Двигун керування

1. Двигун керування, що містить газогенератор твердого палива з корпусом і випускним патрубком, які оснащені шаром теплозахисту, вузол скидання надмірного тиску, сполучний газохід і керувальні клапани з тяговими соплами, який відрізняється тим, що двигун оснащений системою очищення газу, виконаною у вигляді комбінації фільтра попереднього очищення і фільтрів тонкого очищення, заряд газогенератора виконаний з твердого палива із зниженою теплотворною здатністю і пониженим вмістом твердої фази в продуктах згоряння, вузол скидання надмірного тиску виконаний у вигляді механічного пружного клапана, що розміщений на випускному патрубку в зоні з'єднання його з газоходом, та оснащений двома про U 2 (19) 1 3 на вхід керувальних клапанів і вузол керування тиском, який при роботі двигуна реалізує різні рівні тиску і тяги за рахунок зміни сумарної площі критичних перетинів сопел шляхом одночасного включення або виключення необхідної кількості сопел. Переваги цього двигуна в порівнянні з двигуном на стислому газі - більш високі енергетичні характеристики і менша маса. Недолік його полягає в тому, що під час вигоряння твердого палива в камері газогенератора із збільшенням її вільного об'єму, тривалість процесу переходу з одного рівня тиску і тяги на іншій рівень безперервно зростає і до кінця роботи може досягти декількох секунд, замість необхідних сотих часток секунди, що різко знижує динамічні характеристики двигуна. Інший недолік цього двигуна полягає в тому, що в його конструкції немає системи очищення продуктів згоряння твердого палива від твердих конденсованих частинок, що містяться в них, тому ці частинки можуть потрапити в зазори і посадочні місця рухомих елементів клапанів, що може порушити їх працездатність і понизити надійність двигуна. Ще один недолік цього двигуна полягає в тому, що використовування в ньому твердого палива з високою для даного типу двигунів температурою горіння (1650°С) вимушує застосовувати для самих нагрітих елементів його конструкції (газоходу і керувальних клапанів із соплами) жароміцні сплави типу вольфраму або молібдену, що мають високу густину, що збільшує масу двигуна. Технічною задачею є реалізація конструкції двигуна керування із постійним тиском і зниженою температурою газів і запобігання попаданню твердих частинок від палива та теплозахисту в робочі елементі клапанів. Технічним результатом даної корисної моделі є забезпечення точності і безперервності керування, високих динамічних характеристик, підвищеної надійності роботи і зниження маси двигуна на 15%. Рішення поставленої задачі здійснено за рахунок використання наступних відомих суттєвих ознак: двигун керування містить газогенератор твердого палива з корпусом і випускним патрубком, яки оснащені шаром теплозахисту, вузол скидання надмірного тиску, сполучний газохід і керувальні клапани з тяговими соплами, а також наступних відмінних суттєвих ознак: двигун керування оснащений системою очищення газу, виконаної у вигляді комбінації фільтру попереднього очищення і фільтрів тонкого очищення, заряд газогенератора виконаний з твердого палива із зниженою теплотворною здатністю і пониженим вмістом твердої фази в продуктах згоряння, вузол скидання надмірного тиску виконаний у вигляді механічного пружного клапана, що розміщений на випускному патрубку в зоні з'єднання його з газоходом, та оснащений двома протилежно направленими соплами, при цьому фільтр попереднього очищення встановлений на виході з газогенератора, а фільтри тонкого очищення встановлені на входах в керувальні клапани, а шар теплозахисту випускного патрубка і корпусу в зоні патрубка виконаний з матеріалу, який під впливом потоку гарячого газу 55024 4 забезпечує мінімальне віднесення твердих частинок, наприклад, вуглепластика. Виконання вузла скидання надмірного тиску у вигляді механічного пружинного клапану дозволяє при його виготовленні встановити тиск спрацьовування, що відповідає мінімальній швидкості горіння твердого палива з урахуванням температурних і технологічних розкидів швидкості горіння в партії твердого палива і понизити розкиди характеристик двигуна по тиску і тязі до ±5-7%, що забезпечує постійне значення тяги запропонованого двигуна без тривалих за часом перехідних процесів, а, отже, досягаються точність і високі динамічні характеристики керування ЛА и зменшення маси твердого палива. Оснащення двигуна системою фільтрації продуктів згоряння твердого палива з двох ступіней, а також виконання заряду з палива з мінімальним змістом твердої фази в продуктах згоряння і виконання теплозахисту з матеріалу з мінімальним віднесенням частинок, зменшує вірогідність пошкодження запірних поверхонь керувальних клапанів і підвищує надійність роботи двигуна. Виконання заряду з твердого палива із зниженою температурою продуктів згоряння дозволяє виконати нагріті елементи з теплостійких сталей і зменшити масу двигуна в порівнянні з прототипом. Конструкція і робота пропонованого пристрою пояснюється наступними ілюстраціями: Фіг. 1 схема конструкції двигуна. Фіг. 2 - розріз вихідного кінця патрубка, Фіг. 3 - розріз вузла скидання надмірного тиску. Двигун містить газогенератор 1 із зарядом твердого палива, корпус 2 із випускним патрубком 3, вузол скидання надмірного тиску 4, газохід 5, фільтри системи очищення газу 6 і 7, керувальні клапани 8 з тяговими соплами 9, шар теплозахисту 10 корпусу і шар теплозахисту 11 випускного патрубку, шток 12 із пружиною 13, сопла скидання 14, трубопровід скидання 15. Система очищення газу виконана з двох ступіней - з фільтру попереднього очищення 6 і фільтрів тонкого очищення 7. Заряд газогенератора виконаний з твердого палива з температурою продуктів згоряння не більше 1300°С і вмістом конденсованих частинок не більш 3%, вузол скидання 4 виконаний у вигляді механічного клапана. Теплозахист 10 і 11 виконаний з матеріалу, який під дією потоку гарячого газу дає мінімальне віднесення твердих частинок, наприклад, вуглепластика, а нагріті елементи конструкції (випускний патрубок 3, вузол скидання 4, газохід 5, фільтри 6 и 7, керувальні клапани 8 з соплами 9, сопла скидання 14 и трубопровід скидання 15) виконані з теплостійких конструкційних сталей. Двигун працює таким чином. У момент запуску від системи керування ЛА надходить електричний сигнал на запалення заряду твердого палива газогенератора. Після запалення гарячі гази від заряду поступають у фільтр попереднього очищення 6, потім в патрубок 3, а звідти через газохід 5 і фільтри тонкого очищення 7 до керувальних клапанів 8. Клапани 8 працюють по командах системи керування ЛА в дискретному (пульсуючому) режимі, і, поперемінне відкриваючи 5 або закриваючи сопла 9, створюють тягу. Клапани розташовані групами і працюють одночасно парами, створюючи керувальні зусилля по каналах тангажу, рискання і крену. Тиск, що виникає при запуску в газогенераторі двигуна, зростає до величини, яка відповідає тиску при мінімальній швидкості горіння твердого палива. Як тільки тиск перевищить цю величину, спрацьовує вузол (клапан) скидання надмірного тиску 4, оскільки на такий тиск спрацьовування виконується зусилля стиснення його пружини, клапан відкривається і випускає газ з надмірним тиском через трубопровід 15 в сопла скидання 14, які направлені протилежно один одному і не створюють тягу. Після скидання тиск відновлюється на рівні тиску спрацьовування. Подібні цикли роботи кла 55024 6 пана будуть повторюватися, в результаті в двигуні буде діяти постійний тиск. У варіанті конкретного виконання запропонований двигун загальною масою 45кгс має заряд твердого палива масою 18кгс з температурою продуктів згоряння 1200°С, а нагріті елементи його конструкції виконані з неіржавіючих сталей з густиною 7,8 - 7,9г/см3. Для порівняння, якби температура горіння була 1650°С (як у прототипу), то розрахункова маса заряду склала 15,3кгс, але загальна маса двигуна, в якому для нагрітих елементів потрібно було застосовувати вольфрам з густиною 19,3г/см3, тоді б склала 52кгс, тобто пропонована конструкція двигуна керування з постійним тиском і тягою, окрім переваг по динамічних характеристиках і працездатності, забезпечує на 15% меншу масу, ніж прототип. 7 Комп’ютерна верстка М. Мацело 55024 8 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601