RU212932U1

RU212932U1 - Nozzle plug for solid propellant rocket engine

Info

Publication number: RU212932U1
Application number: RU2022117778U
Authority: RU
Inventors: Валентин Витальевич Кузьмин; Андрей Наилевич Сабирзянов
Filing date: 2022-06-30
Publication date: 2022-08-12

Abstract

Полезная модель относится к ракетной технике и может быть использована при разработке заглушек сопел ракетных двигателей твердого топлива, стартующих из транспортно-пускового контейнера (ТПК) при помощи порохового аккумулятора давления (ПАД).The utility model relates to rocket technology and can be used in the development of nozzle plugs for solid propellant rocket engines launched from a transport and launch container (TLC) using a powder pressure accumulator (PAD).

Заглушка сопла ракетного двигателя содержит сферическую мембрану с ребрами жесткости, закрепленную в сверхзвуковой части сопла при помощи клеевого соединения выпуклой стороной сферы в сторону камеры двигателя. Полезная модель позволяет существенно снизить толщину и массу заглушки, обеспечив при этом возможность восприятия давления от порохового аккумулятора давления, а также повысить ее устойчивость при действии внешнего давления.

The rocket engine nozzle plug contains a spherical membrane with stiffening ribs fixed in the supersonic part of the nozzle by means of an adhesive connection with the convex side of the sphere towards the engine chamber. The utility model makes it possible to significantly reduce the thickness and weight of the plug, while providing the possibility of receiving pressure from a powder pressure accumulator, as well as to increase its stability under the action of external pressure.

Description

Известно изобретение (патент RU 2196244 – МПК: F02K 9/97, опубл. 10.01.2003). В этом изобретении, которое допустимо принять в качестве аналога, имеется сферическая мембрана с радиально расходящимися от центра ослабленными сечениями, опирающимися на арочную сферическую конструкцию. Упор состоит из отдельных клинообразных компонентов, которые удерживаются внешним кольцом. Авторы отмечают, что полезная модель обеспечивает возможность восприятия давления от ПАД и обеспечивает расчетный уровень давления вскрытия заглушки двигателя. Недостатком данного изобретения является общая сложность конструкции, наличие дополнительных крепежных элементов, а также количество вылетающих при вскрытии мембраны элементов, способных в совокупности нанести повреждения сверхзвуковой части сопла и пусковой установке.The invention is known (patent RU 2196244 - IPC: F02K 9/97, publ. 10.01.2003). In this invention, which can be taken as an analogue, there is a spherical membrane with weakened sections radially diverging from the center, based on an arched spherical structure. The stop consists of individual wedge-shaped components that are held by an outer ring. The authors note that the utility model provides the ability to perceive pressure from the PAD and provides the calculated pressure level for opening the engine plug. The disadvantage of this invention is the overall complexity of the design, the presence of additional fasteners, as well as the number of elements flying out when the membrane is opened, which together can cause damage to the supersonic part of the nozzle and the launcher.

Известно изобретение (см. Конструкции ракетных двигателей на твердом топливе. /Под общей редакцией чл.-корр. Российской академии наук, доктора техн. наук, проф. Л.Н.Лаврова. М.: Машиностроение, 1993, рис. 3.38, стр.163). В этом изобретении, которое допустимо принять в качестве аналога, имеется двойная сопловая заглушка. В описании указано, что полезная модель позволяет воспринимать повышенное давление со стороны окружающей среды. Основными недостатками являются наличие дополнительных элементов, крепежа, что увеличивает массу узла, а расположение заглушки в дозвуковой зоне сопла создает риск повреждения профиля сопла при запуске двигателя.The invention is known (see Designs of solid-propellant rocket engines. / Under the general editorship of Corresponding Member of the Russian Academy of Sciences, Doctor of Technical Sciences, Prof. L.N. Lavrov. M .: Mashinostroenie, 1993, Fig. 3.38, page .163). In this invention, which can be taken as an analogue, there is a double nozzle plug. The description indicates that the utility model allows you to perceive increased pressure from the environment. The main disadvantages are the presence of additional elements, fasteners, which increases the mass of the assembly, and the location of the plug in the subsonic zone of the nozzle creates a risk of damaging the nozzle profile when starting the engine.

Известно изобретение (патент RU 2266425 – МПК: F02K 9/97, опубл. 20.12.2005). В этом изобретении, которое было принято в качестве прототипа, имеется сферическая мембрана, закрепленная на стенке сверхзвуковой части сопла и обращённую выпуклой стороной сферы в сторону камеры двигателя. Полезная модель обеспечивает целостность и герметичность заглушки при воздействии на нее давления газов от ПАД, а также, после запуска ракетного двигателя, обеспечит расчетный уровень давления вскрытия заглушки. Недостатками данного изобретения являются наличие дополнительных крепежных элементов в сверхзвуковой части сопла, а также большая масса узла.The invention is known (patent RU 2266425 - IPC: F02K 9/97, publ. 20.12.2005). In this invention, which was taken as a prototype, there is a spherical membrane fixed on the wall of the supersonic part of the nozzle and facing the convex side of the sphere towards the engine chamber. The utility model ensures the integrity and tightness of the plug when exposed to gas pressure from the PAD, and also, after starting the rocket engine, will provide the estimated pressure level for opening the plug. The disadvantages of this invention are the presence of additional fasteners in the supersonic part of the nozzle, as well as a large mass of the node.

Техническим результатом является снижение массы сопловой заглушки, способной воспринимать давление от газов ПАД.The technical result is to reduce the mass of the nozzle plug capable of receiving pressure from PAD gases.

Технический результат достигается тем, что заглушка сопла ракетного двигателя содержит сферическую мембрану с ребрами жесткости, закрепленную в сверхзвуковой части сопла при помощи клеевого соединения выпуклой стороной сферы в сторону камеры двигателя.The technical result is achieved by the fact that the plug of the rocket engine nozzle contains a spherical membrane with stiffeners fixed in the supersonic part of the nozzle by means of an adhesive connection with the convex side of the sphere towards the engine chamber.

Под действием внутреннего давления газов ПАД сферическая мембрана работает на растяжение, а в период воспламенения и выход двигателя на стационарный режим – на устойчивость от внешнего давления.Under the influence of the internal pressure of the PAD gases, the spherical membrane works in tension, and during the ignition period and when the engine reaches the stationary mode, it works to resist external pressure.

Определение минимальной толщины мембраны, геометрических параметров ребер жесткости осуществляется по эмпирическим зависимостям и согласно конструкторским рекомендациям (см. Лизин В. Т., Пяткин В. А. Проектирование тонкостенных конструкций: Учеб. пособие для студентов вузов — 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Машиностроение, 1994, стр. 117 – 124). Применение ребер жесткости позволяет существенно снизить толщину и массу сферической мембраны, а также повысить ее устойчивость при действии внешнего давления.The determination of the minimum thickness of the membrane, the geometric parameters of the stiffeners is carried out according to empirical dependencies and according to design recommendations (see V. T. Lizin, V. A. Pyatkin. Designing thin-walled structures: Textbook for university students - 3rd ed., Revised. and additional - M .: Mashinostroenie, 1994, pp. 117 - 124). The use of stiffeners can significantly reduce the thickness and mass of the spherical membrane, as well as increase its stability under the action of external pressure.

Конструкция предлагаемого устройства изображена на фиг. 1. Внутри сопла 1 установлена заглушка, представляющую собой сферическую мембрану 2, подкрепленную ребрами жесткости 3. Крепление заглушки осуществляется посредством клеевого соединения 4, при этом выпуклая поверхность сферы обращена в сторону камеры двигателя. Герметичность соединения обеспечивается уплотнительным кольцом 5. Поверхность мембраны, обращенная к срезу сопла 1, на которую воздействуют газы ПАД, защищена покрытием 6. Для проведения различных технологических операций и испытаний в центре расположена бобышка 7 под закладной элемент. Рекомендуемый материал мембраны – алюминиевый деформируемый сплав, защитного покрытия и уплотнительного кольца – армированная резина.The design of the proposed device is shown in Fig. 1. A plug is installed inside the nozzle 1, which is a spherical membrane 2, reinforced with stiffeners 3. The plug is fastened by means of an adhesive joint 4, while the convex surface of the sphere faces the engine chamber. The tightness of the connection is ensured by the sealing ring 5. The surface of the membrane facing the nozzle exit 1, which is affected by the PAD gases, is protected by a coating 6. For various technological operations and tests, a boss 7 is located in the center under the embedded element. The recommended membrane material is wrought aluminum alloy, the protective coating and sealing ring are reinforced rubber.

Предлагаемое устройство, изображенное на фиг. 1 работает следующим образом. При работе ПАД газы действуют на сферическую мембрану 2 заглушки, и под действием внутреннего давления она работает на растяжение. В силу высокой жесткости конструкции нагрузка на мембрану 2 с ребрами жесткости 3 равномерно распределяется и передаётся через клеевое соединение 4 на сопло 1. После вылета летательного аппарата из контейнера происходит запуск двигателя. Продукты сгорания воздействуют на сферическую мембрану 2 с ребрами жесткости 3 заглушки, работающую на сжатие. Оребрение позволяет сохранить устойчивость мембраны 2 в данный период работы. При расчетном давлении газов клеевое соединение 4 равномерно разрушается, и заглушка единой частью вылетает из сопла 1, исключая повреждение раструба сопла и пусковой установки. Остатки клеевого соединения 4 сгорают при дальнейшей работе двигателя в потоке продуктов сгорания.The proposed device shown in Fig. 1 works as follows. During PAD operation, gases act on the spherical membrane 2 of the plug, and under the action of internal pressure, it works in tension. Due to the high rigidity of the structure, the load on the membrane 2 with stiffeners 3 is evenly distributed and transferred through the adhesive connection 4 to the nozzle 1. After the aircraft takes off from the container, the engine is started. Combustion products act on the spherical membrane 2 with stiffeners 3 plugs working in compression. The finning allows to maintain the stability of the membrane 2 during this period of operation. At the estimated gas pressure, the adhesive joint 4 is evenly destroyed, and the plug flies out of the nozzle 1 as a single part, excluding damage to the nozzle bell and the launcher. Residues of the adhesive joint 4 burn out during further operation of the engine in the flow of combustion products.

Claims

Nozzle plug of a solid propellant rocket engine containing a spherical membrane facing the convex side of the sphere towards the engine chamber, characterized in that stiffening ribs are located on the convex surface of the sphere, and fastening is carried out using an adhesive connection.