänschirms 17 die Drossel der Raketendüse. Die Drossel wird vervollständigt durch die radial innere Oberfläche des Molybdändrosselrings 25. Der Rest der Düse wird durch die siumpfkegelförmige Verlängerung des Molybdändrosselrings 25 und die sich unmittelbar axial anschließende Innenoberfläche des »Durestos«-Ringes 24 gebildet. Der Drosselring 25 ist zusammen mit dem Rest des axial äußeren Düsenteils im Winkel einstellbar, um die Raketendüse abweichend einzustellen und den Vektor des Schubs zu verändern, der durch den Durchgang von heißen Ausströmgasen durch das Düseninnere erzeugt wird.The axially inner nozzle part 13 is attached to the outflow pipe 5 and forms through the radially inner Surface of the molybdenum shield 17, the throttle of the rocket nozzle. The throttle is completed by the radially inner surface of the molybdenum throttle ring 25. The remainder of the nozzle is through the siumpfkegelniform extension of the molybdenum throttle ring 25 and the directly axially adjoining inner surface of the "Durestos" ring 24 is formed. The throttle ring 25 is adjustable in angle together with the rest of the axially outer nozzle part, deviating around the rocket nozzle and to change the vector of the thrust caused by the passage of hot exhaust gases is generated by the inside of the nozzle.

Die Winkeleinstellung erfordert Dichtungen zwischen den relativ zueinander bewegbaren Teilen, um Druckverluste in der Düse zu verhindern und thermische und erosive Einwirkungen der aus der Düse zwischen diesen Teilen durchtretenden Gase auf ein Minimum zu beschränken. Daher wird eine Primärdichtung gebildet, indem man dem Molybdänschild 17 eine stumpfkonkave, teilsphärische Oberfläche 29 gibt, die zentrisch zu dem im Schnittpunkt der Längsachse der Leitungsabschnitte 13 und 20 Schwenkpunkt 28 liegt, der sich auf der Längsachse der Düse befindet und um den der axial äußere Düsenteil 20 verstellt wird. In gleicher Weise ist auf dem Drosselring 25 eine komplementäre stumpfkonkave teilsphärische Oberfläche 30 vorgesehen, die ebenfalls zentrisch zum Schwenkpunkt 28 liegt. Die Oberflächen 29 und 30 liegen dicht nebeneinander und bilden berührungsfreie Dichtflächen. Das Ausmaß der Überlappung zwischen den Oberflächen 29 und 30, das in Abhängigkeit von den The angular adjustment requires seals between the parts that can move relative to one another in order to prevent pressure losses in the nozzle and to limit thermal and erosive effects of the gases passing through the nozzle between these parts to a minimum. A primary seal is therefore formed by giving the molybdenum shield 17 a truncated concave, partially spherical surface 29 which is centered on the pivot point 28 at the intersection of the longitudinal axis of the line sections 13 and 20, which is located on the longitudinal axis of the nozzle and around which the axially outer one Nozzle part 20 is adjusted. In the same way, a complementary frustoconcave, partially spherical surface 30 is provided on the throttle ring 25, which is also centric to the pivot point 28. The surfaces 29 and 30 are close to one another and form non-contact sealing surfaces. The amount of overlap between surfaces 29 and 30, which depends on the

verschiedenen Winkelstellungen um das Zentrum entsprechend der relativen Winkellagen der Dösenteile 13 und 20 variiert, liefert eine berührungsfreie Dichtung, die die Menge und die Geschwindigkeit erosiver Gase hohen Drucks und hoher Temperatur vermindert, die in einem Raum 31 zwischen den Teilen 13 und 20 eintreten können.different angular positions around the center according to the relative angular positions of the socket parts 13 and 20 varies, provides a contact-free seal, which reduces the amount and velocity of high pressure and high temperature erosive gases released into a space 31 between the parts 13 and 20 can occur.

Es ist ferner eine Sekundärdichtung vorgesehen, die aus einem elastomeren Streifen 32 besteht, dessen entgegengesetzte Seiten an die einander zugewandten ι ο Oberflächen von innerem und äußerem Düsenteil 13 und 20 angeklebt ist. Somit ist die radial äußere Oberfläche der Stütze 14 um den Schwenkpunkt 28 konvex, während der zugewandte Abschnitt der radial inneren Oberfläche des Stützrings 21 um den Schwenkpunkt 28 konkav ist Die entsprechenden konvexen und konkaven Oberflächen der Teile 14 und 21 bilden zum Schwenkpunkt teilsphärische Dichtflächen. Der elastomere Streifen 32 ist zwischen diese Dichtflächen eingeklebt und wird daher bei Winkelverstellung zwischen den Düsenteilen 13 und 20 auf Scheren beansprucht Der elastomere Streifen liefert eine vollständige Abdichtung sowie eine Dichtung, die keinem Reibungswiderstand oder einer Abnutzung von Gleitflächen ausgesetzt wird. Der einzige Widerstand, der der Relativbewegung geboten wird, ist der Widerstand des Elastomeren, wobei der einzige Energieverlust in der Dichtung die interne Hysterese des Elastomeres istThere is also a secondary seal is provided, which consists of an elastomeric strip 32, the opposite sides of the facing ι ο surfaces of the inner and outer nozzle part 13 and 20 is glued on. Thus, the radially outer surface of the support 14 is about the pivot point 28 convex, while the facing portion of the radially inner surface of the support ring 21 around the pivot point 28 is concave. The corresponding convex and concave surfaces of parts 14 and 21 form the Pivot point partially spherical sealing surfaces. The elastomeric strip 32 is between these sealing surfaces glued in and is therefore on scissors when the angle between the nozzle parts 13 and 20 is adjusted stressed The elastomeric strip provides a complete seal as well as a seal that is not exposed to frictional resistance or wear of sliding surfaces. The only resistance the relative movement offered is the resistance of the elastomer, the only one Energy loss in the seal is the internal hysteresis of the elastomer

Die Primärdichtung liefert einen gewissen Schutz für jo die Sekundärdichtung vor Ausströmgasen. Obwohl erosive Gase hoher Temperatur in den Raum 31 eintreten, gewährleistet die erhebliche Dicke des Streifens 32, daß extreme Bedingungen über eine erhebliche Zeitspanne eintreten müßten, um die durch den Streifen 32 gelieferte Dichtung zu überwinden.The primary seal provides some protection for jo the secondary seal against exhaust gases. Although high temperature erosive gases enter room 31 occur, the substantial thickness of the strip 32 ensures that extreme conditions over a It would take a substantial amount of time to overcome the seal provided by strip 32.

Bei Gebrauch wird der axial äußere Düsenteil 20 gegenüber dem inneren Düsenteil 13 und dem Ausströmrohr 5 im Winkel verstellt um den erwünschten Schubvektor zu erhalten. Winkelverstellung des Schubvektors von wenigstens 20° ist möglich. Das Einstellen enolgt durch die Betätigungseinheit 9 über ein Gestänge 35; ein Joch 36 kann einen Zapfen 37 versetzen, der mittig zwischen den Lagerzapfen 12 von dem Stützring 21 hochsteht Hierdurch wird der »5 Düsenteil 20 um die Zapfenlager 11 geschwenkt. Das Joch 36 kann in einfacher Weise modifiziert werden, um den Zapfen 37 in Richtung auf die Einheit 9 zu ziehen, um ein Verschwenken im Gegensinn zu erreichen. Die zwischen den Dichtflächen 29 und 30 gebildete berührungsfreie Dichtung liefert zwischen diesen Oberflächen eine ausreichende Überlappung, um selbst bei 4er maximal möglichen Verstellung eine Abdichtung herbeizuführen, Zusätzlich verformt sich der elastomere Block 32 durch Scherspannungen, wobei er eine vollständige Dichtung zwischen den Teilen 13 und 30 aufrechterhältIn use, the axially outer nozzle part 20 is opposite to the inner nozzle part 13 and the The angle of the outlet pipe 5 is adjusted to obtain the desired thrust vector. Angle adjustment of the A thrust vector of at least 20 ° is possible. The setting is carried out by the actuation unit 9 via a linkage 35; a yoke 36 can offset a pin 37 which is centered between the bearing pin 12 of the support ring 21 stands up. As a result, the nozzle part 20 is pivoted about the journal bearing 11. That Yoke 36 can be modified in a simple manner in order to pull the pin 37 towards the unit 9, to achieve a pivoting in the opposite direction. The one formed between the sealing surfaces 29 and 30 Non-contact seal provides sufficient overlap between these surfaces to self to create a seal with the maximum possible adjustment of 4, in addition, the elastomer is deformed Block 32 by shear stress, creating a complete seal between parts 13 and 30 maintains

Gemäß Zeichnung und Beschreibung ist der Stützring 21 durch die Lagerzapfen 12 in feststehenden Armen 10 gehalten. Hierdurch ist eine Winkelverstellung in einer Ebene allein möglich. Es kann vorteilhaft sein, die Arme 10 durch einen Kardanring zu ersetzen, der auf einer geeigneten Einrichtung in einer zu der Ebene der Lagerzapfen 12 rechtwinkligen Ebene sitzt Mit Hilfe einer zweiten Betätigungseinheit kann hierdurch eine Winkelverstellung in einer zu der ersten Ebene rechtwinkligen Ebene und durch Kombination zwischen diesen beiden Ebenen in jedem Winkel vorgenommen werden. Im Bedarfsfall können das Kardansystem oder die Arme 10 durch vier Betätigungseinheiten ersetzt werden, die im 90°-Abstand rund um den Umfang der Düse angeordnet sind und in komplementären, diametral gegenüberliegenden Paaren betätigt werden, um Einstellung in aüe Richtungen zu errr "glichen, und dabei Axialverschiebung zwischen den Teilen 13 und 20 zu verhindern.According to the drawing and description, the support ring 21 is in fixed arms 10 through the bearing journals 12 held. This allows an angle adjustment in one plane alone. It can be beneficial to use your arms 10 to be replaced by a gimbal ring, which is mounted on a suitable device in a to the plane of the Bearing pin 12 sits at right angles. With the help of a second actuating unit, a Angular adjustment in a plane perpendicular to the first plane and by a combination between these two planes can be made at every angle. If necessary, the cardan system or the arms 10 can be replaced by four actuating units which are at 90 ° intervals around the circumference of the Nozzle are arranged and actuated in complementary, diametrically opposed pairs to Attitude in all directions to be found, and at the same time To prevent axial displacement between parts 13 and 20.

Bei einer Abwandlung des typischen oben beschriebenen Beispiels wird die Erfindung nicht für das Übertragen heißer Gase von Raketenmotoren angewendet sondern bei e.ner flexiblen Leitungsverbindung für das Übertragen von Strömungsmitteln für häuslichen oder industriellen Bedarf. Bei dieser Abwandlung wird der axial innere Düsenteil ein axialer erster LeitungsteU und an eine Zulaufleitung für das Übertragen eines gewünschten Strömungsmittels angeschlossen, das Gas oder eine Flüssigkeit sein kann. Der äußere Düsenteil gemäß Vorbeschreibung wird zu einem zweiten LeitungsteU und wird an ein für die Weiterführung des Strömungsmittels bestimmtes geeignetes Leitungssystem angeschlossen. Die Relativbewegung zwischen dem ersten und dem zweiten Leitungsteil kann für den Ausgleich thermischer Bewegunger! des Leitungssystems oder der Leitungen dienen und zur Lieferung von Flexibilität entweder für diesen Zweck ode. ζ. B. für das Verringern von Wärmeübertragung und/oder Vibrationsübertragung entlang der Leitung. Bei dieser Abwandlung braucht normalerweise keine Betätigungseinheit vorgesehen zu werden, obwohl eine solche selbstverständlich im Bedarfsfall vorliegen kann, um die Relativbewegung zwischen den Leitungsteilen zu bewirken oder diese zu überwachen. Im Bedarfsfall kann ein Kardansystem vorgesehen werden, um Endschub von dem ersten Leitungsteil auf den zweiten Leitungsteil oder umgekehrt zu übertragen.In a modification of the typical example described above, the invention is not applied to the Transferring hot gases from rocket motors but used with a flexible line connection for transferring fluids for domestic or industrial use. With this modification the axially inner nozzle part becomes an axial first conduit part and an inlet conduit for the transfer connected to a desired fluid, which can be gas or liquid. The outer one The nozzle part as described above becomes a second line control unit and is sent to one for continuation of the fluid certain suitable piping system connected. The relative movement between the first and the second line part can compensate for thermal movement! of Line system or lines are used and to provide flexibility either for this purpose or. ζ. B. for reducing heat transfer and / or vibration transmission along the line. With this modification there is usually no need Actuation unit to be provided, although such a unit can of course be present if necessary, to bring about the relative movement between the line parts or to monitor them. If necessary a cardan system can be provided to end thrust from the first line part to the second Transfer line part or vice versa.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

Claims;

1, Ausströmdüsenejnheit für einen Raketenmotor mit einem ersten Leitungsabschnitt und einen in Durchströrorichtung folgenden verschwenkbaren s zweiten Leitungsabschnitt, der mit Hilfe eines Anbausystems um einen im Schnittpunkt der Längsachsen der Leitungsabschnitte liegenden Schwenkpunkt gegenüber dem ersten Leitungsabschnitt bewegbar ist, wobei die einander zugewand- ten Enden der Leitungsabschnitte einander Ober zum Schwenkpunkt zentrische teilsphärische Dichtflächen überlappen, zwischen denen eine Sekundärdichtung angeordnet ist, der auf der Innenseite eine Primärdichtung vorgelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärdichtung von einem radial innerhalb zur Sekundärdichtung (32) befindlichen weiteren Paar teilsphärischer, berührungsfreier Dichtflächen (29,30) beider Leitungsteile (13; 20) gebildet ist1, exhaust nozzle unit for a rocket motor with a first conduit section and an in Flow direction following pivotable s second line section, which with the help of a cultivation system around one at the intersection of the The pivot point located in the longitudinal axes of the line sections can be moved relative to the first line section, the mutually facing th ends of the line sections overlap each other above the pivot point centric partially spherical sealing surfaces, between which a secondary seal is arranged, the one on the inside Primary seal is upstream, characterized in that the primary seal of a further pair of partially spherical, contact-free sealing surfaces (29, 30) of both line parts located radially inside the secondary seal (32) (13; 20) is formed

2. Einheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die radial innerste Dichtfläche (30) auf dem zweiten Leitungsabschnitt (20) vorgesehen ist.2. Unit according to claim 1, characterized in that the radially innermost sealing surface (30) on the second line section (20) is provided.

explained.

Fig. 1 shows an end view of one according to the invention Outlet nozzle entity,

Fig. 2 is a sectional view taken along line 2-2 in