RU2351790C1 - Mechanism of fastening uncooled insert in liquid propellant rocket nozzle - Google Patents
Mechanism of fastening uncooled insert in liquid propellant rocket nozzle Download PDFInfo
- Publication number
- RU2351790C1 RU2351790C1 RU2008104725/06A RU2008104725A RU2351790C1 RU 2351790 C1 RU2351790 C1 RU 2351790C1 RU 2008104725/06 A RU2008104725/06 A RU 2008104725/06A RU 2008104725 A RU2008104725 A RU 2008104725A RU 2351790 C1 RU2351790 C1 RU 2351790C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- nozzle
- insert
- mechanisms
- uncooled
- cylinder
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Testing Of Engines (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области энергетических установок, а именно к ракетным двигателям, и может быть использовано при оптимизации массово-энергетических характеристик жидкостных ракетных двигателей (ЖРД), а именно при разработке и создании камер ЖРД с неохлаждаемой удаляемой сопловой вставкой.The invention relates to the field of power plants, namely to rocket engines, and can be used to optimize the mass-energy characteristics of liquid rocket engines (LRE), namely when developing and creating LRE chambers with an uncooled removable nozzle insert.
Сопло ЖРД оптимизировано для определенных условий и не может одинаково эффективно работать в широком диапазоне высот и давлений - от старта до выхода на орбиту.The LPRE nozzle is optimized for certain conditions and cannot equally efficiently operate in a wide range of heights and pressures - from launch to orbit.
Высотные ЖРД, работающие по всей траектории полета, на первом участке, в плотных слоях атмосферы, работают на нерасчетном режиме, т.к давление истекающих продуктов сгорания оказывается ниже давления окружающей атмосферы, что приводит к потерям среднетраекторного удельного импульса тяги.High-altitude rocket engines operating along the entire flight path, in the first section, in dense atmospheric layers, operate in an off-design mode, since the pressure of the expiring combustion products is lower than the pressure of the surrounding atmosphere, which leads to losses in the average trajectory specific impulse of thrust.
Для снижения потерь среднетраекторного удельного импульса тяги в сопле ЖРД устанавливают и удерживают в течение заданного времени неохлаждаемую удаляемую вставку, представляющую собой профилированную оболочку, длина, выходной диаметр и степень расширения которой ниже, чем степень расширения основного сопла. По истечении определенного времени полета и набора заданной высоты вставку удаляют при помощи специальных механизмов. В этом случае в сопле обеспечивается два режима работы с различными параметрами на срезе сопла. На первом участке полета расширение продуктов сгорания происходит во вставке с более низкой степенью расширения и давлением на срезе вставки, близким к давлению окружающей среды. На втором участке полета, после удаления вставки, расширение продуктов сгорания происходит в сопле с расчетным давлением на срезе сопла, близким к давлению окружающей среды.To reduce the losses of the average trajectory specific impulse of thrust, an uncooled removable insert, which is a profiled shell, the length, output diameter and expansion of which is lower than the expansion degree of the main nozzle, is installed and held for a predetermined time in the nozzle of the rocket engine. After a certain flight time and gaining a given height, the insert is removed using special mechanisms. In this case, the nozzle provides two modes of operation with different parameters at the nozzle exit. In the first section of the flight, the expansion of the combustion products occurs in the insert with a lower degree of expansion and a pressure at the section of the insert close to the ambient pressure. In the second section of the flight, after removing the insert, the expansion of the combustion products occurs in the nozzle with a design pressure at the nozzle exit close to the ambient pressure.
Одной из основных тенденций в современном двигателестроении является замена металлических деталей и узлов на детали и узлы, выполненные из композиционных материалов (КМ), в частности из углерод-углеродных и углерод-керамических композиционных материалов (УУКМ и УККМ соответственно).One of the main trends in modern engine building is the replacement of metal parts and assemblies with parts and assemblies made of composite materials (KM), in particular carbon-carbon and carbon-ceramic composite materials (UKKM and UKKM, respectively).
УУКМ и УККМ обладают рядом уникальных свойств. Они сохраняют высокие физико-механические характеристики до очень высоких температур (более 2000 К), обладают хорошей эрозионной стойкостью, имеют плотность на уровне 1300…2000 кг/м3.UKKM and UKKM possess a number of unique properties. They retain high physical and mechanical characteristics to very high temperatures (more than 2000 K), have good erosion resistance, and have a density of 1300 ... 2000 kg / m 3 .
Одна из основных областей применения этих материалов в ЖРД - это неохлаждаемые сопловые удаляемые вставки. Проведенные в России экспериментальные исследования показывают, что вставки из УУКМ можно устанавливать начиная с температуры стенки 1400…1500 К, а НСН из УККМ - с температуры стенки 1600…1800 К.One of the main areas of application of these materials in LRE is uncooled nozzle removable inserts. Experimental studies conducted in Russia show that inserts from CCCM can be installed starting from a wall temperature of 1400 ... 1500 K, and NSN from CCCM - from a wall temperature of 1600 ... 1800 K.
Однако широкое распространение камер ЖРД с удаляемой вставкой из КМ до настоящего времени ограничивается сложностью создания механизма крепления и удаления неохлаждаемой вставки из регенеративно охлаждаемого сопла ЖРД, т.к. при этом необходимо обеспечить надежную работу вставки и удержание ее в высокоскоростном потоке продуктов сгорания в течение заданного периода времени, а также учесть значительную разницу в коэффициентах температурных расширений металлических и неметаллических элементов узла стыка.However, the widespread use of LRE chambers with a removable insert from a KM is still limited by the complexity of creating a mechanism for attaching and removing an uncooled insert from a regeneratively cooled nozzle of a LRE, since it is necessary to ensure reliable operation of the insert and its retention in the high-speed flow of combustion products for a given period of time, as well as to take into account the significant difference in the coefficients of thermal expansion of metal and non-metallic elements of the joint.
Известен механизм крепления неохлаждаемой вставки в сопле жидкостного ракетного двигателя, содержащий профилированную вставку с опорной поверхностью, регенеративно охлаждаемое сопло с ответными опорными местами для крепления механизмов удаления вставки из сопла, механизмы крепления вставки в сопле и удаления ее из сопла, взаимодействующие с опорной поверхностью вставки и с ответными опорными местами на сопле (Синярев Г.Б., Добровольский М.В. Жидкостные ракетные двигатели. Теория и проектирование, М., Государственное издательство оборонной промышленности, 1955 г., 498 с. Стр.122, рис.54 - прототип).A known mechanism for attaching an uncooled insert in a nozzle of a liquid propellant rocket engine, comprising a profiled insert with a supporting surface, a regeneratively cooled nozzle with reciprocal support points for attaching mechanisms to remove the insert from the nozzle, mechanisms for attaching the insert to the nozzle and removing it from the nozzle, interacting with the supporting surface of the insert and with reciprocal supporting places on the nozzle (Sinyarev GB, Dobrovolsky MV Liquid rocket engines. Theory and design, M., State publishing house rev nnoj industry, in 1955, 498 to page 122, Fig.54 -. prototype).
Основными недостатками данного механизма являются значительные габариты и вес, сложность удержания вставки в сопле и удаления вставки из сопла.The main disadvantages of this mechanism are the significant dimensions and weight, the difficulty of holding the insert in the nozzle and removing the insert from the nozzle.
Задачей изобретения является упрощение конструкции и повышение надежности работы механизма крепления неохлаждаемой вставки в сопле жидкостного ракетного двигателя.The objective of the invention is to simplify the design and increase the reliability of the mechanism for mounting the uncooled insert in the nozzle of a liquid propellant rocket engine.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в предложенном механизме крепления неохлаждаемой вставки в сопле жидкостного ракетного двигателя, содержащем профилированную вставку с опорной поверхностью, регенеративно охлаждаемое сопло с ответными опорными местами для крепления механизмов удаления вставки из сопла, механизмы крепления вставки в сопле и удаления ее из сопла, взаимодействующие с опорной поверхностью вставки и с ответными опорными местами на сопле, согласно изобретению механизм крепления и удаления вставки выполнен в виде цилиндров с поршнями, установленными на штоках, при этом один конец цилиндра со штоком закреплен на опорной поверхности вставки, другой - на ответном опорном месте сопла, цилиндр имеет штуцеры для подвода рабочего тела как в полость над поршнем, так и в полость под поршнем, а на вставке установлены датчики, определяющие ее месторасположение в сопле и связанные с исполнительным механизмом, управляющим подачей рабочего тела в полости цилиндров.The solution to this problem is achieved by the fact that in the proposed mechanism for mounting an uncooled insert in a nozzle of a liquid propellant rocket engine containing a profiled insert with a supporting surface, a regeneratively cooled nozzle with reciprocal supporting places for fixing mechanisms for removing the insert from the nozzle, mechanisms for fixing the insert in the nozzle and removing it from nozzles interacting with the supporting surface of the insert and with the mating bearing places on the nozzle, according to the invention, the mechanism for fixing and removing the insert is made in the form of cylinders with pistons mounted on rods, one end of the cylinder with a rod mounted on the supporting surface of the insert, the other on the reciprocal supporting location of the nozzle, the cylinder has fittings for supplying the working fluid both in the cavity above the piston and in the cavity under the piston and sensors are installed on the insert, which determine its location in the nozzle and are associated with the actuator controlling the supply of the working fluid to the cylinder cavity.
Для улучшения массово-габаритных характеристик камеры ЖРД с неохлаждаемой сопловой вставкой опорное место на сопле для крепления механизмов удаления вставки выполнено в виде разъемных кронштейнов, соединенных между собой при помощи пироболтов и установленных на коллекторе сопла.To improve the mass-dimensional characteristics of the LRE chamber with an uncooled nozzle insert, the supporting place on the nozzle for attaching the insert removal mechanisms is made in the form of detachable brackets interconnected by pyro-bolts and mounted on the nozzle manifold.
Сопоставительный анализ заявляемого изобретения с прототипом и другими известными решениями в данной области техники показал, что изложенная совокупность признаков неизвестна из существующего уровня техники, на основании чего можно сделать вывод о соответствии технического решения критерию изобретения «новизна».A comparative analysis of the claimed invention with the prototype and other known solutions in the art showed that the set of features described is unknown from the existing level of technology, on the basis of which we can conclude that the technical solution meets the criteria of the invention of "novelty".
При анализе других известных технических решений в данной области техники признаки, отличающие заявленное изобретение от прототипа, не были выявлены, а изложенная совокупность признаков не следует явным образом для специалиста из существующего уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию изобретения «изобретательский уровень».When analyzing other well-known technical solutions in the art, the features that distinguish the claimed invention from the prototype were not identified, and the set of features set out should not be explicitly for a specialist from the existing level of technology, which allows us to conclude that the claimed technical solution meets the criteria of the invention level".
Соответствие предлагаемого технического решения критерию изобретения «промышленная применимость» следует из приведенного ниже примера конкретного выполнения механизма крепления неохлаждаемой вставки в сопле жидкостного ракетного двигателя.The compliance of the proposed technical solution with the criterion of the invention "industrial applicability" follows from the following example of a specific embodiment of the mechanism for attaching an uncooled insert in a nozzle of a liquid propellant rocket engine.
Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показан осевой разрез сопла камеры ЖРД с установленной внутри него удаляемой сопловой вставкой, на фиг.2 - вид сопла со вставкой со стороны среза, на фиг.3 - кронштейны узла крепления гидроцилиндров на коллекторе сопла.The invention is illustrated by drawings, in which Fig. 1 shows an axial section of a nozzle of a rocket engine chamber with a removable nozzle insert installed inside it, Fig. 2 is a view of a nozzle with an insert from the cut side, and Fig. 3 are brackets of a hydraulic cylinder attachment assembly on the nozzle manifold.
Основными элементами предложенного узла крепления неохлаждаемой вставки в сопле ЖРД являются:The main elements of the proposed mounting unit uncooled insert in the nozzle of the rocket engine are:
1 - регенеративно охлаждаемое сопло ЖРД;1 - regeneratively cooled nozzle LRE;
2 - неохлаждаемая вставка;2 - uncooled insert;
3 - опорная поверхность вставки;3 - supporting surface of the insert;
4 - цилиндр;4 - cylinder;
5 - поршень;5 - the piston;
6 - шток;6 - stock;
7 - кронштейн разъемный;7 - detachable bracket;
8 - пироболт;8 - pyrobolt;
9 - коллектор сопла;9 - nozzle manifold;
10 - полость;10 - cavity;
11 - штуцер;11 - fitting;
12 - полость;12 - cavity;
13 - штуцер.13 - fitting.
В регенеративно охлаждаемом сопле 1 ЖРД установлена неохлаждаемая вставка 2, выполненная из композиционных материалов. В выходной части вставки 2 выполнена опорная поверхность 3. Крепление вставки в сопле 1 во время работы двигателя и ее удаление производится при помощи механизма крепления, выполненного в виде нескольких цилиндров 4, внутри которых установлены поршни 5 со штоками 6. Одним концом каждый цилиндр закреплен при помощи разъемных кронштейнов 7 с пироболтами 8 на коллекторе 9 сопла 1, а другим - на опорной поверхности 3 вставки 2. Для подвода/отвода рабочего тела в полость 10 цилиндра 4 установлен штуцер 11, для подвода/отвода рабочего тела в полость 12 цилиндра 4 установлен штуцер 13.In the regeneratively cooled nozzle 1 LRE installed
Предложенное устройство работает следующим образом.The proposed device operates as follows.
Перед пуском ЖРД вставка 2 устанавливается в сопле 1 входной частью. В полость 10 цилиндра 4 через штуцер 11 подается рабочее тело под давлением. В этом случае поршень 5 смещается в сторону критического сечения сопла и через шток 6, закрепленный на опорной поверхности вставки 2, прижимает входную часть вставки 2 к внутренней поверхности сопла 1.Before starting the
Во время запуска ЖРД на входную кромку вставки действует высокоскоростной поток продуктов сгорания, который стремится вытолкнуть вставку из сопла. Для избегания этого в полость 10 цилиндра подается рабочее тело, которое воздействует на поршень 5 и через шток 6 поджимает вставку к внутренней поверхности сопла.During the launch of the LRE, a high-speed flow of combustion products acts on the input edge of the insert, which tends to push the insert out of the nozzle. To avoid this, a working fluid is supplied into the cylinder cavity 10, which acts on the piston 5 and presses the insert through the stem 6 to the inner surface of the nozzle.
Во время работы двигателя, из-за вибрации и неравномерного истечения продуктов сгорания, на вставку действуют боковые силы, которые стремятся переместить вставку из рабочего положения со следующим ее произвольным удалением из сопла набегающим потоком продуктов сгорания.During engine operation, due to vibration and uneven outflow of combustion products, lateral forces act on the insert, which tend to move the insert from its working position with its next arbitrary removal from the nozzle by an incident flow of combustion products.
В этом случае, по команде датчиков положения, происходит определение изменения углового и радиального положения вставки в сопле. В зависимости от ее положения, подается команда на подачу (отвод) рабочего тела из полости 10 с одновременной подачей (отводом) рабочего тела в полость 11. Таким образом, путем попеременной подачи (отвода) рабочего тела в полости (из полостей) цилиндров 4 по команде исполнительного механизма вставка 2 удерживается в сопле 1 в течение всего времени работы ЖРД.In this case, at the command of the position sensors, the change in the angular and radial position of the insert in the nozzle is detected. Depending on its position, a command is given to feed (tap) the working fluid from the cavity 10 while simultaneously feed (tap) the working fluid into the cavity 11. Thus, by alternately feeding (tap) the working fluid into the cavity (from the cavities) of the
При удалении вставки подается рабочее тело в полость 11 цилиндров 4. Поршень 5 каждого цилиндра перемещается в сторону среза сопла 1 и перемещает вставку в сторону среза. Таким образом обеспечивается соосность перемещения вставки в сопле с целью исключения возможности удара вставки о сопло при ее удалении.When removing the insert, the working fluid is fed into the cavity of the 11
Одновременно или с некоторым запаздыванием по времени подается команда на срабатывание пироболтов 8. Пироболты срабатывают, происходит разъединение кронштейнов 7 и механизм крепления, вместе со вставкой 2, полностью удаляется из сопла набегающими продуктами сгорания.At the same time, or with some time delay, a command is issued to trigger the pyro-
После удаления вставки происходит скачкообразное изменение степени расширения сопла, и высотное сопло начинает работать в расчетном режиме.After removing the insert, an abrupt change in the degree of expansion of the nozzle occurs, and the high-altitude nozzle begins to operate in the calculated mode.
Использование предложенного технического решения позволит создать двухрежимное сопло ЖРД с улучшенными массово-габаритными характеристиками.Using the proposed technical solution will allow you to create a dual-mode nozzle rocket engine with improved mass-dimensional characteristics.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008104725/06A RU2351790C1 (en) | 2008-02-07 | 2008-02-07 | Mechanism of fastening uncooled insert in liquid propellant rocket nozzle |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008104725/06A RU2351790C1 (en) | 2008-02-07 | 2008-02-07 | Mechanism of fastening uncooled insert in liquid propellant rocket nozzle |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2351790C1 true RU2351790C1 (en) | 2009-04-10 |
Family
ID=41014981
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008104725/06A RU2351790C1 (en) | 2008-02-07 | 2008-02-07 | Mechanism of fastening uncooled insert in liquid propellant rocket nozzle |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2351790C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2573628C2 (en) * | 2014-02-04 | 2016-01-20 | Открытое акционерное общество "Конструкторское бюро химавтоматики" | Liquid-propellant rocket engine units attachment |
RU2594943C2 (en) * | 2011-05-23 | 2016-08-20 | Снекма | System for reduction of dynamic behaviour of mobile segment of deployed nozzle for rocket engine |
-
2008
- 2008-02-07 RU RU2008104725/06A patent/RU2351790C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2594943C2 (en) * | 2011-05-23 | 2016-08-20 | Снекма | System for reduction of dynamic behaviour of mobile segment of deployed nozzle for rocket engine |
RU2573628C2 (en) * | 2014-02-04 | 2016-01-20 | Открытое акционерное общество "Конструкторское бюро химавтоматики" | Liquid-propellant rocket engine units attachment |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2351790C1 (en) | Mechanism of fastening uncooled insert in liquid propellant rocket nozzle | |
JP5016052B2 (en) | Pintle control propulsion system with external dynamic seal | |
JP2010523866A (en) | Pintle control propulsion system with external ring actuator | |
JP2020159652A (en) | Heat exchanger | |
RU2391549C1 (en) | Liquid-propellant engine | |
RU2312999C1 (en) | Solid-propellant rocket engine | |
RU2465482C2 (en) | Low-thrust liquid-propellant engine chamber | |
Naumann et al. | Double-pulse solid rocket technology at bayern-chemie/protac | |
RU93468U1 (en) | LIQUID ROCKET ENGINE CAMERA MODEL | |
US20050011989A1 (en) | Missile control system and method | |
RU2429368C1 (en) | Solid-propellant rocket engine (versions) | |
US20040084566A1 (en) | Multi-nozzle grid missile propulsion system | |
RU2397356C1 (en) | Solid propellant rocket engine | |
NO338497B1 (en) | Rocket motor nozzle having a movable, divergent portion. | |
RU2313683C1 (en) | Jet engine | |
Tomita et al. | A conceptual system design study for a linear aerospike engine applied to a future SSTO vehicle | |
Götz et al. | Application of non-toxic propellants for future launch vehicles | |
Agustian | Sistem propulsi roket padat untuk rudal anti tank | |
RU2310809C2 (en) | Missile | |
RU2774753C1 (en) | Lps chamber with supersonic nozzle from aluminum alloy | |
RU2400688C1 (en) | System of rocket launching from launch container | |
RU2345240C1 (en) | Uncooled nozzle attachment point | |
RU2304726C2 (en) | Body of solid-propellant rocket engine | |
WO2004099601A2 (en) | Multi-nozzle grid missile propulsion system | |
RU2647022C1 (en) | Rotary control nozzle with a flexible folding head |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20100208 |