RU2421627C1

RU2421627C1 - Rear cone

Info

Publication number: RU2421627C1
Application number: RU2009145453/06A
Authority: RU
Inventors: Юрий Семенович Соломонов (RU); Юрий Семенович Соломонов; Владимир Иванович Черепов (RU); Владимир Иванович Черепов; Олег Александрович Лобанов (RU); Олег Александрович Лобанов; Анна Георгиевна Перемысловская (RU); Анна Георгиевна Перемысловская
Original assignee: Открытое акционерное общество "Корпорация "Московский институт теплотехники" (ОАО "Корпорация "МИТ"); Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации
Priority date: 2009-12-09
Filing date: 2009-12-09
Publication date: 2011-06-20

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: rear cone is made from extruded material, primarily, carbon fiber-reinforced plastic. Its outer taper surface has recesses confined by planes perpendicular to rear cone axis and constant-width lengthwise webs. Plane of symmetry of said webs crosses generatrixes of rear cone taper surface and rear cone axis. Recesses are arranged regularly on rear cone outer surface. Rear cone thickness at the point of recess decreases toward rear cone edge. Said recesses are filled by heat protection material. The layer of the latter is applied onto outer surface of rear cone, its density being smaller than that of rear cone extruded material. Hole is made in heat protection material over its entire thickness.

EFFECT: reduced weight, protection of instruments located nearby rear cone against heating.

2 cl, 2 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области ракетной техники, а именно к конструкции раструба сверхзвуковой части сопла ракетного двигателя, преимущественно твердотопливного.The present invention relates to the field of rocket technology, namely, to the design of the socket of the supersonic part of the nozzle of a rocket engine, mainly solid fuel.

Известна конструкция сопла, содержащая металлический корпус, облицованный изнутри теплозащитным материалом (A.M.Синюков, Л.И.Волков, А.И.Львов, A.M.Шишкевич Баллистическая ракета на твердом топливе. М.: Воениздат, 1972 г., Ордена Трудового Красного Знамени Военное издательство Министерства Обороны СССР, стр.41, рис.2.18).Known design of the nozzle containing a metal casing, lined with heat-insulating material from the inside (AMsinyukov, L.I. Volkov, A.I. Lvov, AMShishkevich Solid-fuel ballistic missile. M .: Military Publishing House, 1972, Order of the Red Banner of Labor Military Publishing House of the Ministry of Defense of the USSR, p. 41, fig. 2.18).

Недостаток этой конструкции состоит в том, что использование металлического корпуса повышает вес сопла, а следовательно, и двигателя в целом.The disadvantage of this design is that the use of a metal casing increases the weight of the nozzle, and therefore the engine as a whole.

Известна конструкция сопла ракетного двигателя, в которой сопло полностью выполнено из стеклопластика или углепластика (A.M.Синюков, Л.И.Волков, А.И.Львов, A.M.Шишкевич Баллистическая ракета на твердом топливе. М.: Воениздат, 1972 г., Ордена Трудового Красного Знамени Военное издательство Министерства Обороны СССР, стр.41, рис.2.19).A known design of the nozzle of a rocket engine in which the nozzle is completely made of fiberglass or carbon fiber (AMsinyukov, L.I. Volkov, A.I. Lvov, AMShishkevich Ballistic missile on solid fuel. M: Military Publishing House, 1972, Order of the Labor Red Banner Military Publishing House of the Ministry of Defense of the USSR, p. 41, fig. 2.19).

Недостаток такой конструкции состоит в том, что для исключения теплового воздействия на приборы и механизмы, расположенные с наружной части сопла, необходима значительная толщина стенок сопла, что приводит к значительному утяжелению конструкции.The disadvantage of this design is that to eliminate thermal effects on devices and mechanisms located on the outside of the nozzle, a significant thickness of the walls of the nozzle is required, which leads to a significant weighting of the structure.

Целью предлагаемого изобретения является снижение веса конструкции при обеспечении защиты приборов, расположенных вблизи сопла, от нагрева.The aim of the invention is to reduce the weight of the structure while ensuring the protection of devices located near the nozzle from heating.

Указанная цель достигается тем, что в раструбе сопла, изготовленном из пресс-материала, преимущественно углепластика, на его наружной конусной поверхности выполнены углубления, ограниченные плоскостями, перпендикулярными оси раструба, и продольными перемычками постоянной ширины h, плоскость симметрии которых проходит через образующие конусной поверхности раструба и ось раструба, углубления расположены равномерно по наружной поверхности раструба, толщина раструба δ в месте углублений равномерно уменьшается в сторону среза сопла, при этом углубления заполнены теплозащитным материалом, а на наружную поверхность раструба дополнительно нанесен слой того же теплозащитного материала, плотность которого меньше плотности пресс-материала сопла, в теплозащитном материале в каждом углублении на всю его толщину выполнено отверстие.This goal is achieved by the fact that in the nozzle socket made of a press material, mainly carbon fiber, on its outer conical surface, recesses are made limited by planes perpendicular to the axis of the socket and longitudinal jumpers of constant width h, the plane of symmetry of which passes through the generatrices of the conical surface of the socket and the axis of the socket, the recesses are evenly distributed on the outer surface of the socket, the thickness of the socket δ in the place of the recesses uniformly decreases towards the nozzle exit side, when the recesses are filled with heat-shielding material, and an additional layer of the same heat-shielding material is applied to the outer surface of the socket, the density of which is less than the density of the nozzle press material, a hole is made in the heat-shielding material in each recess to its entire thickness.

На фиг.1 показана конструкция раструба сопла. На фиг.2 - сечение раструба сопла.Figure 1 shows the design of the nozzle socket. Figure 2 is a cross section of the nozzle socket.

Раструб сопла 1 изготовлен из пресс-материала, на его наружной конусной поверхности выполнены углубления 2, ограниченные плоскостями, перпендикулярными оси раструба, и продольными перемычками 3 постоянной ширины h, плоскость симметрии которых проходит через образующие конусной поверхности раструба и ось раструба, углубления 2 расположены равномерно по наружной поверхности раструба, толщина раструба δ в месте углублений 2 равномерно уменьшается в сторону среза сопла, при этом углубления 2 заполнены теплозащитным материалом 4, а на наружную поверхность раструба дополнительно нанесен слой того же теплозащитного материала 5, плотность которого меньше плотности пресс-материала сопла, в теплозащитном материале в каждом углублении на всю его толщину выполнено отверстие 6.The nozzle socket 1 is made of press material, recesses 2 are made on its outer conical surface, bounded by planes perpendicular to the axis of the socket, and longitudinal bridges 3 of constant width h, the plane of symmetry of which passes through the generatrices of the conical surface of the socket and the axis of the socket, the recesses 2 are evenly distributed along the outer surface of the bell, the thickness of the bell δ at the recesses 2 evenly decreases towards the nozzle exit side, while the recesses 2 are filled with heat-shielding material 4, and to the outside the socket further coated with a layer of the same thermal barrier material 5 whose density is smaller than the nozzle density press material in a heatproof material in each recess in its entire thickness, an opening 6.

При включении сопла в работу продукты сгорания поступают в раструб сопла и под воздействием давления и температуры, которая может достигать значительных величин (до 3000°С), происходит прогрев конструкции. Углепластик прококсовывается и продукты его разложения истекают внутрь сопла. Остается только наполнитель, а связующее (органическая смола) улетучивается. Давление внутри раструба резко снижается к его выходной части. Поэтому толщину раструба в месте углублений можно уменьшить. Геометрические параметры, такие как глубина углублений, их количество и расстояние между ними, подбираются в каждом конкретном случае из условий прочности. Необходимость в заполнении теплозащитным материалом углублений (а также в нанесении на наружную поверхность раструба теплозащитного материала) обусловлена тем, что в процессе работы раструб малой толщины быстро прогревается и может оказывать тепловое воздействие на расположенные вблизи него приборы, одновременно с этим теплозащитное покрытие раструба препятствует разрушению раструба от наружного воздействия лазера или взрыва. Когда начинается прококсовка теплозащитного покрытия, то продукты его газификации начинают выходить через сквозные отверстия 6, не оказывая существенного влияния на приборы, окружающие раструб. Толщина теплозащитного покрытия снаружи раструба выбирается из расчета, чтобы не было полной прококсовки покрытия к концу работы.When the nozzle is turned on, the combustion products enter the nozzle and, under the influence of pressure and temperature, which can reach significant values (up to 3000 ° C), the structure warms up. Carbon fiber is coked and its decomposition products flow out into the nozzle. Only the filler remains, and the binder (organic resin) disappears. The pressure inside the socket decreases sharply to its output part. Therefore, the thickness of the socket at the recesses can be reduced. Geometric parameters, such as the depth of the recesses, their number and the distance between them, are selected in each case from the strength conditions. The need to fill the recesses with heat-shielding material (as well as to apply heat-shielding material to the outer surface of the socket) is due to the fact that during operation the small-sized bell warms up quickly and can have a thermal effect on the devices located near it, at the same time, the thermal-protective coating of the socket prevents the destruction of the socket from external exposure to the laser or explosion. When the coking of the heat-protective coating begins, the products of its gasification begin to exit through the through holes 6, without significantly affecting the devices surrounding the bell. The thickness of the heat-protective coating on the outside of the socket is selected so that there is no complete coking of the coating by the end of the work.

Выполнение раструба сопла из пресс-материала, преимущественно углепластика, с углублениями, заполненными теплозащитным материалом, покрытого снаружи дополнительно тем же теплозащитным материалом (плотность которого меньше плотности пресс-материала раструба сопла), с отверстиями в теплозащитном материале в каждом углублении на всю его толщину, позволяет:The execution of the nozzle bell of a press material, mainly carbon fiber, with recesses filled with heat-shielding material, coated on the outside with the same heat-shielding material (whose density is less than the density of the press material of the nozzle of the nozzle), with holes in the heat-shielding material in each recess to its entire thickness, allows you to:

- сделать сопло более легким (часть материала сопла заменяется на теплозащитное покрытие, которое имеет удельный вес ниже, чем удельный вес эрозионностойкого пресс-материала (удельный вес теплозащитного пресс-материала ~0,55 г/см³, а эрозионностойкого пресс-материала ~1,4 г/см³));- make the nozzle lighter (part of the nozzle material is replaced by a heat-resistant coating, which has a specific gravity lower than the specific gravity of the erosion-resistant press material (the specific gravity of the heat-protective press material is ~ 0.55 g / cm ³ , and the erosion-resistant press material ~ 1 4 g / cm ³ ));

- обеспечить защиту приборов, расположенных вблизи сопла, от нагрева и исключить выпадение теплозащитного материала из углублений;- to protect devices located near the nozzle from heating and to prevent the loss of heat-shielding material from the recesses;

- за счет наличия отверстий исключить возможность разрушения теплозащитного материала при выделении продуктов разложения пресс-материала.- due to the presence of holes to exclude the possibility of destruction of the heat-shielding material during the isolation of decomposition products of the press material.

Claims

1. The socket of the nozzle of a rocket engine made of a press material, mainly carbon fiber, characterized in that on its outer conical surface there are recesses defined by planes perpendicular to the axis of the socket and longitudinal bridges of constant width h, the plane of symmetry of which passes through the generatrices of the conical surface the bell and the axis of the bell, the recesses are evenly distributed on the outer surface of the bell, the thickness of the bell δ in the place of the recesses uniformly decreases towards the nozzle exit , The recesses are filled with heat-shielding material and the outer surface of the socket is further coated with a layer of thermal barrier material of the same density which is less than the density of nozzles press material.

2. The nozzle of the rocket engine nozzle according to claim 1, characterized in that a hole is made in each heat-sink material in each recess in its entire thickness.