RU2478812C1

RU2478812C1 - Solid-propellant rocket engine housing

Info

Publication number: RU2478812C1
Application number: RU2011149951/06A
Authority: RU
Inventors: Ефим Исаакович Иоффе; Сергей Викторович Лянгузов; Дмитрий Николаевич Деменев; Олег Анатольевич Лядов; Юрий Богданович Михалевский
Original assignee: Открытое акционерное общество Научно-производственное объединение "Искра"
Priority date: 2011-12-07
Filing date: 2011-12-07
Publication date: 2013-04-10

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: solid-propellant rocket engine housing made from composite materials of cocoon type includes internal and external pressure shells, and a structural ring with holes and pins installed in them, which is formed on external shell. Holes and pins installed in them are arranged in two diametrically opposite segments of the ring. Zones of structural ring, in which the holes are arranged, are enclosed with "П"-shaped metal bars with holes coaxial to the holes on the ring. In symmetry plane of opposite segments there installed are pins equipped with cylindrical seats to be connected to the mating part of the mating item. Pins include thrust collars.

EFFECT: invention allows improving reliability and reducing the weight of rocket engine.

2 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области ракетной технике и может быть использовано при изготовлении корпусов ракетных двигателей твердого топлива (РДТТ) из композиционного материала (КМ).The invention relates to the field of rocketry and can be used in the manufacture of solid rocket engine bodies (solid propellant rocket engines) from composite material (CM).

Известен корпус РДТТ, содержащий силовую оболочку и узел стыка [Конструкции ракетных двигателей на твердом топливе / Под общ. ред. Л.Н.Лаврова - М.: Машиностроение, 1993, - 215 с., ил., страница 61, рис.2.18].Known solid propellant rocket engine containing a power shell and a junction [Design of rocket engines on solid fuel / Under total. ed. LN Lavrova - M .: Mechanical Engineering, 1993, - 215 p., Ill., Page 61, Fig. 2.18].

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту к предлагаемому изобретению является корпус РДТТ из композиционного материала типа «кокон» [Конструкции ракетных двигателей на твердом топливе / Под общ. ред. Л.Н.Лаврова, - М.: Машиностроение, 1993 - 215 с., ил., страница 81, рис.2.28]. Корпус имеет наружную и внутреннюю цилиндрические оболочки, причем на наружной оболочке сформирован силовой шпангоут с радиальными отверстиями под штифты (крепежные элементы). Представленная конструкция обеспечивает жесткое соосное соединение с ответной частью изделия. При необходимости управления вектором тяги за счет поворота корпуса относительно ответной части изделия узел крепления должен сопрягаться с двумя внешними осями [Конструкция и проектирование ракетных двигателей твердого топлива / Фахрутдинов И.X. М.: Машиностроение, - 328 с., ил., страница 28, рис.1.15 (о)]. Сопряжение с внешними осями узла стыка корпуса РДТТ, выбранного в качестве прототипа, требует введения в конструкцию дополнительного кольцевого шпангоута для передачи усилия от внешних осей к узлу стыка корпуса РДТТ. Таким образом известная конструкция корпуса ограничивает ее эксплутационные возможности, а введение дополнительных элементов повышает массу, снижает надежность.The closest in technical essence and the achieved positive effect to the proposed invention is a solid propellant rocket housing made of composite material of the "cocoon" type [Design of solid propellant rocket engines / Under total. ed. LN Lavrova, - M.: Mechanical Engineering, 1993 - 215 p., Ill., Page 81, Fig. 2.28]. The casing has an outer and inner cylindrical shell, and a power frame with radial holes for pins (fasteners) is formed on the outer shell. The presented design provides a rigid coaxial connection with the counterpart of the product. If it is necessary to control the thrust vector due to the rotation of the housing relative to the reciprocal part of the product, the attachment site should be mated with two external axes [Design and engineering of solid propellant rocket engines / I. Fakhrutdinov M .: Engineering, - 328 p., Ill., Page 28, fig. 1.15 (o)]. Interfacing with the external axes of the joint assembly of the solid-propellant solid propellant housing selected as a prototype requires the introduction of an additional ring frame in the design to transfer force from the external axes to the joint assembly of the solid-propellant solid propellant. Thus, the known design of the housing limits its operational capabilities, and the introduction of additional elements increases the mass, reduces reliability.

Технической задачей настоящего изобретения является расширение эксплутационных возможностей конструкции корпуса РДТТ, уменьшение массы.The technical task of the present invention is to expand the operational capabilities of the design of the solid propellant rocket hull, weight reduction.

Сущность изобретения заключается в том, что в корпусе РДТТ из композиционного материала типа «кокон», содержащем силовую внутреннюю и наружную оболочки, сформированный на наружной оболочке стыковочный шпангоут с отверстиями и установленными в них штифтами, последние размещены в двух диаметрально противоположных сегментах шпангоута, зоны стыковочного шпангоута, в которых размещены отверстия, охвачены П-образными металлическими накладками с отверстиями, соосными с отверстиями на шпангоуте, при этом в плоскости симметрии противоположных сегментов установлены штифты, снабженные цилиндрическими гнездами для соединения с ответной частью стыкуемого изделия. Штифты могут содержать упорные буртики.The essence of the invention lies in the fact that in a solid propellant rocket motor housing made of a cocoon type composite material containing a power inner and outer shell, a docking frame is formed on the outer shell with holes and pins installed in them, the latter are placed in two diametrically opposite segments of the frame, the docking zone the frames in which the holes are placed are covered by U-shaped metal plates with holes coaxial with the holes on the frame, while in the plane of symmetry opposite pins of the segments are equipped with pins equipped with cylindrical sockets for connection with the mating part of the abutted product. The pins may contain thrust collars.

Технический результат достигается за счет передачи усилия от корпуса РДТТ на стыкуемое к нему изделие непосредственно через узел стыка, выполненный из композиционного материала и усиленный с помощью накладок. Отсутствие промежуточной детали снижает массу и улучшает точностные параметры корпуса. Выполнение в узле стыка элементов крепления корпуса (цилиндрических гнезд), сопрягаемых с внешними осями, обеспечивает возможность качания корпуса РДТТ, т.е. расширение эксплутационных возможностей конструкции. Нагрузка (сила) от внешней оси, приложенная перпендикулярно к штифту, распределяется на дополнительные штифты через П-образную металлическую накладку. Нагрузка (сила) от внешней оси, приложенная к торцу штифта через упорные буртики, передается на плоскую площадку, выполненную в П-образной металлической накладке, и распределяется по поверхности контакта с узла стыка на его наружную цилиндрическую поверхность. Нагрузка (момент, перпендикулярный оси штифта) от штифта передается на П-образную металлическую накладку и через нее передается на наружную и внутреннюю цилиндрическую поверхность узла стыка.The technical result is achieved by transferring force from the solid propellant housing to the product to be joined to it directly through the joint assembly made of composite material and reinforced with the help of overlays. The absence of an intermediate part reduces weight and improves the accuracy of the case. The implementation in the junction of the fastening elements of the housing (cylindrical sockets), mating with the external axes, provides the possibility of swinging the housing of the solid propellant rocket motor, i.e. expanding the operational capabilities of the design. The load (force) from the external axis, applied perpendicular to the pin, is distributed to additional pins through a U-shaped metal plate. The load (force) from the external axis, applied to the end face of the pin through the thrust collars, is transferred to a flat platform made in a U-shaped metal plate, and distributed over the contact surface from the joint node to its outer cylindrical surface. The load (the moment perpendicular to the axis of the pin) from the pin is transferred to the U-shaped metal plate and through it is transmitted to the outer and inner cylindrical surface of the joint.

Данное техническое решение не известно из патентной и технической литературы.This technical solution is not known from the patent and technical literature.

Изобретение поясняется следующим графическим материалом:The invention is illustrated by the following graphic material:

на фиг.1 показан фрагмент продольного разреза корпуса РДТТ;figure 1 shows a fragment of a longitudinal section of the body of the solid propellant rocket engine;

на фиг.2 показан разрез А-А фиг.1;figure 2 shows a section aa of figure 1;

на фиг.3 показан вид Б фиг.1, т.е. общий вид корпуса РДТТ;figure 3 shows a view B of figure 1, i.e. general view of the solid propellant rocket hull;

на фиг.4 показана схема качания корпуса РДТТ.figure 4 shows the swing pattern of the solid propellant rocket motor.

Корпус РДТТ содержит силовую внутреннюю 1 и наружную 2 оболочки. Стыковочный шпангоут 3 сформирован на наружной оболочке 2. На стыковочном шпангоуте 3 выполнены отверстия 4. В отверстия 4 установлены штифты 5. Отверстия 4 и штифты 5 размещены в двух диаметрально противоположных сегментах шпангоута 3. Зоны стыковочного шпангоута 3, в которых размещены отверстия 4, охвачены П-образными металлическими накладками 6 с отверстиями 7. Отверстия 7 соосны с отверстиями 4 на шпангоуте 3. Установленные в плоскости симметрии 8 (фиг.3) штифты 5 снабжены цилиндрическими гнездами 9 для соединения с внешними осями. Дополнительные штифты 10 (фиг.2) (т.е. расположенные не в плоскости симметрии 8) контактируют с П-образными металлическими накладками 6 и цилиндрическими поверхностями отверстий 4 в шпангоуте 3. Штифты 5 содержат упорные буртики 11. Упорные буртики 11 контактируют с плоскими площадками 12, выполненными в П-образных металлических накладках 6.The solid propellant housing contains a power inner 1 and outer 2 shell. The docking frame 3 is formed on the outer shell 2. The holes are made on the docking frame 3. The pins 5 are installed in the holes 4. The holes 4 and the pins 5 are placed in two diametrically opposite segments of the frame 3. The zones of the docking frame 3, in which the holes 4 are located, are covered U-shaped metal plates 6 with holes 7. Holes 7 are aligned with holes 4 on the frame 3. The pins 5 mounted in the plane of symmetry 8 (Fig. 3) are provided with cylindrical sockets 9 for connection with external axes. Additional pins 10 (figure 2) (i.e. located not in the plane of symmetry 8) are in contact with the U-shaped metal plates 6 and the cylindrical surfaces of the holes 4 in the frame 3. The pins 5 contain thrust collars 11. The thrust collars 11 are in contact with the flat platforms 12, made in a U-shaped metal plates 6.

Устройство работает следующим образом. При эксплуатации и работе корпус закреплен через штифты 5 и цилиндрические гнезда 9 посредством внешних осей, не входящих в состав корпуса. На корпус действуют различные нагрузки, например инерционные силы, реактивная сила РДТТ, силы, обеспечивающие качание корпуса. Указанные нагрузки воспринимаются корпусом через два локальных места - штифтами 5. С учетом того, что физико-механические характеристики КМ (например, прочность смятия) существенно ниже, чем у металла, требуется локальные нагрузки со штифтов 5 распределить на достаточно большую площадь пластикового стыковочного шпангоута 3. На штифт 5 действуют силы: приложенные к его боковой поверхности, т.е. перпендикулярные к оси штифта 5 (относительно корпуса тангенциальная и осевая); приложенная к торцу штифта 5 (стремящаяся вдавить штифт 5 вовнутрь стыковочного шпангоута 3); момент, перпендикулярный оси штифта 5 (стремящийся повернуть штифт 5). Нагрузка (сила), приложенная перпендикулярно к штифту 5, распределяется на дополнительные штифты 10 через П-образную металлическую накладку 6. При этом площадь контакта нагруженных штифтов 5 и дополнительных штифтов 10 с КМ (стыковочным шпангоутом 3) увеличивается пропорционально числу добавленных дополнительных штифтов 10, тем самым уменьшая действующие напряжения смятия. Нагрузка (сила), приложенная к торцу штифта 5 через упорные буртики 11, передается на плоские площадки 12 выполненные в П-образной металлической накладке 6 и распределяется по поверхности контакта со стыковочным шпангоутом 3 на его наружную цилиндрическую поверхность. Нагрузка (момент, перпендикулярный оси штифта) от штифта 5, контактирующего с поверхностью отверстий 7, передается на П-образную металлическую накладку 6 и через нее передается на цилиндрическую поверхность отверстия 4 стыковочного шпангоута 3.The device operates as follows. During operation and operation, the housing is secured through pins 5 and cylindrical sockets 9 by means of external axes not included in the housing. Various loads act on the body, for example, inertial forces, rocket motor solid-propellant rocket force, and forces that ensure the body to swing. The indicated loads are perceived by the body through two local places - pins 5. Considering that the physicomechanical characteristics of the CM (for example, the crushing strength) are significantly lower than that of the metal, it is required to distribute the local loads from the pins 5 to a sufficiently large area of the plastic docking frame 3 The forces acting on the pin 5 are: applied to its lateral surface, i.e. perpendicular to the axis of the pin 5 (relative to the housing tangential and axial); attached to the end face of the pin 5 (tending to push the pin 5 inside the docking frame 3); moment perpendicular to the axis of pin 5 (tending to turn pin 5). The load (force) applied perpendicularly to the pin 5 is distributed to additional pins 10 through a U-shaped metal plate 6. In this case, the contact area of the loaded pins 5 and additional pins 10 with the CM (docking frame 3) increases in proportion to the number of additional pins 10, thereby reducing the effective crushing stresses. The load (force) applied to the end face of the pin 5 through the thrust collars 11 is transferred to flat platforms 12 made in a U-shaped metal plate 6 and distributed along the contact surface with the connecting frame 3 to its outer cylindrical surface. The load (moment perpendicular to the axis of the pin) from the pin 5 in contact with the surface of the holes 7 is transferred to the U-shaped metal plate 6 and through it is transmitted to the cylindrical surface of the hole 4 of the docking frame 3.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого изобретения, по сравнению с прототипом, в качестве которого выбран корпус РДТТ из композиционного материала [Конструкции ракетных двигателей на твердом топливе / Под общ. ред. Л.Н.Лаврова - М.: Машиностроение, 1993, - 215 с., ил., страница 81, рис.2.28.], заключается в расширении эксплутационных возможностей конструкции, уменьшении ее массы.Feasibility study of the invention, compared with the prototype, which is selected as a solid propellant rocket housing made of composite material [Design of solid propellant rocket engines / Under total. ed. LN Lavrova - M .: Engineering, 1993, - 215 p., Ill., Page 81, Fig.2.28.], Consists in expanding the operational capabilities of the structure, reducing its weight.

Claims

1. The housing of a solid propellant rocket engine made of composite materials of the Cocoon type, comprising a power inner and outer shell, a docking frame formed on the outer shell with holes and pins installed in them, characterized in that the holes and pins installed in them are placed in two diametrically opposite segments of the frame, the zone of the docking frame in which the holes are placed are covered by U-shaped metal plates with holes coaxial with the holes on the frame, at m in the plane of symmetry of the segments mounted opposite pins provided with cylindrical sockets for connection with mating abutting products.

2. The housing according to claim 1, characterized in that the pins contain thrust collars.