RU2539236C1

RU2539236C1 - Rotating nozzle bell housing from composite materials

Info

Publication number: RU2539236C1
Application number: RU2013157924/06A
Authority: RU
Inventors: Николай Степанович Норкин; Аркадий Витальевич Пашутов; Александр Алексеевич Кульков; Вячеслав Викторович Мерзляков; Анатолий Николаевич Базарко; Роман Николаевич Синицын
Original assignee: Открытое акционерное общество Центральный научно-исследовательский институт специального машиностроения
Priority date: 2013-12-25
Filing date: 2013-12-25
Publication date: 2015-01-20

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: rotating nozzle bell housing from composite materials comprises a shell with a shape of truncated cone with two attachment flanges near the large and small bases, and also main frame with embedded details for interaction with nozzle rotating mechanisms. The shell in the zone of frame installation is designed with a ring belt with the end surface fixing the frame position in an axial direction, and is integrated with the frame in a single-piece design with formation of ring space between the external surface of the belt and internal surface of the frame. In the ring space the embedded details interacting with the nozzle rotating mechanisms are embedded. The lateral surface of the frame from the side of the large base of the shell is designed with a strengthened ring edge formed by fabric bend around the hard disk (which is the part of its structure) from material compatible to the frame material, and is formed as a flange for embedding the housing into the system of nozzle components.

EFFECT: invention allows to improve the reliability of rotating nozzle bell, and to decrease its mass and labour input.

2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области ракетной твердотопливной техники и может быть использовано как одна из составных частей из композиционных материалов в конструкциях поворотных сопл.The invention relates to the field of solid rocket technology and can be used as one of the components of composite materials in the construction of rotary nozzles.

Известно поворотное сопло ракетного двигателя по JP 2010275881 (А) - 2010-12-09, МПК F02K 9/84, в котором передняя выходная часть сопла - в данном случае диффузор, выполненная из теплозащитного материала, помещена в силовой металлический корпус с элементами взаимодействия с механизмом поворота сопла.Known rotary nozzle of a rocket engine according to JP 2010275881 (A) - 2010-12-09, IPC F02K 9/84, in which the front outlet of the nozzle — in this case, a diffuser made of heat-shielding material — is placed in a power metal case with elements of interaction with nozzle rotation mechanism.

Известно поворотное сопло по патенту RU №2309281 С2 (27.10.2007), МПК⁷ F02K 9/84, в котором также диффузор (по другой терминологии - раструб) помещен в металлический корпус, взаимодействующий с механизмом поворота сопла через проушины без усиления зоны взаимодействия шпангоутом, что предполагает большую жесткость собственно металлического корпуса, что особенно нерационально при больших размерах сопл.Known rotary nozzle according to patent RU No. 2309281 C2 (10.27.2007), IPC ⁷ F02K 9/84, in which also a diffuser (in another terminology - a bell) is placed in a metal casing interacting with the mechanism of rotation of the nozzle through the eyes without reinforcing the interaction zone with the frame , which implies greater rigidity of the metal body itself, which is especially irrational with large nozzle sizes.

Известно также поворотное сопло ракетного двигателя (И.К. Фахрутдинов, А.В. Котельников. «Конструкция и проектирование ракетных двигателей твердого топлива», Москва, Машиностроение, 1987, с.136-137). В нем передняя и задняя выходные части сопла (раструб и насадок) выполнены в виде теплозащитных элементов с профилем по форме сопла, размещенных в металлических корпусах, один из которых (корпус раструба) имеет силовой шпангоут с кронштейнами для соединения с приводом поворота сопла.Also known is the rotary nozzle of a rocket engine (I.K. Fakhrutdinov, A.V. Kotelnikov. "Design and Design of Solid Fuel Rocket Engines", Moscow, Mechanical Engineering, 1987, p.136-137). In it, the front and rear outlet parts of the nozzle (bell and nozzles) are made in the form of heat-shielding elements with a nozzle-shaped profile placed in metal housings, one of which (bell body) has a power frame with brackets for connection with the nozzle rotation drive.

Данное поворотное сопло является наиболее близким по конструкции и выбрано прототипом. Оно имеет рациональную конструкцию с усилением мест приложения сосредоточенных сил.This rotary nozzle is the closest in design and selected as a prototype. It has a rational design with reinforced places of application of concentrated forces.

Но оно обладает всеми недостатками устройств, выполненных из металла и применяемых в рассматриваемой области техники: значительная масса и трудоемкая технология изготовления - практически всегда сложно профилированных поверхностей; а для изделий, непосредственно соприкасающихся с газовым потоком, - высокая теплопроводность и недостаточная тепло- и эрозионная стойкость.But it has all the shortcomings of devices made of metal and used in the considered field of technology: significant weight and laborious manufacturing technology - almost always difficult to profiled surfaces; and for products directly in contact with the gas flow, high thermal conductivity and insufficient heat and erosion resistance.

Задачей данного предполагаемого изобретения является реализация преимуществ, предоставляемых композиционными материалами, в части обеспечения надежности конструкции корпуса раструба и снижения массы и трудоемкости изготовления.The objective of this proposed invention is the realization of the advantages provided by composite materials, in terms of ensuring the reliability of the design of the body of the socket and reducing the weight and complexity of manufacturing.

В условиях же работы корпуса раструба при знакопеременных нагрузках, создаваемых механизмами поворота сопла и передаваемых на оболочку и шпангоут через закладные детали, для композиционных материалов важно, чтобы конструкция корпуса обеспечивала включение (встраиваемость) их в эти элементы как единое целое, обеспечивая совместную работу их.Under the conditions of operation of the body of the socket under alternating loads created by the mechanisms of rotation of the nozzle and transmitted to the shell and the frame through embedded parts, it is important for composite materials that the body design ensures their inclusion (built-in) into these elements as a whole, ensuring their joint operation.

Для решения указанной задачи предложен корпус раструба поворотного сопла из композиционных материалов, содержащий оболочку в виде усеченного конуса с двумя присоединительными фланцами у большого и малого оснований, а также силовой шпангоут с закладными деталями для взаимодействия с механизмами поворота сопла. Оболочка в зоне установки шпангоута выполнена с кольцевым поясом с торцовой поверхностью, фиксирующей положение шпангоута в осевом направлении, и объединена со шпангоутом в неразъемную конструкцию с образованием кольцевого пространства между наружной поверхностью пояса и внутренней поверхностью шпангоута, в которое встроены с опорой на них закладные детали, взаимодействующие с механизмами поворота сопла.To solve this problem, a socket housing for a rotary nozzle made of composite materials is proposed, containing a shell in the form of a truncated cone with two connecting flanges at the large and small bases, as well as a power frame with embedded parts for interaction with nozzle rotation mechanisms. The shell in the installation zone of the frame is made with an annular belt with an end surface that fixes the position of the frame in the axial direction, and combined with the frame in an integral structure with the formation of an annular space between the outer surface of the belt and the inner surface of the frame, which are embedded with support on them embedded parts, interacting with nozzle rotation mechanisms.

Другими существенными признаками являются:Other essential features are:

- выполнение шпангоута с усиленным ребром, сформированным перегибом ткани вокруг введенного в конструкцию жесткого диска из материала, совместимого с материалом шпангоута;- the execution of the frame with a reinforced rib formed by the bend of the fabric around the hard drive made of material compatible with the material of the frame;

- выполнение боковой поверхности шпангоута со стороны большого основания оболочки как фланца для встраивания корпуса раструба в систему составных частей поворотного сопла.- the execution of the lateral surface of the frame from the side of the large base of the shell as a flange for embedding the body of the socket in the system of components of the rotary nozzle.

Конструкция предлагаемого корпуса поясняется рисунками.The design of the proposed housing is illustrated by drawings.

На фиг.1 представлен корпус раструба поворотного сопла (общий вид); на фиг.2 - элемент А на фиг.1; на фиг.3 - разрез Б-Б на фиг.2.Figure 1 shows the body of the socket of the rotary nozzle (General view); figure 2 - element a in figure 1; figure 3 is a section bB in figure 2.

Корпус раструба поворотного сопла ракетного двигателя (фиг.1) содержит оболочку 1 в виде усеченного конуса с двумя присоединительными фланцами 2 и 3 у большого и малого оснований, силовой шпангоут 4 с закладными деталями 5 для взаимодействия с механизмами поворота сопла.The body of the socket of the rotary nozzle of the rocket engine (Fig. 1) contains a shell 1 in the form of a truncated cone with two connecting flanges 2 and 3 at the large and small bases, a power frame 4 with embedded parts 5 for interaction with the mechanisms of rotation of the nozzle.

Оболочка 1 в зоне установки шпангоута 4 выполнена с кольцевым поясом 6 с торцовой поверхностью 7, фиксирующей положение шпангоута в осевом направлении. Оболочка 1 со шпангоутом 4 объединены в неразъемное соединение с образованием кольцевого пространства 8 между наружной поверхностью 9 пояса 6 и внутренней поверхностью 10 шпангоута 4, в которое встроены, с опорой на них, закладные детали 5, взаимодействующие с механизмами поворота сопла через кинематические связи 11 (фиг.2, 3)The shell 1 in the installation zone of the frame 4 is made with an annular belt 6 with an end surface 7, fixing the position of the frame in the axial direction. The shell 1 with the frame 4 are combined into an indivisible connection with the formation of an annular space 8 between the outer surface 9 of the belt 6 and the inner surface 10 of the frame 4, in which are embedded, based on them, embedded parts 5 interacting with the mechanisms of rotation of the nozzle through kinematic connections 11 ( figure 2, 3)

Боковая поверхность 12 (фиг.2) шпангоута 4 со стороны большого основания оболочки 1 выполнена с усиленным кольцевым ребром 13, образованным перегибом ткани 14 вокруг введенного в его конструкцию жесткого диска 15 из материала, совместимого с материалом шпангоута.The lateral surface 12 (Fig. 2) of the frame 4 from the side of the large base of the shell 1 is made with a reinforced annular rib 13 formed by bending the fabric 14 around the hard disk 15 introduced into its structure from a material compatible with the frame material.

Кроме того, боковая сторона 12 оформлена как фланец для встраивания корпуса в систему составных частей сопла.In addition, the side 12 is formed as a flange for incorporating the housing into the nozzle component system.

Работа корпуса раструба заключается в следующем. Усилия от механизмов поворота сопла в направлении стрелок на фиг.1 через закладные детали 5 передаются на корпус раструба. При одном направлении усилий закладная деталь прижимается к наружной поверхности кольцевого пояса 6 оболочки 1, а при обратном направлении - к внутренней поверхности 10 (фиг.3) шпангоута 4 (фиг.2). То есть корпус в целом испытывает знакопеременные нагрузки от механизмов поворота сопла, а беззазорное встраивание закладной детали с одновременной опорой на поверхности оболочки и шпангоута исключает наличие люфтов в соединении упомянутых элементов, образуя монолитную неразъемную конструкцию.The operation of the bell housing is as follows. The forces from the nozzle rotation mechanisms in the direction of the arrows in FIG. 1 are transmitted through the embedded parts 5 to the socket body. With one direction of effort, the embedded part is pressed against the outer surface of the annular belt 6 of the shell 1, and in the opposite direction, to the inner surface 10 (FIG. 3) of the frame 4 (FIG. 2). That is, the body as a whole experiences alternating loads from the nozzle rotation mechanisms, and the gapless embedment of the embedded part with simultaneous support on the surface of the shell and the frame excludes the presence of backlash in the connection of the above elements, forming a monolithic integral structure.

Таким образом, новые технические решения корпуса раструба с использованием композиционных материалов позволяют создать надежную конструкцию при снижении массы и трудоемкости изготовления.Thus, new technical solutions for the body of the socket using composite materials allow you to create a reliable design while reducing the weight and complexity of manufacturing.

По данному предложенному техническому решению разработана конструкция корпуса раструба и технологическая оснастка и производится отработка опытного образца.According to the proposed technical solution, the design of the body of the socket and the technological equipment was developed and the prototype is being tested.

Claims

1. The body of the socket of the rotary nozzle made of composite materials, containing a shell in the form of a truncated cone with two connecting flanges at the large and small bases, a power frame with embedded parts for interaction with the mechanisms of rotation of the nozzle, characterized in that the shell in the installation area of the frame is made with an annular a belt with an end surface fixing the position of the frame in the axial direction, and combined with the frame in an integral structure with the formation of an annular space between the outer minutes belt surface and the inner surface of the frame, in which are embedded with a support on which inserts cooperating with the rotation mechanism of the nozzle.

2. The body of the bell according to claim 1, characterized in that the lateral surface of the frame from the side of the large base of the shell is made with a reinforced annular rib formed by bending the fabric around the hard disk introduced into its structure from a material compatible with the material of the frame, and is designed as a flange for embedding the housing in the nozzle component system.