RU2478818C1

RU2478818C1 - Expandable nozzle of rocket engine

Info

Publication number: RU2478818C1
Application number: RU2011147040/06A
Authority: RU
Inventors: Владимир Сергеевич Федулов; Владимир Владимирович Горожанцев
Original assignee: Открытое акционерное общество Научно-производственное объединение "Искра"
Priority date: 2011-11-18
Filing date: 2011-11-18
Publication date: 2013-04-10

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: expandable nozzle of rocket engine includes a flare, a retractable head piece, head piece fixation elements, an articulation linkage and a head piece extension drive. Extension drive represents an electric motor installed on the axis of one of the links of the articulation linkage. Electric motor stator is connected to one lever of the articulation linkage, and rotor is connected to the other lever. Articulation retraction linkage is installed on inner surface of the flare with possibility of being released after the head piece is fixed in the working position.

EFFECT: invention allows reducing the nozzle weight and improving its reliability.

2 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к ракетной технике и может быть использовано при создании раздвижных сопел твердотопливных ракетных двигателей высотных ступеней ракет.The invention relates to rocket technology and can be used to create sliding nozzles for solid propellant rocket engines of high-level rocket stages.

Известно раздвижное телескопическое сопло, в котором для выдвижения насадка в качестве привода использован электрический двигатель (патенты РФ №№2190111, 2283966).A telescoping telescopic nozzle is known in which an electric motor is used to extend the nozzle as a drive (RF patents Nos. 2190111, 2283966).

Известно раздвижное телескопическое сопло для ракетных двигателей (патент США №3526365 - прототип) с применением подпружиненного шарнирно-рычажного механизма, обеспечивающего направленное выдвижение конических секций (телескопических насадков) сопла.Known telescopic telescopic nozzle for rocket engines (US patent No. 3526365 - prototype) using a spring-loaded articulated lever mechanism, providing directional extension of the conical sections (telescopic nozzles) of the nozzle.

Конические секции раструба соединены складывающимися поворотными рычагами, каждый из которых образует систему шарнирно-соединенных тяг, расположенных вокруг сопла и образующих в совокупности механизм центрирования, обеспечивающий осевое выдвижение секций. Пружины удерживают рычаги и конические секции в раздвинутом положении. В сложенном положении рычаги фиксируются механизмом, который освобождает их при выдвижении секций.The conical sections of the socket are connected by folding pivoting levers, each of which forms a system of articulated joints located around the nozzle and together forming a centering mechanism that provides axial extension of the sections. Springs hold the levers and conical sections in an extended position. In the folded position, the levers are fixed by a mechanism that releases them when the sections are extended.

В данной конструкции на осях шарнирно соединенных рычагов навиты проволочные винтовые пружины кручения, которые взаимодействуют с рычагами, в свою очередь, также шарнирно присоединенными на наружной поверхности конических секций сопла. После снятия жесткой механической связи рычагов, за счет высвобождаемой энергии навитых пружин, рычаги принудительно поворачиваются, при этом одновременно выдвигается коническая секция до сопряжения его с раструбом. Упругие силы пружин удерживают конические секции в выдвинутом положении. Система рычагов, размещенных на наружной поверхности сопрягаемых конических секций, обеспечивает им осевое направленное выдвижение в конечное рабочее положение с сопряжением мест стыка. Пружины при этом являются приводом выдвижения насадка.In this design, wire torsion coil springs are wound on the axes of the pivotally connected levers, which interact with the levers, which, in turn, are also pivotally attached to the outer surface of the conical sections of the nozzle. After removing the rigid mechanical connection of the levers, due to the released energy of the wound springs, the levers are forced to turn, while at the same time the conical section is extended until it is mated to the bell. The elastic forces of the springs hold the conical sections in the extended position. The system of levers located on the outer surface of the mating conical sections, provides them with axial directional extension to the final working position with the conjugation of the joints. The springs in this case are the drive extension nozzle.

Недостатком пружинного привода является невозможность регулирования скорости движения выдвигаемых насадков, что при требуемых временных ограничениях на процесс стыковки может приводить к существенным нагрузкам ударного характера на элементы конструкции в процессе присоединения секций. В этом случае, исходя из обеспечения прочности, требуется увеличение толщин элементов несущей конструкции, что приводит к увеличению массы сопла и двигателя в целом.The disadvantage of the spring drive is the inability to control the speed of the extended nozzles, which, with the required time constraints on the docking process, can lead to significant shock loads on the structural elements in the process of joining sections. In this case, based on ensuring strength, an increase in the thickness of the elements of the supporting structure is required, which leads to an increase in the mass of the nozzle and the engine as a whole.

Технической задачей настоящего изобретения является повышение надежности работы сопла благодаря снижению нагрузок, действующих в процессе стыковки насадка с раструбом, а также уменьшение толщин элементов несущей конструкции и, соответственно, снижение массы сопла.The technical task of the present invention is to increase the reliability of the nozzle by reducing the loads acting in the process of docking the nozzle with the bell, as well as reducing the thickness of the elements of the supporting structure and, accordingly, reducing the mass of the nozzle.

Технический результат достигается тем, что в раздвижном сопле ракетного двигателя, содержащем раструб, выдвигаемый насадок, элементы фиксации насадка в сложенном и рабочем положении, шарнирно-рычажный механизм осевого выдвижения насадка и привод выдвижения насадка, в качестве привода использован электродвигатель, установленный на оси одного из звеньев шарнирно-рычажного механизма, при этом статор электродвигателя соединен с одним рычагом, а ротор - с другим рычагом.The technical result is achieved by the fact that in a sliding nozzle of a rocket engine containing a bell, a telescoping nozzle, fixing elements of the nozzle in the folded and working position, an articulated lever mechanism for axial extension of the nozzle and a nozzle extension drive, an electric motor mounted on the axis of one of links of the articulated lever mechanism, while the stator of the electric motor is connected to one lever, and the rotor to the other lever.

Для дополнительного уменьшения массы сопла шарнирно-рычажный механизм выдвижения может быть установлен на внутренней поверхности раструба с возможностью сбрасывания после фиксации насадка в рабочем положении.To further reduce the mass of the nozzle, the articulated lever extension mechanism can be installed on the inner surface of the socket with the possibility of dropping after fixing the nozzle in the working position.

Отличительные признаки являются существенными, так как позволяют обеспечить заданную скорость выдвижения насадка, исключая тем самым нерегламентированные ударные нагрузки на элементы конструкции.Distinctive features are significant, as they allow you to provide a given extension speed of the nozzle, thereby eliminating unregulated shock loads on structural elements.

На фиг.1, 2 представлен общий вид предлагаемого сопла в разрезе, на фиг.3 представлен разрез А-А вдоль оси шарнирного соединения рычагов, на фиг.4, 5 показаны элементы фиксации насадка в сложенном положении.Figure 1, 2 shows a General view of the proposed nozzle in section, figure 3 shows a section aa along the axis of the articulation of the levers, figure 4, 5 shows the elements of fixation of the nozzle in the folded position.

Сопло содержит раструб 1, шарнирно соединенный с рычагом 2, и насадок 3, шарнирно соединенный с рычагом 4. Рычаги 2, 4, в свою очередь, шарнирно соединены между собой, образуя шарнирно-рычажный механизм выдвижения.The nozzle contains a socket 1, pivotally connected to the lever 2, and nozzles 3, pivotally connected to the lever 4. The levers 2, 4, in turn, are pivotally connected to each other, forming a pivot-lever extension mechanism.

Рычаги 2, 4 (см. фиг.2) соединены между собой через ротор 5, ось которого является осью их шарнирного соединения. Ротор 5 жестко соединен с рычагом 2, например, с помощью фиксатора 6. При этом ротор 5 помещен в отверстие 7, выполненное в статоре 8, образуя электродвигатель. Статор жестко соединен с рычагом 4, например, запрессован по посадке. От осевого перемещения рычаги 2, 4 установлены через ограничительные шайбы 9.The levers 2, 4 (see figure 2) are interconnected via a rotor 5, the axis of which is the axis of their articulation. The rotor 5 is rigidly connected to the lever 2, for example, using the latch 6. In this case, the rotor 5 is placed in the hole 7 made in the stator 8, forming an electric motor. The stator is rigidly connected to the lever 4, for example, is pressed in to fit. From axial displacement, levers 2, 4 are installed through restrictive washers 9.

Соосность рычагов 2, 4 рычажного механизма в шарнирном соединении обеспечивается втулками 10 (с антифрикционным покрытием).The alignment of the levers 2, 4 of the lever mechanism in the articulation is provided by bushings 10 (with anti-friction coating).

В направляющем цилиндре 11, в зоне его свободного торца (среза), выполнены отверстия 12 (см. фиг.4-5), через которые проходят шпонки 13, скрепленные с охватывающим их бандажом в виде ленты 14, концы которой стягиваются, например, пироболтом (стягивающее устройство не показано). При этом шпонки 13 размещены в кольцевой проточке 15 на раструбе 1, тем самым осуществляется фиксация насадка 3 в сложенном транспортном положении.In the guide cylinder 11, in the area of its free end (cut), holes 12 are made (see Figs. 4-5), through which the keys 13 are held, fastened with a bandage covering them in the form of a tape 14, the ends of which are pulled together, for example, with a pyro bolt (tightening device not shown). While the dowels 13 are placed in the annular groove 15 on the socket 1, thereby fixing the nozzle 3 in the folded transport position.

В рабочем положении фиксация насадка 3 выполняется с помощью отгибных пластин (цанг) 16. Герметизация стыка насадка 3 с раструбом 1 обеспечивается уплотнением 17, одновременно исполняющим роль амортизатора при присоединении и фиксации насадка.In the working position, the nozzle 3 is fixed by means of folding plates (collets) 16. The joint of the nozzle 3 with the bell 1 is sealed by a seal 17, which simultaneously acts as a shock absorber when connecting and fixing the nozzle.

Раздвижное сопло работает следующим образом.The sliding nozzle operates as follows.

После подачи командного сигнала от системы управления на разъединение бандажной ленты 14 путем разрушения пироболта происходит высвобождение энергии упругих сил бандажной ленты 14 с разлетом ее ветвей, что сопровождается удалением шпонок 13 из кольцевой проточки 15 и отверстий 12. Тем самым нарушается жесткая связь цилиндра 11 с раструбом 1.After a command signal is sent from the control system to disconnect the retaining tape 14 by breaking the pyro bolt, the elastic forces of the retaining tape 14 are released with the expansion of its branches, which is accompanied by the removal of the dowels 13 from the annular groove 15 and the holes 12. The rigid connection of the cylinder 11 with the socket is broken one.

После этого от системы управления подается командный сигнал управляющих токов на электрическую обмотку статора 8 рычага 4. Образуется крутящий момент, разворачивающий ротор 5 совместно с рычагом 2 и втулкой 10. Благодаря их жесткому соединению, возникает сила, направленная в сторону среза раструба 1. К определенному моменту пути выдвижения насадок 3 набирает максимальную скорость, сохраняя ее до конечного участка пути выдвижения, в процессе которого скорость насадка 3 снижается созданием крутящего момента путем подачи тока с системы управления на обмотку статора 8, разворачивающего ротор 5 в противоположном направлении. Возникает сила, противоположно направленная срезу раструба 1. Снижение скорости происходит до величины, необходимой для фиксации насадка в рабочем положении. После фиксации насадка подача тока на обмотку статора прекращается.After that, the command signal of the control currents is supplied from the control system to the electric stator winding 8 of the lever 4. A torque is generated that rotates the rotor 5 together with the lever 2 and the sleeve 10. Due to their rigid connection, a force arises directed towards the cut of the socket 1. To a certain the moment of the extension path of the nozzles 3 gains maximum speed, keeping it to the final portion of the extension path, during which the speed of the nozzle 3 is reduced by creating torque by applying current from the control system Nia stator winding 8, yawing rotor 5 in an opposite direction. A force arises that is in the opposite direction to the shear of the socket 1. A decrease in speed occurs to the value necessary to fix the nozzle in the working position. After fixing the nozzle, the current supply to the stator winding stops.

Насадок 3 по ходу движения в конце пути шпангоутом обжимает отгибные пластины 16. Проходя далее, торцом шпангоута при встрече с уплотнением 17 сжимает его и уплотняет стык с фиксацией насадка 3 в рабочем положении на отгибных пластинах 16.The nozzles 3 along the direction of travel at the end of the path compress the folding plates 16. With passing further, the end face of the frame, when meeting with the seal 17, compresses it and seals the joint with fixation of the nozzle 3 in the working position on the folding plates 16.

Таким образом, использование изобретения позволит снизить нагрузки, действующие в процессе стыковки насадка с раструбом, повысить надежность, уменьшить толщину элементов несущей конструкции и, соответственно, снизить их массу.Thus, the use of the invention will reduce the load acting in the process of docking the nozzle with a bell, increase reliability, reduce the thickness of the elements of the supporting structure and, accordingly, reduce their weight.

Claims

1. A sliding nozzle of a rocket engine containing a bell, a telescoping nozzle, fixing elements of a nozzle, a linkage mechanism and a nozzle extension drive, characterized in that an electric motor mounted on the axis of one of the links of the linkage mechanism is used as an extension drive, wherein the stator of the electric motor is connected to one lever, and the rotor is connected to the other lever.

2. The sliding nozzle of a rocket engine according to claim 1, characterized in that the articulated-lever extension mechanism is mounted on the inner surface of the socket with the possibility of dropping after fixing the nozzle in the working position.