RU173608U1

RU173608U1 - Solid fuel rocket engine housing

Info

Publication number: RU173608U1
Application number: RU2016135873U
Authority: RU
Inventors: Андрей Павлович Рябков
Original assignee: Публичное акционерное общество Научно-производственное объединение "Искра"
Priority date: 2016-09-05
Filing date: 2016-09-05
Publication date: 2017-09-01

Abstract

Полезная модель относится к ракетной технике и может быть использована при создании ракетных двигателей на твердом топливе (РДТТ).Задачей полезной модели является снижение массы корпуса РДТТ.Технический результат заключается в повышении несущей способности жестких фланцев корпуса за счет применения для их сечений конфигурации, обеспечивающей более полную загруженность материала фланцев.Технический результат достигается тем, что в конструкции корпуса РДТТ, содержащем днища из ПКМ с жесткими фланцами, внутри жестких фланцев выполнены полости, разграниченные между собой перегородками.Такое техническое решение позволяет снизить массу корпуса РДТТ, оно может быть особенно полезно при использовании в качестве материала фланцев полимерных композитов.The utility model relates to rocket technology and can be used to create solid propellant rocket engines (RDTT). The objective of the utility model is to reduce the mass of the solid propellant rocket engine. The technical result is to increase the bearing capacity of the rigid flanges of the housing due to the use of a configuration that provides more full load of the flange material. The technical result is achieved by the fact that in the design of the solid propellant housing containing PCM bottoms with rigid flanges, inside the rigid flanges are made cavities delimited by partitions. This technical solution allows to reduce the mass of the solid propellant rocket motor, it can be especially useful when using polymer composites as flanges.

Description

Полезная модель относится к ракетной технике и может быть использована при создании ракетных двигателей на твердом топливе.The utility model relates to rocket technology and can be used to create solid propellant rocket engines.

Из патента РФ №2244146 известен корпус ракетного двигателя на твердом топливе (РДТТ), содержащий днища из полимерного композиционного материала (ПКМ) с жесткими металлическими фланцами в виде колец. Некоторые сечения фланцев имеют технологические отверстия и резьбовые отверстия для крепежа, которые во внимание не принимаются (фигуры 1, 2 в описании патента).From the patent of the Russian Federation No. 224146, a solid rocket engine housing (solid propellant rocket engine) is known, comprising bottoms of a polymer composite material (PCM) with rigid metal flanges in the form of rings. Some sections of the flanges have technological holes and threaded holes for fasteners, which are not taken into account (figures 1, 2 in the patent description).

Данная конструкция принята за прототип.This design is taken as a prototype.

Недостатком данной конструкции является то, что значительная доля материала фланцев, расположенного внутри внешнего контура сечений на удалении от границ, создавая утяжеление конструкции, не задействована в полной мере для обеспечения несущей способности фланцев корпуса, что приводит к его утяжелению.The disadvantage of this design is that a significant proportion of the material of the flanges located inside the outer contour of the sections at a distance from the borders, creating a heavier structure, is not fully involved to ensure the bearing capacity of the flanges of the body, which leads to its weight.

Задачей полезной модели является снижение массы корпуса.The objective of the utility model is to reduce the mass of the hull.

Технический результат заключается в снижении массы корпуса РДТТ за счет применения полой конфигурации жестких фланцев, обеспечивающей более полную загруженность материала фланцев и повышение их несущей способности.The technical result is to reduce the mass of the body of the solid propellant rocket due to the use of a hollow configuration of rigid flanges, providing a more complete load of the material of the flanges and increase their bearing capacity.

Технический результат достигается тем, что в конструкции корпуса РДТТ, содержащего днища из ПКМ с жесткими фланцами, внутри жестких фланцев выполнены полости, разграниченные между собой перегородками. При этом перегородки могут чередоваться с полостями равномерно в окружном относительно оси корпуса направлении, могут быть расположены под углом к радиальной плоскости, контуры сечений фланца могут иметь замкнутую форму.The technical result is achieved by the fact that in the design of the solid propellant rocket motor housing containing PCM bottoms with rigid flanges, cavities delimited by partition walls are made inside the rigid flanges. In this case, the partitions can alternate with the cavities evenly in the direction circumferential with respect to the housing axis, can be located at an angle to the radial plane, the contours of the sections of the flange can have a closed shape.

При работе фланцы нагружены в зоне внутреннего диаметра осевой выталкивающей силой соответственно со стороны соплового блока или передней крышки и распределенным по поверхности пера реактивным давлением со стороны оболочки из ПКМ днища корпуса. Под действием этих двух нагрузок происходит поворот сечений фланцев (кручение линии кольца) на угол порядка одного-двух градусов. Для того чтобы форма сечений фланцев в условиях действия нагрузки существенно не менялась, сечения подкрепляются набором перегородок. Как известно, угол поворота сечения кругового кольца и максимальные напряжения, действующие в окружном направлении, обратно пропорциональны моменту инерции сечения кольца относительно оси, параллельной радиусу кольца (В.Т. Лизин, В.А. Пяткин Проектирование тонкостенных конструкций. - М.: Машиностроение, 1994 г., с. 308). Для увеличения момента инерции сечения фланца его контур можно сделать замкнутым путем введения перекрытий по поверхностям полостей, обращенным внутрь корпуса РДТТ. При этом максимальные значения напряжений имеют место в точках контура сечения кольца, наиболее удаленных от упомянутой выше оси, проходящей через центр тяжести сечения. Из формул для напряжений и угла поворота сечения фланца следует, что для наиболее эффективного использования материала нужно стремиться к увеличению размера фланцев в направлении оси корпуса и размещать материал по возможности ближе к контуру сечения, то есть выполнять фланцы полыми. Для снижения окружных напряжений можно расположить перегородки под углом к продольной радиальной плоскости. Наиболее эффективно равномерное расположение перегородок в окружном относительно оси корпуса направлении, при этом перегородки чередуются с полостями.During operation, the flanges are loaded in the area of the inner diameter with axial buoyancy force, respectively, from the nozzle block or front cover and the reactive pressure distributed over the surface of the pen from the shell side of the PCM of the bottom of the body. Under the influence of these two loads, the sections of the flanges are rotated (torsion of the ring line) by an angle of the order of one or two degrees. In order for the cross-sectional shape of the flanges to not change significantly under load, the cross-sections are supported by a set of partitions. As you know, the angle of rotation of the cross section of a circular ring and the maximum stresses acting in the circumferential direction are inversely proportional to the moment of inertia of the cross section of the ring relative to the axis parallel to the radius of the ring (V.T. Lizin, V.A. Pyatkin Design of thin-walled structures. - M.: Mechanical Engineering , 1994, p. 308). To increase the moment of inertia of the cross section of the flange, its contour can be made closed by introducing overlappings on the surfaces of the cavities facing the solid propellant body. In this case, the maximum stress values take place at the points of the contour of the cross section of the ring, farthest from the axis mentioned above, passing through the center of gravity of the cross section. From the formulas for the stresses and the angle of rotation of the cross section of the flange it follows that for the most efficient use of the material, it is necessary to strive to increase the size of the flanges in the direction of the axis of the housing and to place the material as close as possible to the contour of the section, that is, to make the flanges hollow. To reduce circumferential stresses, partitions can be positioned at an angle to the longitudinal radial plane. The most effective is the uniform arrangement of the partitions in a direction that is circumferential with respect to the axis of the housing, while the partitions alternate with the cavities.

Также важно, что указанное выше увеличение размера фланцев увеличивает плечо усилий взаимодействия фланца и корпуса соплового блока, что ведет к уменьшению этих усилий и облегчает обеспечение совместности деформирования фланца и корпуса сопла, необходимое для достижения требуемой жесткости соединительного узла.It is also important that the aforementioned increase in the size of the flanges increases the shoulder of the forces of interaction between the flange and the nozzle block body, which leads to a decrease in these forces and facilitates the compatibility of the deformation of the flange and the nozzle body necessary to achieve the required rigidity of the connecting unit.

На фиг. 1 схематично показано сечение продольной радиальной плоскостью заднего днища корпуса в зоне соединения с сопловым блоком, где приняты обозначения: 1 - обечайка из ПКМ днища корпуса; 2 - фланец корпуса РДТТ; 3 - корпус соплового блока; 4 - полость внутри фланца; 5 - шпилечное соединение фланца 2 с корпусом соплового блока 3; 6 - перекрытие, вваренное замкнутым сварным швом 7 со стороны поверхности фланца 2, обращенной внутрь корпуса РДТТ. На фиг. 2 показано сечение поперечной радиальной плоскостью (сечение А-А на фиг. 1) фланца 2 с корпусом соплового блока 3, где 8 - перегородка между полостями 4. На фиг. 3 показано сечение В-В (фиг. 2) перегородки 8 со шпилечным соединением 5.In FIG. 1 schematically shows a section along the longitudinal radial plane of the rear bottom of the housing in the zone of connection with the nozzle block, where the designations are accepted: 1 - shell from the PCM of the bottom of the housing; 2 - flange of the housing of the solid propellant rocket motor; 3 - nozzle block body; 4 - cavity inside the flange; 5 - hairpin connection of the flange 2 with the body of the nozzle block 3; 6 - overlap welded by a closed weld seam 7 from the side of the surface of the flange 2, facing the body of the solid propellant rocket motor. In FIG. 2 shows a cross section through a transverse radial plane (section AA in FIG. 1) of a flange 2 with a nozzle block housing 3, where 8 is a partition between cavities 4. In FIG. 3 shows a section BB (FIG. 2) of a partition 8 with a hairpin connection 5.

На фиг. 1 стрелка Т₁ обозначает осевую составляющую, действующую на единицу длины в окружном направлении, равнодействующей сил реактивного давления на перо фланца 2 со стороны обечайки 1 днища корпуса. Стрелка Т₂ обозначает аналогичную силу, действующую на фланец 2 со стороны корпуса соплового блока 3. Под действием момента сил Т₁, Т₂ сечения фланца 2 стремятся повернуться, что приводит к появлению реакций R₁, R₂, действующих со стороны корпуса соплового блока 3. При этом, чем больше плечо между силами R₁ и R₂, тем меньше величина этих сил, что способствует снижению массы соединительного узла в целом.In FIG. 1 arrow T ₁ denotes the axial component acting per unit length in the circumferential direction, the resultant of the reaction pressure forces on the feather of the flange 2 from the side of the shell 1 of the bottom of the body. The arrow T ₂ denotes a similar force acting on the flange 2 from the side of the nozzle block body 3. Under the action of the moment of forces T ₁ , T _{2, the} sections of the flange 2 tend to rotate, which leads to reactions R ₁ , R ₂ acting from the side of the nozzle block body 3. Moreover, the larger the shoulder between the forces R ₁ and R ₂ , the smaller the magnitude of these forces, which helps to reduce the mass of the connecting node as a whole.

Перегородки 8 на фиг. 2 могут быть использованы для резьбовых соединений соплового блока 3 с фланцем 2 корпуса РДТТ (сечение В-В на фиг. 3).Partitions 8 in FIG. 2 can be used for threaded connections of the nozzle block 3 with the flange 2 of the solid propellant housing (section BB in FIG. 3).

При повороте сечения фланца 2 под действием момента сил Т₁, Т₂ в нем возникают окружные напряжения. В точках сечения, которые в результате поворота переходят на больший радиус, отсчитываемый от оси РДТТ, имеют место растягивающие окружные напряжения. В точках сечения, переходящих на меньший радиус, окружные напряжения сжимающие. При необходимости снизить окружные напряжения и угол поворота фланца 2 можно: во-первых, придать плоскости перегородок 8 окружную составляющую, то есть расположить перегородки 8 под углом к продольной радиальной плоскости, и, во-вторых, сделать контуры сечений фланца 2 замкнутыми путем введения перекрытий 6. Необходимые толщины перегородок 8 и перекрытий 6, углы наклона перегородок 8 к радиальным плоскостям должны выбираться на основе расчета напряженно-деформированного состояния фланца 2 совместно с корпусом соплового блока 3.When you rotate the cross section of the flange 2 under the action of the moment of forces T ₁ , T ₂ there are circumferential stresses in it. At the points of the cross section, which, as a result of rotation, pass to a larger radius, measured from the axis of the solid propellant rocket, tensile circumferential stresses take place. At the points of the section, passing to a smaller radius, the compressive stresses are circumferential. If necessary, to reduce the peripheral stresses and the angle of rotation of the flange 2, you can: firstly, give the plane of the partitions 8 a circumferential component, that is, place the partitions 8 at an angle to the longitudinal radial plane, and, secondly, make the contours of the sections of the flange 2 closed by introducing overlaps 6. The required thicknesses of the partitions 8 and floors 6, the angles of inclination of the partitions 8 to the radial planes should be selected based on the calculation of the stress-strain state of the flange 2 together with the body of the nozzle block 3.

Фланец описанной выше конструкции может быть изготовлен следующим образом. Внешний контур фланца 2 выполняется с помощью токарной обработки, внутренние полости 4 и перегородки 8 получаются фрезерованием со стороны поверхности фланца, обращенной внутрь корпуса РДТТ. Перекрытия 6 изготовляются отдельно из листовых заготовок и ввариваются замкнутым сварным швом 7 в окна, образованные контурами полостей 4.The flange of the construction described above can be made as follows. The outer contour of the flange 2 is performed by turning, the internal cavities 4 and partitions 8 are obtained by milling from the side of the flange surface, facing the inside of the solid propellant rocket motor. The overlap 6 is made separately from sheet blanks and welded with a closed weld seam 7 into the windows formed by the contours of the cavities 4.

Таким образом, предложенная конструкция жестких фланцев позволяет снизить массу корпуса РДТТ.Thus, the proposed design of rigid flanges can reduce the mass of the solid propellant rocket motor.

Claims

1. The housing of a solid propellant rocket engine containing bottoms of a polymer composite material with rigid flanges, characterized in that cavities delimited by partitions are made inside the rigid flanges.

2. The housing of a solid propellant rocket engine according to claim 1, characterized in that the partitions alternate with the cavities uniformly in a direction circumferential with respect to the axis of the housing.

3. The housing of a solid propellant rocket engine according to paragraph 1, characterized in that the partitions between the cavities are located at an angle to the radial longitudinal plane.

4. The housing of a solid propellant rocket engine according to paragraph 1, characterized in that the contours of the sections of the flange are closed.