UA46177C2 - Елемент для сопел ракетного двигуна, що має охолоджувані стінки сопел - Google Patents

Abstract

Винахід стосується сопла ракетного двигуна, що має охолоджувану стінку сопла, яка містить велику кількість близько розміщених охолоджувальних каналів (2), що простягаються від впускного кінця сопла до його випускного кінця. Щоб спростити виготовлення охолоджуваної стінки сопла у винаході пропонується складати згадану стінку сопла з декількох видовжених панелей (11), що простягаються від впускного кінця сопла до його випускного кінця і з'єднуються вздовж їхніх подовжніх бічних ребер (7), в кожній з яких сформовано ряд згаданих охолоджувальних каналів (2), що простягаються в панелях (11) у подовжньому напрямку.

Description

Опис винаходу

Винахід стосується елемента для сопел ракетного двигуна, що має охолоджувані стінки сопел, який має: 2 велику кількість близько розміщених охолоджувальних каналів, що простягаються від впускного кінця сопла до його випускного кінця.

Такі охолоджувані сопла ракетного двигуна повинні мати стінки, що є легкими й одночасно міцними і забезпечують рівномірне охолодження. Щоб забезпечити виконання цих вимог, у цільному металевому матеріалі стінки виконують велику кількість паралельних охолоджувальних каналів. охолоджувальні канали можуть бути 70 виконані або за допомогою механічної обробки матеріалу стінки і додаткових конструктивних рішень, або єдина стінка сопла може бути виготовлена з великого числа близько розміщених труб, з'єднаних разом. Крім того, стінка може бути виконана у вигляді шаруватої конструкції з двох матеріалів, в яких різними способами виконують западини, котрі у складеному стані утворюють канали.

Сопла ракетних двигунів згаданого вище типу відомі, наприклад, з патентів О5-5221 045, 0О5-5386 628, 719 1у8-5233 755, 05-4942 653 і 085-3768 256.

Крім того, що монтаж стінки з великою кількістю - декілька сотень - тонких труб є трудомістким і потребує багато часу. Таке сопло має й інші недоліки. Так, важко досягнути необхідної міцності конструкції в тангенціальному напрямку, якщо труби з'єднані одна з одною за допомогою пайки. Такі труби також зварювали дифузно, але надійної міцності в тангенціальному напрямку не було забезпечено.

У випадку застосування різних способів механічної обробки матеріалу стінки сопла з метою виконати канавки або виїмки, котрі потім накривають або об'єднують з іншим шаром матеріалу, щоб утворити канали, також важко виконати кінцеве з'єднання, наприклад, за допомогою зварювання, якщо зварювання піддається тиску охолоджувача.

Іншим недоліком всіх дотепер відомих конструкцій сопел є те, що використовуваний матеріал повинен мати с 29 необхідну міцність і, відповідно, матиме відносно високу щільність, як, наприклад, нержавіюча сталь або Ге) матеріали на основі нікелю. Тому такі, сопла важкі. Це великий недолік, бо велика маса сопла зменшує корисний вантаж ракети.

Мета винаходу - усунути недоліки рівня техніки і запропонувати сопло ракетного двигуна, яке можна було б значно легше і швидше виготовляти, міцність якого значно підвищилася б, а саме сопло було б легшим. -

Відповідно до цього винаходу мети досягають завдяки тому, що стінка сопла складається з декількох ча видовжених панелей, які простягаються від впускного кінця до випускного кінця сопла, об'єднуються вздовж їхніх подовжніх бічних країв, і в кожному з яких сформовано ряд суміжних охолоджувальних каналів, що -- простягаються у подовжньому напрямку. Ге)

Очевидно, що завдяки цьому зберігають багато часу, бо немає потреби у трудомісткій роботі, щоб скласти 3о велику кількість вузьких труб разом, а потім з'єднати їх по довжині. З

З'ясувалося, що, оскільки охолоджувальні канали виконано в панелях, то, відповідно до першого втілення цього винаходу, панелі стінок регенеративно охолоджуваних сопел ракетного двигуна можуть бути виготовлені з металу, повністю відмінного від того, що був використаний раніше, а саме з металу, який можна піддавати « штампуванню, наприклад, алюмінію, сплавів алюмінію або міді. Це означає додаткове спрощення і збереження З часу. Завдяки, в першу чергу, застосуванню алюмінію, збільшуючи розміри, порівняно з нержавіючою сталлю с або матеріалами на основі нікелю, можна забезпечити необхідну міцність панелей, але загальна маса на

Із» одиницю поверхні буде менша, ніж для згаданих матеріалів.

Експерименти і розрахунки показали, що висока теплопровідність, зокрема алюмінію, робить ризик перегрівання і плавлення, зокрема в критичних точках, несуттєвим. Якщо необхідно, внутрішню поверхню сопла 49 можна покрити, як відомо в рівні техніки, керамічним покриттям, що створює термічний бар'єр. шк Висока теплопровідність запропонованих матеріалів робить термічні напруження, низькими. Конструкція

Ге»! сопла залишається еластичною протягом всього циклу навантаження. Завдяки цьому спрощується проектування та розробка сопел. - Відповідно до другого втілення винаходу панель, виготовлену з штамповного металу, можна виготовляти з -І 20 двох штампованих частин, оснащених підхожими засобами з'єднання, з допомогою яких згадані частини панелей з'єднуються в замок, коли згадані засоби з'єднання проштовхують один в одного в осьовому напрямку. т Нижче необмежуючий приклад застосування винаходу описано з посиланням на супровідні малюнки, де: на

Фіг.1 показано вигляд панелі, виконаної відповідно до цього винаходу; на Фіг.2 показано вид з торця на дві панелі, зварені вздовж їхніх бічних країв, причому кожна панель складається з двох штампованих частин; на 22 ФігЗ показано вид з торця на дві панелі, зварені і оснащені з однієї сторони керамічним покриттям, що

ГФ) створює термічний бар'єр на гарячій стороні закінченого сопла, а на протилежній стороні - ребрами підсилення; юю на Фіг.4 показано вид з боку на дзвоноподібне сопло ракетного двигуна з панелями, виконаними методом спірального намотування; на Фіг.5 показано вигляд двох панелей, зварених разом і оснащених засобами з'єднання в замок, призначеними для утримування панелей разом; на Фіг.б збільшено показано зображені на 60 ФігА охолоджувальні канали у виконаних методом спірального намотування панелях сопла.

На Фігурі 1 показано елемент сопла, виконаний у вигляді панелі 11 відповідно до першого доцільного втілення цього винаходу. Видовжена панель 11 призначена утворювати частину стінки регенеративно охолоджуваних сопел ракетного двигуна або сопел ракетного двигуна, що має охолоджувані стінки сопел, і безперервно простягаються від впускного кінця сопла до його випускного кінця, причому передбачається ряд 62 панелей 11 подовжньо зварювати разом, утворюючи повну стінку сопла ракетного двигуна. Панель 11 оснащено рядом суміжних видовжених паралельних охолоджувальних каналів 2, вісім з яких показано у наведеному втіленні, які продовжуються на всю довжину панелі і мають, наприклад, овальний поперечний розріз.

Відповідно до одного з доцільних втілень цього винаходу кожну панель 11, показану на Фіг.1, виготовляють

З єдиного куска, переважно способом штампування алюмінію, сплавів алюмінію, міді або інших штамповних металів.

Як показано на Фіг.4, панелі 11 продовжуються у вигляді спіралі від впускного кінця З сопла 1 до його випускного кінця 4.

В одному з доцільних втілень панель 11 зовні оснащують бортами 5, 6 вздовж її бічних країв 7. Борти 5, б /о мають три елементи, призначені служити підсилювальними засобами проти жолоблення закінченого сопла, щоб забезпечити локальне збільшення товщини матеріалу в стику або зварюванні між панелями, і служити засобами тримання разом суміжних панелей на зварювальному ядрі (не показано) під час виготовлення вузла сопла, описаного нижче.

Борти 5 і б, показані на Фіг1, можна оснастити канавкою 8 і ребром 9, відповідно, з зовнішніх сторін 7/5 Кожного З бортів, і направленими всередину М-подібними канавками 10 - в кожному з бортів.

Канавка 8 і ребро 9, відповідно, бортів однієї панелі 11 пристосовані приймати відповідне ребро і канавка бортів суміжних панелей, з метою взаємного вирівнювання згаданих панелей на зварювальному ядрі (не показано), коли панелі потрібно зварювати одну з одною.

На Фігурі 2 показано друге втілення двох зварених разом панелей 21, виконаних відповідно до цього 2о винаходу. Кожну панель 21 виготовляють, спочатку штампуванням виконуючи частини 23, 24 панелей, з різних або з однакових матеріалів, а потім проштовхуючи їх одна в одну в осьовому напрямку щоб стикувати і, бажано, стягнути їх разом за формою, як, наприклад, у з'єднанні типу "ластівчин хвісту, або подібними засобами з'єднання. Кожну з частин 23, 24, панелей, показаних на Фіг. 2, з однієї сторони оснащено, наприклад, попередньо визначеним числом стрижнів і канавок, розміщених вздовж панельних частин панелі. Стрижні 26 на сч одній частині 24 панелі мають більшу висоту, ніж стрижні 25 на розміщеній на протилежному боці частині 23 панелі, щоб канали 22 були між частинами 23, 24 панелі після їх з'єднання. Верхні частини 23 панелі, (8) показаної на Фіг.2, складають холодну зовнішню частину сопла і утворюють, в принципі, опорну частину сопла, в той час, як нижня частина панелі повернута до полум'я і пристосовується до передачі тепла. Складені таким чином панелі 21 зовні зварюють разом вздовж їхніх подовжніх сторін, утворюючи сопло; на внутрішній частині М зо сопла панелі також зварюють разом. Зокрема, це втілення має переваги, коли охолоджувальні канали 22 сопла ракетного двигуна мають малий поперечний розріз. -

На Фіг. 2 показано втілення без бортів 5, 6 (дивіться Фіг.1), але фахівцям зрозуміло, що це втілення «- також може бути оснащене відповідними бортами, як описано вище. На Фігурі З показано варіант першого втілення, в якому панелі 11 оснащені, на частинах, що утворюють зовнішню поверхню сопла, ребрами ісе) підсилення 12, призначеними збільшити жорсткість сопла і переносити тепло. «Е

На цій фігурі також показано, що панелі можуть бути зварені на внутрішній частині сопла, також щоб збільшити жорсткість, але це, на відміну від другого втілення, не обов'язково.

У випадку, коли панелі першого або другого втілень оснащено бортами 5, б, на з'єднані борти можна насунути і приварити подовжні засоби з'єднання в замок 13, наприклад, як показано на Фіг.5, від випускного «

Кінця сопла до приблизно половини його висоти, тобто над областю, де напруження є максимальними. в с На Фігб у більшому масштабі показано панелі, що утворюють стінку сопла, в якій сформовані охолоджувальні канали 2. ;» Фахівцю ясно, що вищезгадані типи сопел ракетного двигуна на внутрішній частині можуть бути оснащені тепловим покриттям 14.

Відповідно до вищезгаданих втілень частину стінки з охолоджувальними каналами в згаданих панелях, їх розміщену на гарячій стороні сопла, для збільшення дієвості охолодження і зменшення температури матеріалу можна всередині охолоджувальних каналів оснастити засобами збільшення поверхні (не показано).

Ме. Хоч панелі відповідно до цього винаходу дуже добре підходять для виготовлення дзвоноподібних сопел - ракетного двигуна з охолоджуваною стінкою сопла, фахівцю ясно, що зі згаданих панелей можна також

Виготовляти, наприклад, сопла з центральним тілом або конусоподібні сопла. ш- Нижче коротко описано спосіб виготовлення регенеративно охолоджуваного дзвоноподібного сопла

І ракетного двигуна зі спорядженою каналом охолодження стінкою сопла, виготовленою з панелей відповідно до першого втілення цього винаходу, в якому згадані панелі продовжуються спіральне вздовж стінки сопла.

У першій операції прямі або попередньо зігнуті спіраллю панелі монтують зовні на малому кінці ДдЗВОНОПОДІбного ядра зварювання (не показано), що має ту ж форму, що й завершене сопло, з невеликим тангенціальним проміжком. Число панелей для звичайного типу сопла становить від 40 до 80, що для одного з

Ф) виготовлюваних сьогодні типів сопла означає близько 420 труб. Тангенціальний проміжок між панелями ка закривають, змінюючи кут панелі відносно осі сопла.

У другій операції у випадку панелей, оснащених бортами, на їхні бічні краї з боку меншого кінця бр зварювального ядра на згадані борти можна насунути засоби з'єднування панелей, причому до згаданих засобів належать, наприклад, перший набір "проміжників", що частково з'єднують панелі разом. У той же час зварювальне ядро обертають, ініціюючи надавання панелям спіральної форми. Потім "проміжники" протягують далі вздовж згаданих бортів і застосовують новий набір засобів, які повністю зводять і з'єднують згадані панелі разом. Канавки і ребра (дивіться Фіг.1) суміжних панелей входять один в одного і кріплять згадані 65 панелі радіальне.

У третій операції перші частини (малий кінець) панелей сопла зварюють разом, а потім операції 2 і З повторюють.

Claims (8)

Формула винаходу

1. Елемент для сопел ракетного двигуна, що має охолоджувані стінки сопел, який містить: велику кількість близько розміщених охолоджувальних каналів (2; 22), що продовжуються від впускного кінця (3) сопла до його випускного кінця (4), який відрізняється тим, що стінка сопла складається з декількох видовжених панелей (11; 70 21), котрі простягаються від впускного кінця до випускного кінця сопла і з'єднуються вздовж їхніх подовжніх бічних ребер (7), і в кожній з яких сформовано ряд суміжних охолоджувальних каналів (2; 22), котрі продовжуються вздовж панелей (11; 21).

2. Елемент для сопел за пунктом 1, зокрема для дзвоноподібного або конусоподібного сопла ракетного двигуна, який відрізняється тим, що панелям (11; 21) в стінці сопла надають спіральної форми.

3. Елемент для сопел за пунктом 2, зокрема для регенеративно охолоджуваного сопла ракетного двигуна (1), який відрізняється тим, що панелі (11; 21) виготовляють з металу, що пресується.

4. Елемент для сопел за пунктом 1 або 3, який відрізняється тим, що панелі (11; 21) виготовлені з алюмінію, сплавів алюмінію, міді або інших металів, що пресуються.

5. Елемент для сопел за будь-яким з пунктів 1 - 4, який відрізняється тим, що згадані панелі (11) виготовлені з одного куска.

б. Елемент для сопел за пунктом З, який відрізняється тим, що кожну панель (21) складають з двох суміщених частин (23, 24), кожну з яких на одній стороні оснащено попередньо визначеним числом засобів стикування (25, 26), так що після складання частин, застосовуючи рух з ковзанням, засоби стикування утримують згадані частини панелей разом, причому засоби стикування продовжуються в подовжньому напрямку до частин сч (23, 24) панелі, а засоби стикування (26) на одній з частин (24) панелі мають більшу висоту, ніж засоби стикування (25) на іншій частині (23) панелі, так що канали (22) утворюються між дном канавок у згаданій (о) частині (24) панелі, яка має засоби стикування (26) з більшою висотою, і верхньою частиною засобів стикування (25) з меншою висотою згаданої другої частини (23) панелі у складеному стані частин (23, 24) панелі.

7. Елемент для сопел за будь-яким з пунктів 1-6, який відрізняється тим, що бічні краї (7) панелей (11; 21) чн зо оснащено бортами (5, 6), що мають засоби (8, 9) для вирівнювання сусідніх панелей (11; 21).

8. Елемент для сопел за будь-яким з пунктів 1 - 7, який відрізняється тим, що внутрішню частину згаданого /ї- сопла (1) покрито покриттям (14), що створює термічний бар'єр. «- (Се) «

- . и? щ» (о) - -і що іме) 60 б5