RU2624683C1 - Expandable nozzle of rocket engine - Google Patents

Expandable nozzle of rocket engine Download PDF

Info

Publication number
RU2624683C1
RU2624683C1 RU2016136554A RU2016136554A RU2624683C1 RU 2624683 C1 RU2624683 C1 RU 2624683C1 RU 2016136554 A RU2016136554 A RU 2016136554A RU 2016136554 A RU2016136554 A RU 2016136554A RU 2624683 C1 RU2624683 C1 RU 2624683C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
nozzle
cylindrical shell
cylindrical
movable
tip
Prior art date
Application number
RU2016136554A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Алексей Владимирович Болев
Сергей Александрович Бондаренко
Андрей Геннадьевич Ковалев
Алексей Николаевич Кремлев
Владимир Сергеевич Федулов
Original Assignee
Публичное акционерное общество Научно-производственное объединение "Искра"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Публичное акционерное общество Научно-производственное объединение "Искра" filed Critical Публичное акционерное общество Научно-производственное объединение "Искра"
Priority to RU2016136554A priority Critical patent/RU2624683C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2624683C1 publication Critical patent/RU2624683C1/en

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02KJET-PROPULSION PLANTS
    • F02K9/00Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof
    • F02K9/97Rocket nozzles
    • F02K9/976Deployable nozzles

Landscapes

  • Quick-Acting Or Multi-Walled Pipe Joints (AREA)

Abstract

FIELD: engines and pumps.
SUBSTANCE: expandable nozzle of the rocket engine contains a stationary bell and shiftable nozzles, cylindrical shells inside each nozzle, an annular ledge on the outer surface and a movable fixing ring mounted on the end. Each cylindrical shell is docked with a removable packing along the cylindrical surface from the side of smaller diameter and has meridional cuts in the joining zone. The internal diameter of the cylindrical surface of the nozzle is equal to the inner diameter of the cylindrical shell. On the inner surface of the nozzle, in the transition zone of a cylindrical surface into a conical one, an annular groove is formed in which the end of a cylindrical shell with an annular projection is placed. The width of the groove from the beginning of the conical surface of the nozzle is designed in such a way that, with the nozzle extended, the tip of the cylindrical shell is beyond the cut of the stationary bell. A movable fixing ring is installed inside the end of the cylindrical shell. The outer diameter of the movable fixing ring is equal to the inner diameter of the cylindrical shell.
EFFECT: invention makes it possible to reduce the gap at the junction of the fixed bell and the shifted nozzle and reduce the mass of the nozzle.
3 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области ракетостроения и может быть использовано при разработке и изготовлении ракетных двигателей с соплами большой степени расширения для верхних ступеней ракет и космических аппаратов.The invention relates to the field of rocket science and can be used in the development and manufacture of rocket engines with nozzles of a large degree of expansion for the upper stages of rockets and spacecraft.

Известны сопла с изменяемой геометрией раструба, имеющие укороченную длину в транспортном положении (режиме «пассажира») и увеличенную длину раструба с выдвинутым телескопическим насадком (насадками) в рабочем положении.Known nozzles with variable geometry of the bell, having a shortened length in the transport position ("passenger" mode) and an increased length of the bell with extended telescopic nozzle (s) in the working position.

Известны раздвижные сопла, в которых внутри сдвигаемых насадков установлены сбрасываемые цилиндрические оболочки, обеспечивающие центрирование сдвигаемых насадков при холодной (до начала работы двигателя) раздвижке, а в случае горячей (во время работы двигателя) раздвижки еще и обеспечивают появление дополнительной газодинамической силы трения, которая способствует более быстрой раздвижке насадков. Организованный сброс цилиндрических оболочек обеспечивается при помощи различных механизмов.Known sliding nozzles in which resettable cylindrical shells are installed inside the movable nozzles provide centering of the movable nozzles during cold (before the engine starts to work) expansion, and in the case of hot (during engine operation), the sliding also provides the appearance of additional gas-dynamic friction force, which contributes to faster extension of nozzles. An organized discharge of cylindrical shells is provided by various mechanisms.

Известно раздвижное сопло (патент РФ №2180405, взято за прототип), содержащее стационарную часть (неподвижный раструб) и сдвигаемые насадки. В каждом насадке имеются цилиндрические оболочки, имеющие меридиональные разрезы и на наружной поверхности профильный кольцевой выступ, входящий в соответствующий кольцевой паз сдвигаемого насадка. Фиксация цилиндрической оболочки в насадке и ее последующий регламентированный сброс при раздвижке насадка обеспечиваются установкой упругоподжатого П-образного кольца, взаимодействующего с внутренней стороной законцовки цилиндрической оболочки в месте профильного кольцевого выступа и с цилиндрическим участком сдвигаемого насадка. При завершении процесса раздвижки П-образное кольцо упирается в выступ и, сдвигаясь, освобождает законцовку цилиндрической оболочки с профильным выступом, которая выскальзывает в зазор между цилиндрическим участком сдвигаемого насадка и наружным диаметром стационарного раструба.Known sliding nozzle (RF patent No. 2180405, taken as a prototype) containing a stationary part (fixed bell) and movable nozzles. In each nozzle there are cylindrical shells having meridional cuts and on the outer surface a profile annular protrusion included in the corresponding annular groove of the movable nozzle. The fixation of the cylindrical shell in the nozzle and its subsequent regulated discharge during the extension of the nozzle are provided by installing an elastically compressed U-shaped ring interacting with the inner side of the tip of the cylindrical shell in the place of the profile annular protrusion and with the cylindrical section of the movable nozzle. Upon completion of the sliding process, the U-shaped ring abuts against the protrusion and, moving, releases the tip of the cylindrical shell with a profile protrusion, which slides into the gap between the cylindrical portion of the movable nozzle and the outer diameter of the stationary socket.

Основным недостатком этой конструкции сопла является большой зазор между цилиндрическим участком сдвигаемого насадка и наружным диаметром стационарного раструба (в реальной конструкции до 3,5 мм) для выхода законцовки цилиндрической оболочки, что требует формирования еще одной посадочной поверхности для обеспечения соосности раструба и насадка и ведет к потерям удельного импульса двигателя.The main disadvantage of this nozzle design is the large gap between the cylindrical section of the movable nozzle and the outer diameter of the stationary socket (in the actual design, up to 3.5 mm) for the tip of the cylindrical shell to exit, which requires the formation of another landing surface to ensure the alignment of the socket and the nozzle and leads to loss of specific impulse of the engine.

Наличие упругого элемента (поджимающего П-образное кольцо) требует дополнительной энергии при раздвижке для его сжатия (усилие в реальной конструкции составляет более 1000 кгс), кроме того, малые размеры сечения и достаточно сложный профиль П-образного кольца при его относительно большом диаметре делают проблематичным его изготовление из композиционного материала. Увеличенная энергия раздвижки и необходимость изготовления металлического П-образного кольца влекут за собой необходимость металлической арматуры в насадке и стационарном раструбе (как это видно из иллюстраций к вышеуказанному патенту) и, соответственно, увеличение массы.The presence of an elastic element (pressing U-shaped ring) requires additional energy when sliding to compress it (the force in the actual design is more than 1000 kgf), in addition, the small cross-sectional dimensions and the rather complicated profile of the U-shaped ring with its relatively large diameter make it problematic its manufacture from composite material. The increased sliding energy and the need to manufacture a metal U-shaped ring entail the need for metal fittings in the nozzle and stationary socket (as can be seen from the illustrations to the above patent) and, accordingly, an increase in mass.

Задачей предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков конструкции, то есть снижение массы конструкции и уменьшение зазоров в стыке стационарного раструба и сдвигаемого насадка.The task of the invention is to eliminate these design flaws, that is, reducing the mass of the structure and reducing the gaps at the junction of the stationary socket and the movable nozzle.

Технический результат достигается тем, что в раздвижном сопле ракетного двигателя, содержащем стационарный раструб и сдвигаемые насадки, цилиндрические оболочки внутри каждого насадка, состыкованные с ним по цилиндрической поверхности со стороны меньшего диаметра и имеющие в зоне стыковки с насадком продольные разрезы, кольцевой выступ на наружной поверхности и установленное на законцовке подвижное фиксирующее кольцо, внутренние диаметры цилиндрической поверхности насадка и цилиндрической оболочки равны, на внутренней поверхности насадка в зоне перехода цилиндрической поверхности в коническую выполнена кольцевая проточка, в которой размещена законцовка цилиндрической оболочки с кольцевым выступом. При этом ширина проточки от начала конической поверхности выполнена таким образом, что при выдвинутом положении насадка законцовка цилиндрической оболочки находится за срезом стационарного раструба, а подвижное фиксирующее кольцо вставлено внутрь законцовки цилиндрической оболочки, при этом наружный диаметр подвижного фиксирующего кольца совпадает с внутренним диаметром цилиндрической оболочки.The technical result is achieved by the fact that in a sliding nozzle of a rocket engine containing a stationary socket and movable nozzles, cylindrical shells inside each nozzle, joined with it on a cylindrical surface from the side of a smaller diameter and having longitudinal cuts in the interface with the nozzle, an annular protrusion on the outer surface and a movable locking ring mounted on the tip, the inner diameters of the cylindrical surface of the nozzle and the cylindrical shell are equal, on the inner surface the nozzle in the transition zone of the cylindrical surface to the conical is made an annular groove in which the tip of the cylindrical shell with an annular protrusion is placed. The width of the groove from the beginning of the conical surface is made in such a way that, when the nozzle is in the extended position, the tip of the cylindrical shell is located beyond the cut of the stationary socket, and the movable retaining ring is inserted into the tip of the cylindrical shell, while the outer diameter of the movable retaining ring coincides with the inner diameter of the cylindrical shell.

Поверхность кольцевого выступа цилиндрической оболочки, обращенная в сторону среза сопла может быть выполнена конической, при этом угол полураствора конуса β удовлетворяет условию Ctgβ>kт, где kт - коэффициент трения между материалом цилиндрической оболочки и материалом насадка.The surface of the annular protrusion of the cylindrical shell facing the nozzle exit can be conical, while the half-angle of the cone β satisfies the condition Ctgβ> k t , where k t is the friction coefficient between the material of the cylindrical shell and the nozzle material.

В цилиндрической оболочке и подвижном фиксирующем кольце могут быть выполнены соосные отверстия, причем в отверстие цилиндрической оболочки установлен фиксатор, частично утопленный в подвижное фиксирующее кольцо, в отверстие подвижного фиксирующего кольца установлен упирающийся в фиксатор толкатель, высота которого равна толщине подвижного фиксирующего кольца, а часть наружной поверхности стационарного раструба выполнена эквидистантно внутренней поверхности подвижного фиксирующего кольца с минимальным зазором.Coaxial holes can be made in the cylindrical shell and the movable retaining ring, wherein a retainer is installed in the hole of the cylindrical shell, partially recessed into the movable retainer ring, a pusher resting on the retainer is installed in the hole of the movable retainer ring, the height of which is equal to the thickness of the movable retainer ring, and part of the outer the surface of the stationary bell is made equidistant to the inner surface of the movable retaining ring with a minimum clearance.

За счет вывода законцовки цилиндрической оболочки в раздвинутом положении сопла за срез стационарного раструба получаем практически нулевой зазор между цилиндрическим участком сдвигаемого насадка и наружным диаметром стационарного раструба, а отказ от упругого поджимного элемента (с соответствующим снижением энергии раздвижки) и упрощение формы фиксирующего кольца позволят отказаться от металлической арматуры в насадке и стационарном раструбе и, соответственно, снизить массу сопла.Due to the withdrawal of the tip of the cylindrical shell in the extended position of the nozzle beyond the cut of the stationary bell, we obtain a practically zero gap between the cylindrical section of the movable nozzle and the outer diameter of the stationary bell, and the rejection of the elastic clamping element (with a corresponding decrease in the sliding energy) and the simplification of the shape of the fixing ring will allow us to refuse metal fittings in the nozzle and stationary socket and, accordingly, reduce the mass of the nozzle.

При последующем описании приняты следующие условности и упрощения:In the following description, the following conventions and simplifications are adopted:

1. Условно не показан привод раздвижки, при этом считаем, что цилиндрические оболочки с ним соединены и отстыковываются от насадков его усилием. Фактически, при всех схемах холодной раздвижки с отстыковкой цилиндрических оболочек до начала работы двигателя привод раздвижки с ними механически связан, а при горячей раздвижке цилиндрические оболочки сами являются частью привода раздвижки, поскольку на них реализуется газодинамическая сила от реактивной струи двигателя, выдвигающая насадки.1. Conditionally, the sliding drive is not shown, while we believe that the cylindrical shells are connected to it and undocked from the nozzles by its force. In fact, with all cold expansion schemes with undocking of the cylindrical shells before the engine starts to operate, the expansion drive is mechanically connected to them, and during hot expansion, the cylindrical shells themselves are part of the expansion drive, since they realize the gas-dynamic force from the jet of the engine that extends the nozzles.

2. Учитывая то, что в процессе раздвижки сопла каждый сдвигаемый насадок для последующего выполняет роль стационарного раструба, в описании будет показываться работа только одного насадка.2. Given that in the process of expanding the nozzle, each movable nozzle for the subsequent plays the role of a stationary bell, only one nozzle will be shown in the description.

3. Кольцевой выступ на законцовке цилиндрической оболочки не обязательно должен быть выполнен по всему периметру. Необходимый суммарный периметр кольцевого выступа определяется нагрузками, действующими в паре сдвигаемый насадок-цилиндрическая оболочка, поэтому, с целью снижения энергии раздвижки, он может выполняться только на части лепестков законцовки цилиндрической оболочки, образованных меридиональными разрезами, при этом остальные лепестки без кольцевого выступа не входят в зацепление с насадком, а только обеспечивают геометрию цилиндрической оболочки.3. The annular protrusion at the tip of the cylindrical shell does not have to be made around the perimeter. The required total perimeter of the annular protrusion is determined by the loads acting in the pair of movable nozzles-cylindrical shell, therefore, in order to reduce the extension energy, it can be performed only on the part of the petals of the tip of the cylindrical shell formed by meridional cuts, while the rest of the petals without an annular protrusion are not included engagement with the nozzle, but only provide the geometry of the cylindrical shell.

На фиг. 1 изображен общий вид раздвижного сопла с двумя сдвигаемыми насадками в сложенном положении.In FIG. 1 shows a general view of a sliding nozzle with two movable nozzles in a folded position.

На фиг. 2 показан выносной элемент А в более крупном масштабе в трех положениях: в начале процесса раздвижки (а), промежуточном положении при выдвижении насадка (б) и при выдвинутом зафиксированном положении насадка при начале отстыковки цилиндрической оболочки (в).In FIG. Figure 2 shows the extension element A on a larger scale in three positions: at the beginning of the sliding process (a), an intermediate position when extending the nozzle (b) and when the fixed position is extended, the nozzle at the beginning of undocking of the cylindrical shell (c).

На фиг. 3 показан кольцевой выступ на законцовке цилиндрической оболочки, его профиль (п. 2 формулы изобретения) и силы, действующие на законцовку в момент отстыковки от насадка.In FIG. 3 shows an annular protrusion at the tip of the cylindrical shell, its profile (paragraph 2 of the claims) and the forces acting on the tip at the time of undocking from the nozzle.

На фиг. 4 показан выносной элемент Б с механической фиксацией исходного положения подвижного кольца (п. 3 формулы изобретения) в более крупном масштабе в трех положениях: в начале процесса раздвижки (а), промежуточном положении при выдвижении насадка (б) и при выдвинутом зафиксированном положении насадка при начале отстыковки цилиндрической оболочки (в).In FIG. 4 shows a remote control B with mechanical fixation of the initial position of the movable ring (claim 3 of the claims) on a larger scale in three positions: at the beginning of the sliding process (a), intermediate position when extending the nozzle (b) and when the fixed position is extended, the nozzle the beginning of undocking of the cylindrical shell (c).

Раздвижное сопло (фиг. 1) содержит стационарный раструб 1, внутренний 2 и наружный 3 сдвигаемые насадки, внутри которых установлены цилиндрические оболочки 4 и 5, соответственно, при этом внутренний диаметр цилиндрического участка насадка D1 равен внутреннему диаметру цилиндрической оболочки D2. Цилиндрические оболочки опираются на наружный диаметр стационарного раструба (предыдущего сдвигаемого насадка) и при раздвижке скользят по нему. На законцовке цилиндрической оболочки выполнен кольцевой выступ 6, а сама законцовка с выступом размещена в кольцевой проточке 7 насадка в зоне перехода внутренней цилиндрической поверхности в коническую. Чтобы законцовки оболочек могли подгибаться внутрь, на оболочке выполнены меридиональные разрезы 8 и 9. В сложенном положении и в процессе раздвижки законцовки 6 зафиксированы в кольцевых проточках 7 насадков подвижными фиксирующими кольцами 10 и 11, наружный диаметр которых совпадает с внутренним диаметром соответствующей цилиндрической оболочки D2. Раздвижное сопло содержит также фиксаторы 12 сложенного положения насадков (показаны условно), фиксаторы разложенного положения, в данном случае цанги 13, 14 и демпферы-уплотнители 15.The expanding nozzle (Fig. 1) contains a stationary bell 1, inner 2 and outer 3 movable nozzles, inside which cylindrical shells 4 and 5 are installed, respectively, while the inner diameter of the cylindrical section of the nozzle D 1 is equal to the inner diameter of the cylindrical shell D 2 . The cylindrical shells are based on the outer diameter of the stationary socket (the previous movable nozzle) and slide on it when sliding. An annular protrusion 6 is made at the tip of the cylindrical shell, and the tip itself with the protrusion is placed in the annular groove 7 of the nozzle in the zone of transition of the inner cylindrical surface to the conical. So that the ends of the shells can be bent inward, meridional cuts 8 and 9 are made on the shell. In the folded position and during the extension of the tip 6, the endings 6 are fixed in the annular grooves of 7 nozzles by movable locking rings 10 and 11, the outer diameter of which coincides with the inner diameter of the corresponding cylindrical shell D 2 . The sliding nozzle also contains clamps 12 for the folded position of the nozzles (shown conditionally), clamps for the unfolded position, in this case collets 13, 14 and damper-seals 15.

Работает раздвижное сопло следующим образом. При подаче команды на раздвижку снимаются фиксаторы 12 сложенного положения (фиг. 2-а) и сдвигаемый насадок 3 вместе с цилиндрической оболочкой 5 начинает движение относительно неподвижного раструба (на данном выносном элементе - предыдущего выдвигаемого насадка 2). При подходе к выдвинутому положению (фиг. 2-б) подвижное фиксирующее кольцо 11 упирается в стационарный раструб и освобождает законцовку цилиндрической оболочки 5 с кольцевым выступом 6, но при этом цилиндрическая оболочка не выходит из зацепления со сдвигаемым насадком 3, потому что продолжает двигаться по наружному диаметру стационарного раструба, который не дает лепесткам законцовки цилиндрической оболочки отклониться внутрь и выйти из кольцевой проточки 7. В полностью раздвинутом положении (фиг. 2-в) сдвигаемый насадок 3 фиксируется на цангах 14, демпфер-уплотнитель 15 деформируется и обеспечивает поджатие насадка к цангам. Ширина b1 кольцевой проточки 7 в насадке выбрана такой, чтобы при раздвинутом положении насадка законцовка цилиндрической оболочки полностью выходила за срез 16 стационарного раструба, при этом лепестки законцовки цилиндрической оболочки с кольцевым выступом 6, образованные меридиональными разрезами, отгибаются внутрь, выходят из зацепления с насадком и цилиндрическая оболочка отделяется от сопла.The sliding nozzle operates as follows. When a sliding command is issued, the latches 12 of the folded position are removed (Fig. 2-a) and the movable nozzle 3, together with the cylindrical shell 5, begins to move relative to the stationary bell (on this remote element, the previous extended nozzle 2). When approaching the extended position (Fig. 2-b), the movable retaining ring 11 abuts against the stationary bell and releases the tip of the cylindrical shell 5 with the annular protrusion 6, but the cylindrical shell does not come out of engagement with the movable nozzle 3, because it continues to move along the outer diameter of the stationary bell, which does not allow the tip end of the cylindrical shell to deviate inward and exit the annular groove 7. In the fully extended position (Fig. 2-c), the movable nozzles 3 are fixed on Angah 14, damper-seal 15 is deformed and provides a preload nozzle to the collets. The width b 1 of the annular groove 7 in the nozzle is selected so that when the nozzle is in the extended position, the tip of the cylindrical shell completely extends beyond the cut 16 of the stationary socket, while the petals of the tip of the cylindrical shell with the ring protrusion 6, formed by the meridional cuts, are bent inward and out of engagement with the nozzle and the cylindrical shell is separated from the nozzle.

Для того чтобы лепестки законцовки выходили из зацепления с насадком, можно выполнять их предварительно подогнутыми внутрь и упруго деформировать при фиксации в кольцевой проточке подвижным кольцом. Однако более надежным будет формирование на кольцевом выступе законцовки цилиндрической оболочки профиля, обеспечивающего гарантированный выход лепестков законцовки из зацепления с насадком под действием вытягивающей силы, приложенной к цилиндрической оболочке.In order for the tip petals to disengage from the nozzle, they can be pre-bent inward and elastically deformed when fixed in the annular groove with a movable ring. However, it will be more reliable to form a profile on the annular protrusion of the tip of the cylindrical shell, which ensures a guaranteed exit of the tip petals from engagement with the nozzle under the action of a pulling force applied to the cylindrical shell.

На фиг. 3 показан кольцевой выступ 6 на законцовке цилиндрической оболочки 5, размещенный в кольцевой проточке 7 сдвигаемого насадка 3. Поверхность 17 выступа, обращенная в сторону среза сопла, выполнена конической с углом полураствора конуса β, при этом вершина конуса также направлена в сторону среза сопла. При раздвижке сопла на цилиндрическую оболочку действует тянущая сила Fт со стороны привода раздвижки (или газодинамическая сила), которая выдвигает насадок, при этом к насадку сила передается через поверхность 17 кольцевого выступа. Нормальная к поверхности 17 составляющая FN тянущей силы Fт прижимает кольцевой выступ к насадку и обуславливает силу трения Fтp между кольцевым выступом и насадком. Направленная вдоль поверхности 17 составляющая Fc тянущей силы стремится отклонить лепестки законцовки цилиндрической оболочки внутрь и вывести их из зацепления с насадком. В процессе раздвижки этому противодействует подвижное фиксирующее кольцо 11 (или 12 на фиг. 1) и наружный диаметр стационарного раструба, по которому скользит цилиндрическая оболочка вместе с насадком. При фиксации насадка в раздвинутом положении законцовка цилиндрической оболочки выходит за срез стационарного раструба и под действием силы Fc лепестки законцовки отгибаются, принимая положение 18, и выходят из насадка.In FIG. 3 shows an annular protrusion 6 at the tip of the cylindrical shell 5, located in the annular groove 7 of the movable nozzle 3. The surface 17 of the protrusion facing the nozzle exit side is conical with a half-angle of the cone β, while the tip of the cone is also directed towards the nozzle exit side. When the nozzle is extended, a pulling force F t acts on the extension drive side (or gas-dynamic force), which extends the nozzles, while the force is transmitted to the nozzle through the surface 17 of the annular protrusion. The component F N normal to the surface 17 of the pulling force F t presses the annular protrusion against the nozzle and determines the friction force F tp between the annular protrusion and the nozzle. The component F c of the pulling force directed along the surface 17 tends to deflect the tip ends of the cylindrical shell inward and to disengage them from the nozzle. In the process of sliding, this is counteracted by the movable locking ring 11 (or 12 in Fig. 1) and the outer diameter of the stationary bell, along which the cylindrical shell slides with the nozzle. When fixing the nozzle in the extended position, the tip of the cylindrical shell extends beyond the cut of the stationary socket and under the action of the force F c the tip petals are unbent, taking position 18, and exit the nozzle.

В этот момент отгибу лепестков законцовки с выходом их из зацепления с насадком под действием силы Fc ничего не препятствует, кроме силы трения Fтр. Таким образом, для обеспечения надежной расстыковки цилиндрической оболочки и сдвигаемого насадка необходимо выполнение условия Fc>Fтр.At this moment, the bending of the ending petals with their release from engagement with the nozzle under the action of force F c does not hinder anything but the friction force F Tr . Thus, to ensure reliable undocking of the cylindrical shell and the movable nozzle, it is necessary to fulfill the conditions F c > F Tr .

С учетом того, чтоGiven the fact that

Fc=Fт×Cosβ,F c = F t × Cosβ,

Fтр=kтр×FN=kтр×Fт×Sinβ,F Tr = k Tr × F N = k Tr × F t × Sinβ,

необходимое условие принимает вид:the necessary condition takes the form:

Ctg β>kтр,Ctg β> k tr

где kтр - коэффициент трения между материалом насадка и материалом цилиндрической оболочки.where k Tr is the coefficient of friction between the material of the nozzle and the material of the cylindrical shell.

При сложенном положении сопла и в начальный период раздвижки подвижное фиксирующее кольцо должно быть зафиксировано на своем месте - на законцовке цилиндрической оболочки. Наиболее надежной и обеспечивающей минимальные потери энергии при раздвижке сопла будет механическая фиксация подвижного фиксирующего кольца с цилиндрической оболочкой, снимаемая в процессе раздвижки перед тем, как подвижное фиксирующее кольцо упирается в стационарный раструб. Данное решение показано на фиг. 4.When the nozzle is in the folded position and in the initial period of sliding, the movable retaining ring should be fixed in place - at the tip of the cylindrical shell. The most reliable and ensuring minimal energy loss during nozzle extension will be mechanical fixation of the movable retaining ring with a cylindrical shell, removed during the expansion process before the movable retaining ring abuts against a stationary bell. This solution is shown in FIG. four.

В подвижном фиксирующем кольце 11 и в цилиндрической оболочке 4 открываются соосные (при исходном положении кольца) отверстия, в которые устанавливается фиксатор 19, проходящий через всю толщину цилиндрической оболочки и часть толщины подвижного фиксирующего кольца. Под фиксатором в этом же отверстии в подвижном фиксирующем кольце установлен толкатель 20, который частично выступает за внутреннюю поверхность 21 подвижного фиксирующего кольца. Отверстие в подвижном фиксирующем кольце выполнено ступенчатым, чтобы толкатель не «проваливался» сквозь кольцо. Фиксатор 19 и толкатель 20 поджаты в отверстии, в данном случае, плоской пружиной 22, соединенной с цилиндрической оболочкой 4. Таким образом, в сложенном положении сопла и при начале раздвижки (фиг. 4-а) исходное положение подвижного фиксирующего кольца 11 на цилиндрической оболочке 4 жестко зафиксировано. Чтобы обеспечить расфиксацию подвижного фиксирующего кольца 11 перед занятием сдвигаемым насадком окончательного (разложенного) положения, высота hт толкателя 20 выполнена равной толщине sк подвижного кольца 11. Часть наружной поверхности 23 стационарного раструба 1, на которую надвигается подвижное фиксирующее кольцо 11, выполнена эквидистантно внутренней поверхности 21 подвижного фиксирующего кольца с минимальным зазором. При подходе сдвигаемого насадка 2 к выдвинутому положению (фиг. 4-б) подвижное фиксирующее кольцо 11 вместе с толкателем 20 надвигается на поверхность 23, при этом толкатель поднимается и выталкивает фиксатор 19 за наружный диаметр подвижного фиксирующего кольца (с учетом того, что hт=sк), после чего подвижное фиксирующее кольцо 11 получает возможность смещаться вдоль цилиндрической оболочки 4 и внутренней поверхности цилиндрического участка насадка 2. Когда насадок зафиксируется в выдвинутом положении, лепестки законцовки цилиндрической оболочки с кольцевым выступом отгибаются внутрь, выходят из зацепления с насадком и цилиндрическая оболочка отделяется от сопла вместе с фиксатором, а толкатель остается внутри подвижного фиксирующего кольца.In the movable retaining ring 11 and in the cylindrical shell 4, coaxial (at the initial position of the ring) openings are opened into which the retainer 19 is inserted, passing through the entire thickness of the cylindrical shell and part of the thickness of the movable retaining ring. A pusher 20 is mounted under the lock in the same hole in the movable locking ring, which partially protrudes from the inner surface 21 of the movable locking ring. The hole in the movable locking ring is stepped so that the pusher does not “fall through” the ring. The latch 19 and the pusher 20 are pressed in the hole, in this case, a flat spring 22 connected to the cylindrical shell 4. Thus, in the folded position of the nozzle and at the beginning of the expansion (Fig. 4-a), the initial position of the movable locking ring 11 on the cylindrical shell 4 is fixed. To ensure that the movable retaining ring 11 is unlocked before the movable nozzle is in its final (unfolded) position, the height h t of the pusher 20 is made equal to the thickness s to the movable ring 11. A part of the outer surface 23 of the stationary bell 1 on which the movable retaining ring 11 slides is made equidistantly internal the surface 21 of the movable retaining ring with a minimum clearance. When the sliding nozzle 2 approaches the extended position (Fig. 4-b), the movable locking ring 11, together with the pusher 20, is pushed onto the surface 23, while the pusher rises and pushes the latch 19 beyond the outer diameter of the movable locking ring (taking into account the fact that h t = s k ), after which the movable locking ring 11 is able to move along the cylindrical shell 4 and the inner surface of the cylindrical section of the nozzle 2. When the nozzles are fixed in the extended position, the petals of the tip of the cylindrical tabs with an annular protrusion bend inward, disengage from the nozzle and the cylindrical shell is separated from the nozzle along with the retainer, and the pusher remains inside the movable retaining ring.

Таким образом, предлагаемая конструкция раздвижного сопла ракетного двигателя позволяет уменьшить зазор в стыке неподвижного раструба и сдвигаемого насадка за счет вывода законцовки цилиндрической оболочки в раздвинутом положении сопла за срез стационарного раструба, отказ от упругого поджимного элемента (с соответствующим снижением энергии раздвижки) и упрощение формы подвижного фиксирующего кольца позволят отказаться от металлической арматуры в насадке и стационарном раструбе и, соответственно, снизить массу сопла.Thus, the proposed design of the sliding nozzle of the rocket engine allows you to reduce the gap at the junction of the fixed socket and the movable nozzle due to the output of the tip of the cylindrical shell in the extended position of the nozzle beyond the cut of the stationary socket, the rejection of the elastic clamping element (with a corresponding reduction in the energy of the sliding) and the simplification of the shape of the movable the fixing ring will allow to abandon the metal fittings in the nozzle and the stationary socket and, accordingly, reduce the mass of the nozzle.

Claims (3)

1. Раздвижное сопло ракетного двигателя, содержащее стационарный раструб и сдвигаемые насадки, цилиндрические оболочки внутри каждого насадка, состыкованные с ним по цилиндрической поверхности со стороны меньшего диаметра и имеющие в зоне стыковки с насадком меридиональные разрезы, кольцевой выступ на наружной поверхности и установленное на законцовке подвижное фиксирующее кольцо, отличающееся тем, что внутренние диаметры цилиндрической поверхности насадка и цилиндрической оболочки равны, на внутренней поверхности насадка в зоне перехода цилиндрической поверхности в коническую выполнена кольцевая проточка, в которой размещена законцовка цилиндрической оболочки с кольцевым выступом, при этом ширина проточки от начала конической поверхности насадка выполнена таким образом, что при выдвинутом положении насадка законцовка цилиндрической оболочки находится за срезом неподвижного раструба, а подвижное фиксирующее кольцо установлено внутри законцовки цилиндрической оболочки, при этом наружный диаметр подвижного фиксирующего кольца равен внутреннему диаметру цилиндрической оболочки.1. A sliding nozzle of a rocket engine containing a stationary socket and movable nozzles, cylindrical shells inside each nozzle, joined with it on a cylindrical surface from the side of a smaller diameter and having meridional cuts in the area of connection with the nozzle, an annular protrusion on the outer surface and a movable end mounted on the tip a locking ring, characterized in that the inner diameters of the cylindrical surface of the nozzle and the cylindrical shell are equal on the inner surface of the nozzle in the ne the transition of the cylindrical surface to the conical is made an annular groove in which the tip of the cylindrical shell with the annular protrusion is placed, the width of the groove from the beginning of the conical surface of the nozzle is made in such a way that when the nozzle is in the extended position, the tip of the cylindrical shell is behind the cut of the stationary bell, and the movable fixing ring installed inside the tip of the cylindrical shell, while the outer diameter of the movable retaining ring is equal to the inner diameter of the cylinder indric shell. 2. Раздвижное сопло ракетного двигателя по п. 1, отличающееся тем, что поверхность кольцевого выступа цилиндрической оболочки, обращенная в сторону среза сопла, выполнена конической, при этом угол полураствора конуса β удовлетворяет условию Ctgβ>kт, где kт - коэффициент трения между материалом цилиндрической оболочки и материалом насадка.2. The sliding nozzle of a rocket engine according to claim 1, characterized in that the surface of the annular protrusion of the cylindrical shell facing the nozzle exit is conical, while the half-angle of the cone β satisfies the condition Ctgβ> k t , where k t is the friction coefficient between the material of the cylindrical shell and the material of the nozzle. 3. Раздвижное сопло ракетного двигателя по п. 1, отличающееся тем, что в цилиндрической оболочке и подвижном фиксирующем кольце выполнены соосные отверстия, в отверстие цилиндрической оболочки установлен фиксатор, частично утопленный в подвижное фиксирующее кольцо, в отверстие кольца установлен упирающийся в фиксатор толкатель, высота которого равна толщине подвижного фиксирующего кольца, а часть наружной поверхности неподвижного раструба выполнена эквидистантно внутренней поверхности подвижного фиксирующего кольца с минимальным зазором.3. The sliding nozzle of the rocket engine according to claim 1, characterized in that coaxial holes are made in the cylindrical shell and the movable retaining ring, a retainer is installed in the cylindrical shell opening, partially recessed into the movable retaining ring, a pusher resting on the retainer is installed in the ring opening, height which is equal to the thickness of the movable retaining ring, and part of the outer surface of the fixed bell is made equidistant to the inner surface of the movable retaining ring with a minimum of dawning.
RU2016136554A 2016-09-12 2016-09-12 Expandable nozzle of rocket engine RU2624683C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016136554A RU2624683C1 (en) 2016-09-12 2016-09-12 Expandable nozzle of rocket engine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016136554A RU2624683C1 (en) 2016-09-12 2016-09-12 Expandable nozzle of rocket engine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2624683C1 true RU2624683C1 (en) 2017-07-05

Family

ID=59312791

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016136554A RU2624683C1 (en) 2016-09-12 2016-09-12 Expandable nozzle of rocket engine

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2624683C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2688869C1 (en) * 2018-05-23 2019-05-22 Публичное акционерное общество Научно-производственное объединение "Искра" Expandable nozzle of rocket engine
CN110594044A (en) * 2019-10-17 2019-12-20 哈尔滨工程大学 Flexible extension spray tube with self-adaptive height

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6050259A (en) * 1983-08-29 1985-03-19 Nissan Motor Co Ltd Nozzle structure in rocket motor
RU2180405C2 (en) * 2000-05-26 2002-03-10 Открытое акционерное общество Научно-производственное объединение "Искра" Extensible nozzle for rocket engine
US6418710B1 (en) * 1996-12-24 2002-07-16 Societe Nationale D'etude Et De Construction De Moteurs D'aviation - S.N.E.C.M.A. Deployable diverging part for a thruster
RU2276280C1 (en) * 2004-10-28 2006-05-10 Открытое акционерное общество Научно-производственное объединение "Искра" Rocket engine expandable nozzle
RU2296237C1 (en) * 2005-08-08 2007-03-27 Открытое акционерное общество Научно-производственное объединение "Искра" Extensible nozzle for rocket engine

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6050259A (en) * 1983-08-29 1985-03-19 Nissan Motor Co Ltd Nozzle structure in rocket motor
US6418710B1 (en) * 1996-12-24 2002-07-16 Societe Nationale D'etude Et De Construction De Moteurs D'aviation - S.N.E.C.M.A. Deployable diverging part for a thruster
RU2180405C2 (en) * 2000-05-26 2002-03-10 Открытое акционерное общество Научно-производственное объединение "Искра" Extensible nozzle for rocket engine
RU2276280C1 (en) * 2004-10-28 2006-05-10 Открытое акционерное общество Научно-производственное объединение "Искра" Rocket engine expandable nozzle
RU2296237C1 (en) * 2005-08-08 2007-03-27 Открытое акционерное общество Научно-производственное объединение "Искра" Extensible nozzle for rocket engine

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2688869C1 (en) * 2018-05-23 2019-05-22 Публичное акционерное общество Научно-производственное объединение "Искра" Expandable nozzle of rocket engine
CN110594044A (en) * 2019-10-17 2019-12-20 哈尔滨工程大学 Flexible extension spray tube with self-adaptive height
CN110594044B (en) * 2019-10-17 2022-03-18 哈尔滨工程大学 Flexible extension spray tube with self-adaptive height

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US2526235A (en) Blind rivet
RU2624683C1 (en) Expandable nozzle of rocket engine
US2466811A (en) Method of riveting
US3491649A (en) Rivets
CN106159552B (en) Coaxial connector with quick locking and release mechanism
JP3425972B2 (en) Release system for tension type friction clutch
US11721445B2 (en) Replacement thermal sleeve for a reactor vessel closure head penetration adapter of control rod drive mechanism
RU2649267C2 (en) Plastic lining fasteners for inner interface
US6557824B1 (en) Releasable coupling assembly
JP2012204260A (en) Connector with lock mechanism
CN113260795B (en) Expansion connecting piece
US9246273B2 (en) Rapid fixing device for rapid disconnection two-part connector
EP3460308B1 (en) Locking mechanism for tubular body
TWI674364B (en) A fastener for mounting a connector to a panel, a connector assembly and a method of mounting a connector to a panel
CN102821889B (en) Riveting element
US20170198738A1 (en) Fastener
CN104930285A (en) Plug coupling element
EP0677666A1 (en) Blind rivet
RU2468190C2 (en) Formation method of expanded part of pipe column
JP2009024875A (en) Piston cylinder unit
CN106308426A (en) Telescopic side rod of shielding curtain
US2795989A (en) Blind rivet having sealing and pin retaining sleeve
RU2009124809A (en) RIVET AND METHOD OF CONNECTING PARTS BY RIVET
US4373752A (en) Well casing hanger assembly
RU2660978C1 (en) Expandable nozzle of rocket engine

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20190913