RU2078975C1

RU2078975C1 - Drive of two-position nozzle of jet engine

Info

Publication number: RU2078975C1
Application number: RU94008738A
Authority: RU
Inventors: А.А. Авдиенко
Original assignee: Акционерное общество "Саратовский авиационный завод"
Priority date: 1994-03-14
Filing date: 1994-03-14
Publication date: 1997-05-10

Abstract

FIELD: rocketry. SUBSTANCE: drive has housing 1 where pneumatic control devices are arranged for automatically locking and unlocking movable hollow rod 7 provided with control member 9. Motion of rod 7 is effected due to aerodynamic resistance acting on control member 9 when pressure in combustion chamber increases (reheat power) and due to elastic force of spring 13 when pressure in combustion chamber decreases (cruising regime). EFFECT: enhanced efficiency. 2 dwg

Description

Изобретение относится к области ракетной техники, в частности к приводам сопловых блоков ракетных двигателей с изменяемым критическим сечением. The invention relates to the field of rocket technology, in particular to drives of nozzle blocks of rocket engines with a variable critical section.

Известна конструкция двухпозиционного соплового блока ракетного двигателя, который состоит из стационарного сопла, подвижного соплового вкладыша, расположенного в предсопловом объеме камеры сгорания, и механизма его привода. Такие сопловые блоки используются в ракетных двигателях, оснащенных твердотопливными генераторами с двумя последовательными режимами работы максимальной и номинальной выработки рабочего тела. A known design of a two-position nozzle block of a rocket engine, which consists of a stationary nozzle, a movable nozzle insert located in the pre-nozzle volume of the combustion chamber, and its drive mechanism. Such nozzle blocks are used in rocket engines equipped with solid-fuel generators with two sequential modes of operation of the maximum and nominal output of the working fluid.

При переходе газогенератора с режима максимальной выработки рабочего тела на номинальный привод обеспечивает перемещение соплового вкладыша по команде системы управления. Перемещаясь, подвижный вкладыш садится на поверхность сужающейся части стационарного сопла, образуя новое критическое сечение (1). When the gas generator is switched from the maximum working fluid mode to the nominal drive, it moves the nozzle insert at the command of the control system. Moving, the movable insert sits on the surface of the tapering part of the stationary nozzle, forming a new critical section (1).

Недостатком такой конструкции привода является то, что он обеспечивает однократное перемещение соплового вкладыша, а следовательно, однократное изменение площади критического сечения сопла, которая определяет расход рабочего тела. The disadvantage of this design of the drive is that it provides a single movement of the nozzle insert, and therefore, a single change in the critical section area of the nozzle, which determines the flow rate of the working fluid.

Известна конструкция регулируемого соплового блока, позволяющая осуществить многократное изменение площади критического сечения сопла за счет оснащения регулирующего органа подвижного соплового вкладыша - электроприводом (2). A known design of an adjustable nozzle block, allowing multiple changes in the critical section area of the nozzle due to equipping the regulating body of the movable nozzle insert with an electric drive (2).

Недостатком такой конструкции является то, что применение электропривода требует дополнительных энергетических затрат, а сама конструкция как исполнительное устройство системы управления является инерционной. The disadvantage of this design is that the use of an electric drive requires additional energy costs, and the design itself as an actuator of the control system is inertial.

Наиболее близким к изобретению является привод сопла для двухступенчатого регулирования давления в РДТТ, содержащий регулирующий орган, шток, соединенный с регулирующим органом и выходящий (со скольжением) в цилиндрическую полость, выполненную в стационарной части сопла. Шток удерживается в заданном положении с помощью шариковых стопоров кольцом-фиксатором, выполняющим одновременно функцию поршня и имеющим каналы. Цилиндрическая полость в стационарном сопле закрыта резьбовой пробкой, имеющей каналы, которые сообщены с камерой сгорания. Между кольцом-фиксатором и резьбовой пробкой размещена пружина, находящаяся в сжатом состоянии. Суммарное проходное сечение каналов, выполненных в резьбовой пробке, значительно больше, чем проходное сечение каналов, выполненных в кольце-фиксаторе (3). Closest to the invention is a nozzle drive for two-stage pressure regulation in a solid propellant rocket motor, comprising a regulating body, a rod connected to the regulating body and exiting (with sliding) into a cylindrical cavity made in the stationary part of the nozzle. The rod is held in position by means of ball stops with a locking ring, which simultaneously performs the function of a piston and has channels. The cylindrical cavity in the stationary nozzle is closed by a threaded plug having channels that are in communication with the combustion chamber. Between the retainer ring and the screw plug, a spring is placed in a compressed state. The total bore of the channels made in the threaded plug is much larger than the bore of the channels made in the retainer ring (3).

Описанный привод обеспечивает только однократное перемещение регулирующего органа, укрепленного на штоке, а следовательно, однократное изменение площади критического сечения сопла при изменении режима работы газогенератора. Однако в процессе работы двигателя возникает необходимость автономного перемещения регулируемого органа при переходе двигателя с маршевого режима работы на форсажный и обратно, что в прототипе не достигается. The described drive provides only a single movement of the regulatory body, mounted on the rod, and therefore, a single change in the critical section of the nozzle when changing the operating mode of the gas generator. However, in the process of engine operation, there is a need for autonomous movement of the regulated body during the transition of the engine from the march mode to afterburning and vice versa, which is not achieved in the prototype.

Кроме того, шток не связан жестко со стационарной частью сопла, что создает возможность возникновения автоколебаний на переходных режимах работы двигателя, а также при случайных возмущениях на стационарных режимах его работы. In addition, the rod is not rigidly connected with the stationary part of the nozzle, which creates the possibility of self-oscillations in transient modes of engine operation, as well as in case of random disturbances in stationary modes of its operation.

Задача изобретения состояла в разработке привода двухпозиционного сопла реактивного двигателя, обеспечивающего автономное перемещение регулирующего органа при изменении режима работы газогенератора, а также исключения автоколебаний. The objective of the invention was to develop a drive of a two-position nozzle of a jet engine, providing autonomous movement of the regulatory body when changing the operating mode of the gas generator, as well as eliminating self-oscillations.

Поставленная задача решается тем, что в известном приводе двухпозиционного сопла реактивного двигателя, содержащем регулирующий орган, шток, соединенный с регулирующим органом и снабженный подпружиненным фиксатором, поршень с каналами, взаимодействующий со штоком и размещенный в цилиндрической полости, выполненной в стационарной части сопла, и резьбовую пробку, установленную в цилиндрической полости и снабженную каналами, сообщенными с камерой сгорания, при этом суммарное проходное сечение каналов резьбовой пробки значительно больше суммарного проходного сечения каналов поршня. Согласно изобретению, шток выполнен полым, подпружинен относительно стационарной части сопла и снабжен ограничителем хода, фиксатор размещен в полости штока с возможностью взаимодействия с фиксирующими отверстиями, выполненными в штоке, и снабжен отстреливающейся головкой с пирозамедлителем, а поршень соединен с дополнительным штоком, на котором установлен кулачок с возможностью взаимодействия с фиксатором и профилированной полостью, расположенной внутри полого штока. The problem is solved in that in the known drive of a two-position nozzle of a jet engine containing a regulatory body, a rod connected to the regulatory body and provided with a spring-loaded clamp, a piston with channels interacting with the rod and placed in a cylindrical cavity made in the stationary part of the nozzle, and threaded a plug installed in a cylindrical cavity and equipped with channels communicated with the combustion chamber, while the total bore of the threaded plug channels is much larger e total bore of the piston channels. According to the invention, the rod is hollow, spring-loaded relative to the stationary part of the nozzle and is equipped with a stroke limiter, the latch is located in the cavity of the rod with the possibility of interaction with locking holes made in the rod, and is equipped with a shooting head with a pyro-retarder, and the piston is connected to an additional rod on which it is mounted cam with the ability to interact with the latch and a profiled cavity located inside the hollow stem.

Выполнение штока полым позволяет разместить часть элементов привода внутри штока. The execution of the rod hollow allows you to place part of the drive elements inside the rod.

Выполнение штока подпружиненным относительно стационарной части сопла обеспечивает возврат полого штока в первоначальное (переднее) положение на маршевом режиме работы двигателя, а снабжение штока ограничителем хода обеспечивает останов полого штока в заданном (заднем) положении на форсажном режиме работы двигателя. The execution of the rod spring-loaded relative to the stationary part of the nozzle ensures the return of the hollow rod to its initial (forward) position on the marching mode of engine operation, and the supply of the rod with a travel stop ensures that the hollow rod stops in the set (rear) position on the afterburner mode of engine operation.

Размещение фиксатора в полости штока с возможностью взаимодействия с фиксирующими отверстиями, выполненными в штоке, а также соединение поршня с дополнительным штоком, на котором установлен кулачок с возможностью взаимодействия с фиксатором и профилированной полостью, расположенной внутри полого штока, позволяет стопорить полый шток в переднем и заднем положениях на соответствующих режимах работы реактивного двигателя. The placement of the latch in the stem cavity with the possibility of interaction with the fixing holes made in the rod, as well as the connection of the piston with an additional rod on which the cam is mounted with the possibility of interaction with the latch and a profiled cavity located inside the hollow rod, allows the hollow rod to be locked in the front and rear provisions on the corresponding operating modes of the jet engine.

Снабжение фиксатора отстреливающейся головкой с пирозамедлителем позволяет освободить фиксатор и привести привод в рабочее состояние в момент выравнивания давления в камере сгорания двигателя и цилиндрической полости в соответствии с временем горения пирозамедлителя. The supply of the latch with a shooting head with a pyro-retarder allows you to release the latch and bring the drive into operation when the pressure in the combustion chamber of the engine and the cylindrical cavity is equalized in accordance with the burning time of the pyro-retarder.

Таким образом, привод обеспечивает автономное перемещение регулирующего органа при переходе двигателя с маршевого на форсажный режим работы и обратно. Thus, the drive provides autonomous movement of the regulatory body during the transition of the engine from cruising to afterburning operation and vice versa.

Наряду с этим формирование жесткой конструкции "стационарная часть сопла полый шток" исключает возможность возникнования автоколебаний на переходных режимах работы двигателя, а также при случайных возмущениях на стационарных режимах его работы. Along with this, the formation of a rigid construction "stationary part of the nozzle hollow stem" eliminates the possibility of self-oscillations in transient modes of engine operation, as well as in case of random disturbances in stationary modes of its operation.

На фиг. 1 изображен заявляемый привод (разрез по главной оси симметрии)
на маршевом режиме работы двигателя; на фиг. 2 то же, на форсажном режиме работы двигателя.In FIG. 1 shows the inventive drive (section along the main axis of symmetry)
on the march mode of the engine; in FIG. 2 the same, afterburning engine operation.

Привод содержит корпус 1, жестко установленный в стационарной части сопла. В корпусе 1 выполнена цилиндрическая полость 2, в которой установлен поршень 3, имеющий каналы 4. Цилиндрическая полость 2 закрыта резьбовой пробкой 5, имеющей каналы 6, сообщенные с камерой сгорания. Суммарное проходное сечение каналов 6 значительно больше суммарного проходного сечения каналов 4. The drive includes a housing 1, rigidly mounted in the stationary part of the nozzle. A cylindrical cavity 2 is made in the housing 1, in which a piston 3 having channels 4 is mounted. The cylindrical cavity 2 is closed by a threaded plug 5 having channels 6 in communication with the combustion chamber. The total passage section of the channels 6 is much larger than the total passage section of the channels 4.

Привод также содержит полый шток 7, установленный в кольцевом пазу 8, выполненном в корпусе 1, и регулирующий орган 9 произвольной формы (например, грушевидной), закрепленный на резьбовой части штока 7 и размещенный в расширяющейся части сопла. The actuator also contains a hollow rod 7, mounted in an annular groove 8, made in the housing 1, and a regulating body 9 of arbitrary shape (for example, pear-shaped), mounted on the threaded part of the rod 7 and placed in the expanding part of the nozzle.

В штоке 7 выполнена перемычка 10 с центральным отверстием 11. В полости штока 7 между перемычкой 10 и регулирующим органом 9 размещен болт 12, проходящий через отверстие 11 и закрепленный резьбовой частью в корпусе 1. Между перемычкой 10 и головкой болта 12 установлена пружина 13, находящаяся в разжатом состоянии. In the rod 7, a jumper 10 is made with a central hole 11. In the cavity of the rod 7 between the jumper 10 and the regulating body 9 there is a bolt 12 passing through the hole 11 and secured by a threaded part in the housing 1. Between the jumper 10 and the head of the bolt 12 a spring 13 is installed, located unclenched.

Шток 7 снабжен ограничителем хода, включающим закрепленный на штоке 7 ведущий штифт 14, размещенный в П-образном пазу 15, выполненном в корпусе 1, и упор 16. The rod 7 is equipped with a stroke limiter, including a leading pin 14 mounted on the rod 7, located in the U-shaped groove 15, made in the housing 1, and the stop 16.

В корпусе 1 выполнена профилированная полость 17 квадратного сечения, отделенная от цилиндрической полости 2 резьбовой пробкой 18, имеющей центральное отверстие 19 с герметизирующим уплотнением 20. In the housing 1, a profiled cavity 17 of square section is made, separated from the cylindrical cavity 2 by a threaded plug 18 having a central hole 19 with a sealing seal 20.

Поршень 3 соединен с дополнительным штоком 21, проходящим через отверстие 19 с герметизирующим уплотнением 20. На штоке 21 установлен кулачок 22. The piston 3 is connected to an additional rod 21 passing through the hole 19 with a sealing seal 20. A cam 22 is mounted on the rod 21.

В полости штока 7 размещен фиксатор 23, установленный в глухом отверстии 24, выполненном в корпусе 1. Между фиксатором 23 и дном глухого отверстия 24 установлена пружина 25. Фиксатор 23 имеет профилированное отверстие 26, в которое входит конец штока 21. В штоке 7 выполнены фиксирующие отверстия 27, в одном из которых установлен конец фиксатора 23 в зависимости от режима работы двигателя. In the cavity of the rod 7 there is a latch 23 installed in the blind hole 24 made in the housing 1. Between the latch 23 and the bottom of the blind hole 24, a spring 25 is installed. The latch 23 has a profiled hole 26, which includes the end of the rod 21. In the rod 7 are made fixing holes 27, in one of which the end of the latch 23 is installed depending on the operating mode of the engine.

Фиксатор 23 снабжен отстреливающейся головкой 28 с пирозамедлителем 29. The latch 23 is equipped with a firing head 28 with a pyro-retarder 29.

Работа привода осуществляется следующим образом. The operation of the drive is as follows.

При пуске двигателя продукты сгорания топлива воспламеняют пирозамедлитель 29, время горения которого соответствует времени выравнивания давления в камере сгорания двигателя и цилиндрической полости 2. По истечении этого времени отстреливается головка 28 фиксатора и привод переходит в рабочее состояние. When the engine is started, the products of fuel combustion ignite the pyro-moderator 29, the burning time of which corresponds to the time of equalizing the pressure in the combustion chamber of the engine and the cylindrical cavity 2. After this time, the retainer head 28 is fired off and the drive enters the operating state.

При работе двигателя на маршевом режиме тяги поршень 3 находится в переднем положении. При переходе двигателя на форсажный режим работы (режим коррекции) в камере сгорания повышается давление, которое, воздействуя на поршень 3, перемещает его. Перемещаясь, поршень 3 увлекает шток 21, который кулачком 22 поднимает фиксатор 23. Фиксатор 23 выходит из фиксирующего отверстия 27, освобождая полый шток 7. When the engine is in march mode, the piston 3 is in the forward position. When the engine enters the afterburner operation mode (correction mode), the pressure in the combustion chamber increases, which, acting on the piston 3, moves it. Moving, the piston 3 carries the rod 21, which the cam 22 raises the latch 23. The latch 23 leaves the locking hole 27, releasing the hollow rod 7.

Поток массы продуктов сгорания, образуемых на форсажном режиме работы двигателя, воздействуя на регулирующий орган 9, сжимает пружину 13. Поршень 3, продолжая движение, перемещает шток 21 с кулачком 22. Кулачок 22 выходит из взаимодействия с фиксатором 23, подготавливая его к стопорению полого штока 7 через фиксирующее отверстие 27. The mass flow of combustion products formed during afterburning operation of the engine, acting on the regulator 9, compresses the spring 13. The piston 3, while continuing to move, moves the rod 21 with the cam 22. The cam 22 comes out of interaction with the latch 23, preparing it to lock the hollow rod 7 through the fixing hole 27.

Ограничитель хода обеспечивает останов полого штока 7 в момент совмещения фиксатора 23 с фиксирующим отверстием 27. Фиксатор 23 входит в фиксирующее отверстие 27, обеспечивая формирование жесткой конструкции "корпус привода полый шток" в заданном положении штока 7. The travel stop stops the hollow rod 7 at the moment of alignment of the latch 23 with the fixing hole 27. The latch 23 enters the fixing hole 27, providing the formation of a rigid structure "drive housing hollow rod" in the specified position of the rod 7.

Продолжая движение, шток 21 упирается в заданную стенку профилированной полости 17 и останавливает поршень 3 в заднем положении, так что между поршнем 3 и резьбовой пробкой 18 формируется запоршневая газовая емкость. Continuing movement, the rod 21 abuts against a predetermined wall of the profiled cavity 17 and stops the piston 3 in the rear position, so that a piston gas container is formed between the piston 3 and the threaded plug 18.

При работе двигателя на форсажном режиме давление в запоршневой газовой емкости и в камере сгорания выравнивается. When the engine is operating in the afterburner mode, the pressure in the piston gas tank and in the combustion chamber is equalized.

При переходе двигателя на маршевой режим работы давление в камере сгорания уменьшается, одновременно с этим уменьшается давление перед поршнем 3, а падение давления в запоршневой газовой емкости запаздывает из-за относительно малого проходного сечения каналов 4. В результате этого на поршень 3 начинает действовать сила, перемещающая его в переднее положение. Перемещаясь, поршень 3 увлекает за собой шток 21, который кулачком 22 выводит фиксатор 23 из взаимодействия с фиксирующим отверстием 27 полого штока 7. Полый шток 7 расстопоривается. When the engine enters the marching mode of operation, the pressure in the combustion chamber decreases, at the same time, the pressure in front of the piston 3 decreases, and the pressure drop in the piston gas tank is delayed due to the relatively small passage section of the channels 4. As a result, a force acts on the piston 3, moving it to the front position. Moving, the piston 3 carries along the rod 21, which cam 22 brings the latch 23 out of interaction with the fixing hole 27 of the hollow rod 7. The hollow rod 7 is unstucked.

Воздействие на регулирующий орган 9 потока массы продуктов сгорания, образуемых на маршевом режиме работы двигателя, уменьшается. Пружина 13, разжимаясь, возвращает полый шток 7 в переднее положение. Продолжая движение, поршень 3 выводит кулачок 22 из взаимодействия с фиксатором 23, подготавливая его к стопорению полого штока 7 в переднем положении. The impact on the regulatory body 9 of the mass flow of combustion products formed during the sustainer mode of operation of the engine is reduced. The spring 13, unclenching, returns the hollow rod 7 to the forward position. Continuing the movement, the piston 3 takes the cam 22 out of interaction with the latch 23, preparing it to lock the hollow rod 7 in the forward position.

При совмещении фиксатора 23 с фиксирующим отверстием 27 фиксатор входит в него, обеспечивая формирование жесткой конструкции "корпус привода полый шток" в переднем положении штока 7. When combining the latch 23 with the fixing hole 27, the latch enters into it, providing the formation of a rigid structure "drive housing hollow stem" in the forward position of the rod 7.

При работе двигателя на маршевом режиме давление в камере сгорания и запоршневой газовой емкости выравнивается. Привод готов к отработке очередного цикла. When the engine is in marching mode, the pressure in the combustion chamber and the piston gas tank is equalized. The drive is ready for testing the next cycle.

Claims

A drive of a two-position jet engine nozzle, comprising a regulator, a rod connected to the regulator and provided with a spring-loaded clamp, a piston with channels interacting with the rod and placed in a cylindrical cavity made in the stationary part of the nozzle, and a screw plug installed in the cylindrical cavity and provided channels communicated with the combustion chamber, while the total bore of the threaded plug channels is much larger than the total bore of the piston channels, from characterized in that the rod is hollow, spring-loaded relative to the stationary part of the nozzle and is equipped with a travel stop, the latch is placed in the cavity of the rod with the possibility of interaction with locking holes made in the rod, and is equipped with a shooting head with a pyro-retarder, and the piston is connected to an additional rod, on which a cam is installed with the ability to interact with the latch and a profiled cavity located inside the hollow rod.