RU2770972C2 - Roll nozzle block - Google Patents
Roll nozzle block Download PDFInfo
- Publication number
- RU2770972C2 RU2770972C2 RU2019127372A RU2019127372A RU2770972C2 RU 2770972 C2 RU2770972 C2 RU 2770972C2 RU 2019127372 A RU2019127372 A RU 2019127372A RU 2019127372 A RU2019127372 A RU 2019127372A RU 2770972 C2 RU2770972 C2 RU 2770972C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- piston
- nozzles
- block
- nozzle
- working gas
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02K—JET-PROPULSION PLANTS
- F02K9/00—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof
- F02K9/80—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof characterised by thrust or thrust vector control
- F02K9/88—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof characterised by thrust or thrust vector control using auxiliary rocket nozzles
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Control Of Turbines (AREA)
- Fluid-Driven Valves (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к ракетной технике и, в частности, к конструкции блока сопел крена, предназначенного для управления ракетой в полете по крену.SUBSTANCE: invention relates to rocket technology and, in particular, to the design of a roll nozzle block designed to control a rocket in roll flight.
Предшествующий уровень техникиPrior Art
Наиболее распространенная схема управления ракетой по крену включает в себя: корпус, два сопла, противоположно направленных друг другу, затвор, обеспечивающий перераспределение расхода рабочего газа между каждым соплом, и патрубки подвода рабочего газа из затвора к соплам (аналог).The most common scheme for controlling a rocket in a roll includes: a body, two nozzles opposite to each other, a shutter that ensures the redistribution of the working gas flow between each nozzle, and nozzles for supplying working gas from the shutter to the nozzles (analogue).
Недостатком аналога является низкое быстродействие, так как в этой схеме управления по крену требуется время на заполнение и опорожнение трубопроводов, расположенных за затвором.The disadvantage of analogue is the low speed, since in this roll control scheme it takes time to fill and empty the pipelines located behind the gate.
Известен блок сопел крена (см. патент RU №2587729, МПК F16K 57/40 от 20.06.2016 г.), который состоит из двух корпусов, герметично соединенных между собой общим патрубком подвода рабочего тела к соплам, затворов, установленных в двух корпусах, седел с гибкими обечайками, установленных в проточки каждого корпуса с натягом. Имеются также уплотнительные кольца, поджатые прорезными пружинами. Это изобретение, как сказано в заявке, позволяет снизить утечки генераторного газа через уплотнительные пирографитовые кольца и седла с гибкими обечайками и утечки управляющего газа-гелия через уплотнительные пирографитовые кольца в режиме многократного перемещения затворов (прототип).A block of roll nozzles is known (see patent RU No. 2587729, IPC F16K 57/40 dated 06/20/2016), which consists of two housings, hermetically connected to each other by a common pipe for supplying the working fluid to the nozzles, shutters installed in two housings, saddles with flexible shells installed in the grooves of each body with an interference fit. There are also sealing rings pressed by slotted springs. This invention, as stated in the application, allows to reduce leakage of generator gas through the sealing pyrographite rings and saddles with flexible shells and leakage of the control gas-helium through the sealing pyrographite rings in the mode of multiple movement of the gates (prototype).
Недостатком прототипа является низкая надежность блока сопел из-за использования прорезных пружин, так как гайки, поджимающие эти пружины, увеличивают осевые и радиальные габариты блока. Кроме того, применение гаек создает проблему их стопорения в среде окислительного генераторного газа. Наличие расклинивающих элементов в затворе увеличивает силу трения в паре пирографитовых колец с корпусом, что уменьшает быстродействие блока сопел.The disadvantage of the prototype is the low reliability of the nozzle block due to the use of slotted springs, since the nuts that press these springs increase the axial and radial dimensions of the block. In addition, the use of nuts creates the problem of their locking in the environment of oxidizing producer gas. The presence of wedging elements in the shutter increases the friction force in a pair of pyrographite rings with the body, which reduces the speed of the nozzle block.
Другим недостатком прототипа является то, что затворы, перекрывающие проходное сечение сопел, имеют консольную конструкцию и в процессе срабатывания входят в контакт с посадочной поверхностью седел, что может привести к заклиниванию затвора и даже к возгоранию конструкции. Все это приводит к увеличению трения между подвижными элементами и корпусом, а также снижению быстродействия блока.Another disadvantage of the prototype is that the valves blocking the flow area of the nozzles have a cantilever design and in the process of operation come into contact with the seating surface of the saddles, which can lead to jamming of the valve and even to ignition of the structure. All this leads to an increase in friction between the moving elements and the body, as well as a decrease in the speed of the block.
Задачей изобретения является устранение указанных недостатков.The objective of the invention is to eliminate these disadvantages.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Эта задача решается за счет того, что конструкция блока сопел крена содержит корпус, имеющий патрубок подвода рабочего газа, пару сопел, противоположно направленных друг другу, затворы, обеспечивающие перераспределение расхода рабочего газа между каждым соплом, средства для крепления блока сопел к корпусу ракеты-носителя, причем указанные сопла выполнены за одно целое с корпусом, а их оси параллельны и лежат в одной плоскости и пневмопривод, отличающийся тем, что каждый затвор выполнен из трубки с окнами, один конец которой соединен со штоком пневмопривода, а другой - соединен со вставкой, определяющей критическое сечение сопла, кроме того, в теле корпуса блока сопел между осями сопел выполнен канал подвода рабочего газа, который с одной стороны соединен с продольным отверстием, выполненным в крепежной опоре, а с другой - с коллекторной полостью, расположенной коаксиально трубке в районе ее окон, причем пневмопривод имеет ступенчатый цилиндр, герметично закрытый сверху крышкой, и ступенчатый поршень, при этом поршень большего диаметра расположен сверху, а его надпоршневая полость соединена с газовой средой высокого давления, а поршень меньшего диаметра находится под воздействием давления рабочего газа, причем между внутренними поверхностями цилиндра и поршня пневмопривода установлены уплотнительные кольца, выполненные из пирографита, а стопорное кольцо, установленное между поршнем меньшего диаметра и цилиндром, выполнено из никелевого сплава ЭК- 61 (ХН58БМ-ТЮ).This problem is solved due to the fact that the design of the bank nozzle block contains a body having a working gas supply pipe, a pair of nozzles oppositely directed to each other, shutters that ensure the redistribution of the working gas flow between each nozzle, means for attaching the nozzle block to the launch vehicle body , moreover, said nozzles are made in one piece with the body, and their axes are parallel and lie in the same plane; which determines the critical section of the nozzle, in addition, in the body of the body of the nozzle block between the axes of the nozzles, a working gas supply channel is made, which, on the one hand, is connected to a longitudinal hole made in the mounting support, and on the other hand, to a collector cavity located coaxially to the tube in the region of its windows, and the pneumatic drive has a stepped cylinder, hermetically sealed from above with a lid, and a mortar the piston with a larger diameter is located on top, and its over-piston cavity is connected to a high-pressure gas medium, and the piston of a smaller diameter is under the influence of working gas pressure, and sealing rings made of pyrographite are installed between the inner surfaces of the cylinder and the pneumatic actuator piston, and the retaining ring installed between the piston of smaller diameter and the cylinder is made of nickel alloy EK-61 (KhN58BM-Tyu).
Другими отличиями блока сопел являются:Other differences in the nozzle block are:
- управляющая полость пневмопривода соединена со штуцерами подвода газа высокого давления и дренажа;- the control cavity of the pneumatic drive is connected to the fittings for supplying high-pressure gas and drainage;
- корпус и ступенчатый поршень выполнены из никелевого сплава ХН43БМТЮ;- housing and stepped piston are made of nickel alloy HN43BMTYu;
- в качестве управляющего газа использован гелий;- helium is used as a control gas;
- в качестве рабочего газа сопел используется окислительный газогенераторный газ, отбираемый после турбины;- as the working gas of the nozzles, the oxidizing gas generator gas is used, which is taken off after the turbine;
- посадочные поверхности покрыты антифрикционным материалом из нитрида титана TiN.- seating surfaces are coated with anti-friction material made of titanium nitride TiN.
Технический результатTechnical result
Предлагаемое изобретение обеспечивает многократное срабатывание затворов с высоким быстродействием, низким расходом управляющего газа и повышенную надежность работы блока сопел.The present invention provides multiple actuation of shutters with high speed, low consumption of control gas and increased reliability of the nozzle block.
Описание изобретенияDescription of the invention
Блок сопел крена (фиг.) содержит корпус 1, пару сопел 2, противоположно направленных друг другу, пару затворов 3, обеспечивающих перераспределение расхода рабочего тела между соплами и пневмопривод 4. Указанные сопла выполнены за одно целое с корпусом, а их оси О'-О' параллельны. Каждый затвор 3 выполнен из трубки 5 с продольными окнами 6. Один конец трубки 5 соединен со штоком пневмопривода 4, а другой - соединен со вставкой 7, имеющей критическое сечение сопла. В теле корпуса блока сопел между осями сопел О'-О' выполнена цилиндрическая полость 8, которая с двух сторон соединена с коллекторными полостями 9, расположенными коаксиально осям затворов 3. При этом цилиндрическая полость 8 соединена с трубопроводом 10, подключенным к источнику рабочей среды (не показано). Трубопровод 10 закреплен на крепежной опоре 11 блока сопел. Пневмопривод 4 содержит ступенчатый цилиндр 12 и ступенчатый поршень 13. Поршень большего диаметра 14 расположен сверху и закрыт крышкой 15, а его надпоршневая полость - управляющая полость 16 через штуцер 17 подсоединена к источнику газа высокого давления (не показано). Подпоршневая полость 18 этого поршня через дренажный штуцер 19 соединена с окружающей средой. Поршень меньшего диаметра 20 находится под воздействием рабочей среды высокого давления и высокой температуры. Герметизация радиальных зазоров между поршнями и цилиндрами пневмопривода осуществляется поршневыми кольцами 21 и 22, выполненными из пирографита, и стопорными кольцами 23 и 24. Торцевое уплотнение подпоршневой полости 18 осуществляется посадкой клапана 25 на седло 26 корпуса. Для обеспечения работоспособности блока в среде рабочего газа высокого давления и высокой температуры корпус 1, затворы 3, пневмопривод 4, сопла 2 и стопорные кольца 23 выполнены из жаропрочного никелевого сплава ХН43БМ-ТЮ, а стопорные кольца 24 выполнены из жаропрочного никелевого сплава ЭК-61 (ХН58БМ-ТЮ). Одинаковый материал деталей обеспечивает их одинаковое температурное расширение, что позволяет сохранять заданный зазор между трущимися поверхностями затворов, перемещающихся в корпусе, и исключить их заклинивание. Для той же цели на посадочные поверхности затворов нанесено антифрикционное покрытие из нитрида титана TiN. Рабочим телом блока сопел является окислительный газ, отбираемый после турбины турбонасосного агрегата, а управляющим газом блока является гелий с максимальным давлением 23,0 МПа.The block of roll nozzles (Fig.) contains a body 1, a pair of
Применение жаропрочных никелевых сплавов ХН43БМ-ТЮ и ЭК-61 (ХН58БМ-ТЮ) для изготовления блока сопел и ступенчатого пневмопривода, а также антифрикционного покрытия из нитрида титана TiN позволило создать блок сопел, надежно работающий в среде генераторного газа.The use of heat-resistant nickel alloys KhN43BM-Tyu and EK-61 (KhN58BM-Tyu) for the manufacture of a nozzle block and a stepped pneumatic drive, as well as an anti-friction coating of titanium nitride TiN, made it possible to create a nozzle block that reliably operates in a generator gas environment.
Выполнение затвора в виде трубки с антифрикционным покрытием, возратно-перемещающейся в цилиндрической направляющей, уменьшает трение, а также позволяет избежать жесткий контакт соприкасаемых поверхностей, что исключает возгорание конструкции в среде горячего окислительного газа.The execution of the shutter in the form of a tube with an anti-friction coating, reciprocating in a cylindrical guide, reduces friction, and also avoids hard contact between the contacting surfaces, which prevents the structure from igniting in a hot oxidizing gas environment.
Дополнительно, следует отметить, что коэффициент линейного расширения материала ЭК-61 в диапазоне температур от 400°С до 500°С - постоянен.Additionally, it should be noted that the coefficient of linear expansion of the EK-61 material in the temperature range from 400°C to 500°C is constant.
Работа блока сопелNozzle block operation
При подаче гелия в надпоршневую - управляющую полость 16 затвор 3 перемещается в сторону сопла 2 до упора в корпус 1 и перекрывает окна 6, исключая при этом утечки гелия из управляющей полости посадкой клапана 25 на седло 26. При снижении давления в управляющей полости 16 затвор 3 силой, возникающей от действия давления в полости 8 окислительного генераторного газа на площадь, определяемую наружным диаметром поршневых колец 22, перемещается до упора в крышку 15, соединяя при этом полость 8 с полостью сопла 2. Генераторный газ начинает истекать из сопла 2, создавая тягу.When helium is supplied to the over-piston -
При попеременном подведении управляющего гелия к другому затвору 3 изменяется направление тяги, создаваемой блоком сопел. Количество срабатываний каждого затвора за один полет ракеты- носителя может быть в пределах ста циклов.When the control helium is alternately supplied to another shutter 3, the direction of the thrust created by the nozzle block changes. The number of actuations of each shutter during one flight of the launch vehicle can be within the limits of one hundred cycles.
Промышленное применениеIndustrial Application
Предлагаемое изобретение найдет применение в ракетной технике для решения задач по управлению потоками горячего газа для создания тяги сопел крена. Применительно к выбранному варианту управления РН «Ангара» по крену разработаны элементы блоков сопел крена, которые находятся в стадии экспериментальной отработки.The proposed invention will find application in rocket technology to solve problems of hot gas flow control to create thrust in roll nozzles. In relation to the selected variant of the roll control of the Angara launch vehicle, elements of the roll nozzle blocks have been developed, which are at the stage of experimental development.
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019127372A RU2770972C2 (en) | 2019-08-30 | 2019-08-30 | Roll nozzle block |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019127372A RU2770972C2 (en) | 2019-08-30 | 2019-08-30 | Roll nozzle block |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2019127372A RU2019127372A (en) | 2021-03-01 |
RU2019127372A3 RU2019127372A3 (en) | 2022-02-22 |
RU2770972C2 true RU2770972C2 (en) | 2022-04-25 |
Family
ID=74857139
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019127372A RU2770972C2 (en) | 2019-08-30 | 2019-08-30 | Roll nozzle block |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2770972C2 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0329342A1 (en) * | 1988-02-11 | 1989-08-23 | British Aerospace Public Limited Company | Reaction control system |
RU2431053C1 (en) * | 2010-05-18 | 2011-10-10 | Сергей Евгеньевич Варламов | Liquid propellant rocket engine and roll nozzle block |
RU2455514C1 (en) * | 2011-04-04 | 2012-07-10 | Николай Борисович Болотин | Multistage booster-rocket, liquid propellant rocket engine and roll nozzle block |
US20140360157A1 (en) * | 2013-06-07 | 2014-12-11 | Raytheon Company | Rocket vehicle with integrated attitude control and thrust vectoring |
RU2587729C1 (en) * | 2015-04-08 | 2016-06-20 | Открытое акционерное общество "Конструкторское бюро химавтоматики" | Nozzle block |
-
2019
- 2019-08-30 RU RU2019127372A patent/RU2770972C2/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0329342A1 (en) * | 1988-02-11 | 1989-08-23 | British Aerospace Public Limited Company | Reaction control system |
RU2431053C1 (en) * | 2010-05-18 | 2011-10-10 | Сергей Евгеньевич Варламов | Liquid propellant rocket engine and roll nozzle block |
RU2455514C1 (en) * | 2011-04-04 | 2012-07-10 | Николай Борисович Болотин | Multistage booster-rocket, liquid propellant rocket engine and roll nozzle block |
US20140360157A1 (en) * | 2013-06-07 | 2014-12-11 | Raytheon Company | Rocket vehicle with integrated attitude control and thrust vectoring |
RU2587729C1 (en) * | 2015-04-08 | 2016-06-20 | Открытое акционерное общество "Конструкторское бюро химавтоматики" | Nozzle block |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2019127372A3 (en) | 2022-02-22 |
RU2019127372A (en) | 2021-03-01 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP3048368B1 (en) | Valve with dynamic valve seal having retaining features | |
CN109296765B (en) | Fluid flow control device for use with a fluid valve | |
RU2634999C1 (en) | Safety valve | |
CN205504121U (en) | Clamp type valve gap subassembly and have axial -flow type control valve of this subassembly | |
US10982779B2 (en) | Valve | |
US10302218B2 (en) | Drill stem safety valve actuator | |
EP2789917B1 (en) | Dynamic valve seal arrangement | |
RU2618634C1 (en) | Ball cock | |
RU2770972C2 (en) | Roll nozzle block | |
RU2467233C2 (en) | Valve | |
RU174792U1 (en) | AXIAL FLOW VALVE | |
RU181161U1 (en) | Axial Flow Control Valve | |
KR101452978B1 (en) | Valve for controlling thrust | |
US10119426B2 (en) | Slide valve for a waste heat recovery system | |
US1339114A (en) | Valve | |
RU181165U1 (en) | Control valve | |
JP5675425B2 (en) | SEAL STRUCTURE AND GAS TURBINE BYPASS AIR CONTROL DEVICE | |
RU2788017C1 (en) | Shutoff valve | |
RU2790912C1 (en) | Thrust throttle | |
RU2772454C1 (en) | Double-shut-off valve | |
RU2587729C1 (en) | Nozzle block | |
RU2559224C1 (en) | Liquid-propellant rocket engine (lpre) | |
RU2584044C1 (en) | Valve | |
RU2805269C1 (en) | Pneumatic valve | |
RU221100U1 (en) | Control valve |