Фланец поворотного сопла ракетного двигателя из композиционных материалов и способ изготовления фланца поворотного сопла ракетного двигателя из композиционных материалов

Фланец поворотного сопла ракетного двигателя из композиционных материалов и способ изготовления фланца поворотного сопла ракетного двигателя из композиционных материалов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Группа изобретений относится к области ракетостроения и может быть использована при создании конструкций двигателей ракет различного назначения.

Известно поворотное сопло для ракетного двигателя по заявке РСТ FR 03/02067 (03.07.2003), МПК⁷ F02K 9/84.

Известно поворотное сопло по патенту US 3726480 А (04.10.1973), МПК⁷ F02K 9/84.

Известно сопло с отклоняемым вектором тяги по патенту RU 2168047 С1 (11.10.1999), МПК⁷ F02K 9/84.

Известно поворотное сопло с управляемым вектором тяги реактивного двигателя, снабженное эластичным кольцом, по патенту RU 2247851 С2 (28.01.2000), МПК⁷ F02K 1/12.

Известно поворотное сопло с управляемым вектором тяги по патенту FR 2470253 А1 (29.05.1981), МПК⁷ F02K 1/12.

Известно поворотное сопло по патенту US 3696999 А (10.10.1972), MПK⁷ F02K 1/12.

Известна коническая оболочка вращения и способ ее изготовления, содержащая радиальные технологические зацепы, установленные внутри опорного торцевого шпангоута своими шляпками между слоями салфеток, выполненных в виде полос, по патенту RU 2350470 С1 (09.07.2007), МПК⁷ В29С 53/56.

Известен адаптер в виде сетчатой оболочки вращения конической формы, содержащей косые и кольцевые ребра, выполненные из уложенных послойно однонаправленных углеродных жгутов с нахлестами в перекрестиях, содержащий шпангоуты со стыковочными отверстиями, по патенту RU 2350818 С2 (04.04.2007), МПК⁷ F16L 9/12.

Фланцы поворотного сопла ракетного двигателя из композиционных материалов и способы его изготовления по известным устройствам и способам определяют общий уровень техники и не являются особо релевантными, поэтому предлагаемыми техническими решениями устраняются недостатки общего известного уровня техники.

Недостатками общего известного уровня техники для фланца являются его высокая масса и низкая надежность работы из-за низкой кольцевой и изгибной жесткости и потери устойчивости ребер в зоне действия высокого давления, возможности разгерметизации в этой зоне, низкой несущей способности переднего и заднего шпангоутов, на которых закреплены элементы поворота сопла, из-за низкой несущей способности опорного шпангоута, расположенного в средней части корпуса фланца и воспринимающего совместно с косыми ребрами высокие продольные нагрузки, при несимметричном их воздействии на ребра и возникновении в конструкции высоких изгибающих моментов, а также низкой прочности скрепления опорного шпангоута с ребрами и низкой сдвиговой прочности его слоев.

Недостатками общего известного уровня техники при реализации способа являются низкая технологичность намотки заднего и переднего кольцевых шпангоутов из-за возможности сползания кольцевых жгутов, низкая технологичность укладки жгутов косых ребер во всех кольцевых элементах, высокий расход материала и низкая технологичность расположения, базирования и укладки без гофров и складок салфеток опорного шпангоута с их технологическим скреплением, низкая технологичность оптимального расположения стыковочных отверстий опорного шпангоута, обеспечивающего в конструкции симметричное нагружение ребер, а также низкая технологичность обеспечения высокой точности мехобработки стыковочного торца опорного шпангоута из-за сложности привязки размеров и низкая технологичность установки в опорный шпангоут силовых элементов без повреждения волокон материала.

Технической задачей, на решение которой направлена заявляемая группа изобретений, является создание высокотехнологичной конструкции фланца поворотного сопла ракетного двигателя из композиционных материалов с повышенной надежностью его работы.

Технический результат для фланца поворотного сопла, который может быть достигнут при решении технической задачи, заключается в снижении массы и повышении надежности работы за счет повышения кольцевой и изгибной жесткости и исключения потери устойчивости ребер в зоне действия высокого давления и возможности разгерметизации в этой зоне, повышения несущей способности переднего и заднего шпангоутов, на которых закреплены элементы поворота сопла, за счет повышения несущей способности опорного шпангоута, расположенного в средней части корпуса фланца и воспринимающего совместно с косыми ребрами высокие продольные нагрузки, благодаря симметричному их воздействию на ребра и значительному снижению действующих в конструкции изгибающих моментов, а также за счет повышения прочности скрепления опорного шпангоута с ребрами и повышения сдвиговой прочности его слоев.

Технический результат для способа, который может быть достигнут при решении технической задачи, заключается в повышении технологичности и качества фланца за счет повышения технологичности намотки заднего и переднего кольцевых шпангоутов благодаря исключению возможности сползания кольцевых жгутов, повышения технологичности укладки жгутов косых ребер во всех кольцевых элементах и укладки герметичной оболочки с теплозащитным покрытием, повышения технологичности расположения, базирования и укладки без гофров и складок салфеток опорного шпангоута со снижением расхода материала с их технологическим скреплением, повышения технологичности оптимального расположения стыковочных отверстий опорного шпангоута, обеспечивающего в конструкции симметричное нагружение ребер, а также за счет повышения точности мехобработки стыковочного торца опорного шпангоута благодаря возможности базирования и привязки размеров и повышения технологичности установки в опорный шпангоут силовых элементов без повреждения волокон материала.

Для устройства поставленная задача с достижением технического результата решается тем, что фланец поворотного сопла ракетного двигателя из композиционных материалов включает конусообразный сетчатый корпус из косых обоих направлений и кольцевых ребер, выполненных из перекрещивающихся жгутов из однонаправленных углеродных нитей, пропитанных синтетическим связующим, расположенных послойно, с нахлестом в перекрестиях, переднего, опорного и заднего кольцевых шпангоутов, выполненных в виде усиленных кольцевых ребер за одно с корпусом, при этом передний и задний шпангоуты размещены внутри слоистых пластиковых профилей, собранных с корпусом и шпангоутами за единый технологический процесс, для чего в их стенках нарезаны канавки, в которых расположены косые ребра корпуса, а опорный шпангоут снабжен расположенными между слоями жгутов салфетками из композиционного материала, например углеткани, пропитанной полимерным связующим, при этом ребра корпуса на участке от переднего шпангоута до опорного снабжены снаружи герметичной оболочкой с теплозащитным покрытием, на которой выполнен посадочный пояс для сопряжения с посадочным отверстием фланца ракетного двигателя, в переднем и заднем шпангоутах выполнены отверстия для стыковки соответственно с шарнирным узлом подвижного корпуса раструба двигателя и с поясом крепления поворотных механизмов, а в опорном шпангоуте выполнены осевые отверстия для стыковки с фланцем двигателя, причем каждое это отверстие расположено над перекрестием косых ребер с передней кромкой, расположенной на стыковочном с фланцем двигателя торце, за габаритом сетчатого корпуса, а задней кромкой - внутри габарита стенки корпуса с пересечением оси отверстия и серединной конусообразной поверхности сетчатой стенки корпуса внутри ширины шпангоута.

Опорный шпангоут снабжен радиальными силовыми элементами.

Салфетки выполнены тарельчатой формы, составлены из секторов, уложенных встык со смещением стыков в последующих салфетках.

Салфетки выполнены двухслойными и снабжены радиальными силовыми элементами, выполненными в виде гвоздей со шляпками, расположенными между слоями салфеток.

Поставленная задача с достижением технического результата решается тем, что в способе изготовления фланца поворотного сопла ракетного двигателя из композиционных материалов, при котором на конусообразную оправку устанавливают слоистые пластиковые профили заднего и переднего кольцевых шпангоутов, вплотную к профилям укладывают разделительный слой из резиноподобного материала с выполнением в резиноподобном материале и профилях косых обоих направлений и кольцевых канавок, а также канавки опорного шпангоута с расположением каждой косой канавки на общем винтовом направлении на всей рабочей поверхности оправки во всех перечисленных элементах, затем послойно с нахлестом в перекрестиях наматывают жгуты, например углеродные, пропитанные синтетическим связующим, косых и кольцевых ребер и шпангоутов, укладывая в канавку опорного шпангоута на оправку и между слоями жгутов салфетки, обеспечивая их тарельчатую форму, затем после термообработки изделия, съема с оправки, удаления технологических припусков и разделительного слоя из резиноподобного материала, мехобработки стыковочных поверхностей, в том числе переднего торца опорного шпангоута, в последнем выполняют осевые отверстия для стыковки с фланцем двигателя с заходом режущего инструмента в переднем торце над перекрестием косых ребер и выходом в заднем торце в пределах просвета ячейки сетчатой структуры внутри габарита стенки корпуса с пересечением осью инструмента конусообразной серединной поверхности стенки корпуса до выхода режущего инструмента.

На ребра корпуса на участке от переднего шпангоута до опорного укладывают герметичную оболочку с теплозащитным покрытием, на которой выполняют посадочный пояс для сопряжения с посадочным отверстием фланца ракетного двигателя.

На оправку устанавливают разъемные металлические оформляющие торцы опорного шпангоута кольца с прорезями для косых ребер корпуса.

В процессе намотки в опорный шпангоут вставляют радиальные силовые элементы.

Тарельчатую форму салфеток из предварительно пропитанного и частично отвержденного материала, например углепластикового препрега, обеспечивают укладкой их в размягченном нагревом состоянии.

Углепластиковый препрег предварительно выкраивают в виде разверток для составленной из секторов салфетки тарельчатой формы, укладывают сектора встык, приматывая их двумя и более жгутами, охлаждая их в процессе укладки до затвердевания, причем последующие салфетки укладывают со смещением стыков относительно стыков предыдущих салфеток.

Салфетки выполняют двухслойными и снабжают их радиальными силовыми элементами, предварительно выполненными в виде гвоздей со шляпками, располагая шляпки между слоями салфеток.

Отличительными от общего известного уровня техники признаками для устройства являются следующие признаки:

- фланец выполнен из композиционных материалов, включает конусообразный сетчатый корпус из косых обоих направлений и кольцевых ребер, выполненных из перекрещивающихся жгутов из однонаправленных углеродных нитей, пропитанных синтетическим связующим, - признаки соответствуют критерию «изобретательский уровень», предусматривают обоснованное применение новых материалов, новую форму элементов и их новое взаимное расположение, направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата, значительного снижения массы и повышения надежности работы;

- передний и задний шпангоуты размещены внутри слоистых пластиковых профилей, собранных с корпусом и шпангоутами за единый технологический процесс, для чего в их стенках нарезаны канавки, в которых расположены косые ребра корпуса, - признаки соответствуют критерию «изобретательский уровень», предусматривают наличие новых элементов, новую форму элементов, их новое взаимное расположение и новую взаимосвязь, направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата, повышения несущей способности переднего и заднего шпангоутов, на которых закреплены элементы поворота сопла, за счет повышения их жесткости и прочности скрепления с ребрами корпуса;

- ребра корпуса на участке от переднего шпангоута до опорного снабжены снаружи герметичной оболочкой с теплозащитным покрытием, на которой выполнен посадочный пояс для сопряжения с посадочным отверстием фланца ракетного двигателя, - признаки соответствуют критерию «изобретательский уровень», предусматривают наличие новых элементов, новую взаимосвязь элементов и их новое взаимное расположение, направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата, повышения надежности работы за счет повышения кольцевой и изгибной жесткости и исключения потери устойчивости ребер в зоне действия высокого давления, благодаря заневоливанию ребер соединением с оболочкой и снижению тем самым их изгибной деформативности, а также возможности разгерметизации в этой зоне, кроме того, технический результат достигается повышением жесткости корпуса в этой зоне за счет наличия теплозащитного покрытия, скрепленного с оболочкой;

- каждое осевое отверстие опорного шпангоута расположено над перекрестием косых ребер с передней кромкой, расположенной на стыковочном с фланцем двигателя торце, за габаритом сетчатого корпуса, а задней кромкой - внутри габарита стенки корпуса с пересечением оси отверстия и серединной конусообразной поверхности сетчатой стенки корпуса внутри ширины шпангоута - признаки соответствуют критерию «изобретательский уровень», предусматривают новое взаимное расположение элементов, направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата, повышения надежности работы за счет повышения несущей способности опорного шпангоута, расположенного в средней части корпуса фланца и воспринимающего совместно с косыми ребрами высокие продольные нагрузки, благодаря симметричному их воздействию на ребра и значительному снижению действующих в конструкции изгибающих моментов;

- опорный шпангоут снабжен радиальными силовыми элементами - признаки соответствуют критерию «изобретательский уровень», предусматривают наличие новых элементов и новое их взаимное расположение, направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата, повышения надежности работы за счет повышения сдвиговой прочности слоев опорного шпангоута;

- салфетки выполнены тарельчатой формы, составлены из секторов, уложенных встык со смещением стыков в последующих салфетках, - признаки соответствуют критерию «изобретательский уровень», предусматривают наличие новых элементов, новое их взаимное расположение и новую взаимосвязь, направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата, повышения надежности работы за счет повышения несущей способности опорного шпангоута, прочности скрепления его с ребрами;

- салфетки выполнены двухслойными и снабжены радиальными силовыми элементами, выполненными в виде гвоздей со шляпками, расположенными между слоями салфеток, - признаки соответствуют критерию «изобретательский уровень», предусматривают наличие новых элементов, новое их взаимное расположение и новую взаимосвязь, направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата, повышения надежности работы за счет повышения прочности скрепления опорного шпангоута с ребрами и повышения сдвиговой прочности его слоев.

Отличительными от общего известного уровня техники признаками для способа являются следующие признаки:

- на конусообразную оправку устанавливают слоистые пластиковые профили заднего и переднего кольцевых шпангоутов, вплотную к профилям укладывают разделительный слой из резиноподобного материала с выполнением в резиноподобном материале и профилях косых обоих направлений и кольцевых канавок, а также канавки опорного шпангоута с расположением каждой косой канавки на общем винтовом направлении на всей рабочей поверхности оправки во всех перечисленных элементах - признаки соответствуют критерию «изобретательский уровень», предусматривают наличие новых операций, новых параметров операций и новую их последовательность, направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата, повышения технологичности и качества фланца за счет повышения технологичности намотки заднего и переднего кольцевых шпангоутов благодаря исключению возможности сползания кольцевых жгутов, повышения технологичности укладки жгутов косых ребер во всех кольцевых элементах;

- в канавку опорного шпангоута на оправку и между слоями жгутов укладывают салфетки - признаки соответствуют критерию «изобретательский уровень», предусматривают наличие новых операций, новых параметров операций и новую их последовательность, направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата, повышения технологичности расположения, базирования и укладки салфеток опорного шпангоута;

- обеспечивают салфеткам тарельчатую форму - признаки соответствуют критерию «изобретательский уровень», предусматривают наличие новых операций, направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата, повышения технологичности укладки салфеток опорного шпангоута;

- в опорном шпангоуте выполняют осевые отверстия для стыковки с фланцем двигателя с заходом режущего инструмента в переднем торце над перекрестием косых ребер и выходом в заднем торце в пределах просвета ячейки сетчатой структуры внутри габарита стенки корпуса с пересечением осью инструмента конусообразной серединной поверхности стенки корпуса до выхода режущего инструмента - признаки соответствуют критерию «изобретательский уровень», предусматривают наличие новых операций, новых параметров операций и новую их последовательность, направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата, повышения технологичности оптимального расположения стыковочных отверстий опорного шпангоута, обеспечивающего в конструкции симметричное нагружение ребер;

- на ребра корпуса на участке от переднего шпангоута до опорного укладывают герметичную оболочку с теплозащитным покрытием, на которой выполняют посадочный пояс для сопряжения с посадочным отверстием фланца ракетного двигателя, - признаки соответствуют критерию «изобретательский уровень», предусматривают наличие новых операций, новых параметров операций и новую их последовательность, направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата, повышения технологичности укладки герметичной оболочки с теплозащитным покрытием;

- на оправку устанавливают разъемные металлические оформляющие торцы опорного шпангоута кольца с прорезями для косых ребер корпуса - признаки соответствуют критерию «изобретательский уровень», предусматривают наличие новых операций, новых параметров операций и новую их последовательность, направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата, повышения технологичности за счет повышения точности мехобработки стыковочного торца опорного шпангоута благодаря возможности базирования и привязки выполняемых размеров;

- в процессе намотки в опорный шпангоут вставляют радиальные силовые элементы - признаки соответствуют критерию «изобретательский уровень», предусматривают наличие новых операций и новую их последовательность, направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата, повышения технологичности установки в опорный шпангоут силовых элементов без повреждения волокон материала;

- тарельчатую форму салфеток из предварительно пропитанного и частично отвержденного материала, например углепластикового препрега, обеспечивают укладкой их в размягченном нагревом состоянии - признаки соответствуют критерию «изобретательский уровень», предусматривают наличие новых операций, новых параметров операций и новую их последовательность, направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата, повышения технологичности укладки без гофров и складок салфеток опорного шпангоута;

- углепластиковый препрег предварительно выкраивают в виде разверток для составленной из секторов салфетки тарельчатой формы, укладывают сектора встык, приматывая их двумя и более жгутами, охлаждая их в процессе укладки до затвердевания, причем последующие салфетки укладывают со смещением стыков относительно стыков предыдущих салфеток, - признаки соответствуют критерию «изобретательский уровень», предусматривают наличие новых операций, новых параметров операций и новую их последовательность, направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата, снижения расхода материала и повышения технологичности укладки без гофров и складок салфеток опорного шпангоута;

- салфетки выполняют двухслойными и снабжают их радиальными силовыми элементами, предварительно выполненными в виде гвоздей со шляпками, располагая шляпки между слоями салфеток, - признаки соответствуют критерию «изобретательский уровень», предусматривают наличие новых операций, новых параметров операций и новую их последовательность, направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата, повышения технологичности укладки салфеток опорного шпангоута с их технологическим скреплением между собой и жгутами ребер.

Указанные отличительные признаки являются существенными, поскольку каждый в отдельности и все совместно направлены на решение поставленной задачи с достижением технических результатов. Использование единой совокупности существенных отличительных признаков в известных решениях не обнаружено, что характеризует соответствие технического решения критерию «новизна».

Единая совокупность новых существенных признаков с общими известными обеспечивает решение поставленной задачи с достижением технических результатов и характеризует предложенные технические решения существенными отличиями по сравнению с известным уровнем техники и аналогами. Данные технические решения являются результатом научно-исследовательской и экспериментальной работы по повышению технологичности ракетных двигателей с изменяемым вектором тяги с повышенной надежностью их работы без использования известных проектировочных решений, рекомендаций, материалов и обладают неочевидностью, что свидетельствует об их соответствии критерию «изобретательский уровень».

Сущность группы изобретений поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид фланца, фиг.2 - фланец, вид сверху, на фиг.3 - узел заделки опорного шпангоута, на фиг.4 - общий вид тарельчатой салфетки с гвоздями, на фиг.5 - развертка салфетки, на фиг.6 - сечение салфетки по гвоздю, на фиг.7 - узел заделки переднего шпангоута, на фиг.8 - то же, вид сверху, на фиг.9 - узел заделки заднего шпангоута, на фиг.10 - то же, вид сверху, на фиг.11 - общий вид способа изготовления фланца, на фиг.12 - то же, вид сверху.

Фланец 1 поворотного сопла 2 ракетного двигателя 3 из композиционных материалов включает конусообразный сетчатый корпус 4 из косых обоих направлений 5 и кольцевых 6 ребер, выполненных из перекрещивающихся жгутов 7 из однонаправленных углеродных нитей, пропитанных синтетическим связующим, расположенных послойно, с нахлестом в перекрестиях, переднего 8, опорного 9 и заднего 10 кольцевых шпангоутов, выполненных в виде усиленных кольцевых ребер за одно с корпусом 4, при этом передний 8 и задний 10 шпангоуты размещены внутри слоистых пластиковых профилей 11 и 12, собранных с корпусом 4 и шпангоутами 8 и 10 за единый технологический процесс, для чего в их стенках нарезаны канавки 13, в которых расположены косые ребра 5 корпуса 4, а опорный шпангоут 9 снабжен расположенными между слоями жгутов 7 салфетками 14 из композиционного материала, например углеткани, пропитанной полимерным связующим, при этом ребра 5 и 6 корпуса 4 на участке от переднего шпангоута 8 до опорного 9 снабжены снаружи герметичной оболочкой 15 с теплозащитным покрытием, на которой выполнен посадочный пояс для сопряжения с посадочным отверстием фланца 16 ракетного двигателя 3, в переднем 8 и заднем 10 шпангоутах выполнены отверстия 17 для стыковки соответственно с шарнирным узлом 18 подвижного корпуса раструба 2 двигателя 3 и с поясом крепления поворотных механизмов 19, а в опорном шпангоуте выполнены осевые отверстия 20 для стыковки с фланцем 16 двигателя 3, причем каждое это отверстие 20 расположено над перекрестием косых ребер 5 с передней кромкой 21, расположенной на стыковочном с фланцем двигателя торце 22, за габаритом 23 сетчатого корпуса 4, а задней кромкой 24 - внутри габарита 25 стенки корпуса 4 с пересечением 26 оси 27 отверстия и серединной конусообразной поверхности 28 сетчатой стенки корпуса 4 внутри ширины 29 шпангоута 9.

Опорный шпангоут 9 снабжен радиальными силовыми элементами 30.

Салфетки 14 выполнены тарельчатой формы, составлены из секторов 31, уложенных встык 32 со смещением стыков в последующих салфетках.

Салфетки 14 выполнены двухслойными и снабжены радиальными силовыми элементами 30, выполненными в виде гвоздей 33 со шляпками 34, расположенными между слоями салфеток.

В способе изготовления фланца 1 поворотного сопла 2 ракетного двигателя 3 из композиционных материалов на конусообразную оправку 35 устанавливают слоистые пластиковые профили заднего 12 и переднего 11 кольцевых шпангоутов, вплотную к профилям укладывают разделительный слой 36 из резиноподобного материала с выполнением в резиноподобном материале и профилях косых 37 обоих направлений и кольцевых 38 канавок, а также канавки 39 опорного шпангоута с расположением каждой косой канавки 37 на общем винтовом направлении на всей рабочей поверхности оправки 35 во всех перечисленных элементах, затем послойно с нахлестом в перекрестиях наматывают жгуты 7, например углеродные, пропитанные синтетическим связующим, косых 5 и кольцевых 6 ребер и шпангоутов, укладывая в канавку 39 опорного шпангоута на оправку 35 и между слоями жгутов 7 салфетки 14, обеспечивая их тарельчатую форму, затем после термообработки изделия, съема с оправки 35, удаления технологических припусков и разделительного слоя 36 из резиноподобного материала, мехобработки стыковочных поверхностей, в том числе переднего торца 22 опорного шпангоута 9, в последнем выполняют осевые отверстия 20 для стыковки с фланцем 16 двигателя 3 с заходом режущего инструмента в переднем торце 22 над перекрестием косых ребер и выходом в заднем торце 40 в пределах просвета 41 ячейки сетчатой структуры внутри габарита 25 стенки корпуса с пересечением 26 осью 27 инструмента конусообразной серединной поверхности 28 стенки корпуса до выхода режущего инструмента.

На ребра 7 корпуса на участке от переднего шпангоута 8 до опорного 9 укладывают герметичную оболочку 15 с теплозащитным покрытием, на которой выполняют посадочный пояс для сопряжения с посадочным отверстием фланца 16 ракетного двигателя 3.

На оправку устанавливают разъемные металлические оформляющие торцы 40 опорного шпангоута 9 кольца 42 с прорезями 43 для косых ребер 5 корпуса.

В процессе намотки в опорный шпангоут вставляют радиальные силовые элементы 30.

Тарельчатую форму салфеток 14 из предварительно пропитанного и частично отвержденного материала, например углепластикового препрега, обеспечивают укладкой их в размягченном нагревом состоянии.

Углепластиковый препрег предварительно выкраивают в виде разверток для составленной из секторов 31 салфетки 14 тарельчатой формы, укладывают секторы 31 встык 32, приматывая их двумя и более жгутами, охлаждая их в процессе укладки до затвердевания, причем последующие салфетки 14 укладывают со смещением стыков 32 относительно стыков предыдущих салфеток.

Салфетки 14 выполняют двухслойными и снабжают их радиальными силовыми элементами 30, предварительно выполненными в виде гвоздей 33 со шляпками 34, располагая шляпки 34 между слоями салфеток 14.

Пример конкретного исполнения фланца 1 заключается в том, что герметичная оболочка 15 изготовлена заранее из жаропрочного материала, аналогичного материалу раструба сопла 2 двигателя 3, и приклеена к сетчатому корпусу 4 фланца 1.

Пример конкретного исполнения способа заключается в том, что герметичную оболочку 15 изготавливают заранее из жаропрочного материала, аналогичного материалу раструба сопла 2 двигателя 3, и приклеивают к сетчатому корпусу 4 фланца 1. Опорный шпангоут 9 наматывают в ограничительных кольцах 42 для предотвращения сползания материала, при этом задний торец 40 шпангоута, оформленный кольцом 42, принимают за базу при мехобработке (точении) переднего торца, которая должна быть выполнена с высокой степенью точности, так как точение заднего торца 40 за один установ с передним осуществить невозможно, так как он располагается внутри сетчатой структуры. Высокая степень точности обработки переднего торца обусловлена оптимальным сжатием материала шпангоута без разрушения и обеспечением оптимального усилия затяжки элементов крепления опорного шпангоута 9 к фланцу 16 двигателя 3.

Работает фланец 1 поворотного сопла 2 ракетного двигателя 3 следующим образом. При работе двигателя 3 элементы конструкции на участке от переднего шпангоута 8 до опорного 9 подвержены воздействию высокого рабочего давления. Наиболее нагруженный узел - опорный шпангоут 9, подверженный воздействию продольных нагрузок. Благодаря симметричному воздействию этих нагрузок на косые ребра 5, за счет оптимального расположения стыковочных отверстий 20 значительно снижены действующие в конструкции изгибающие моменты, что позволило значительно повысить несущую способность этого узла.

Таким образом, использование группы изобретений позволит создать высокотехнологичную конструкцию фланца поворотного сопла ракетного двигателя с повышенной надежностью работы, что и подтверждает использование группы изобретений по назначению. Осуществимость группы изобретений подтверждена положительными результатами испытаний образцов и фрагментов конструкций, разработка и изготовление которых полностью основаны на представленном описании. В связи с этим новое техническое решение соответствует и критерию «промышленная применимость», т.е. уровню изобретения.

1. Фланец поворотного сопла ракетного двигателя из композиционных материалов, включающий конусообразный сетчатый корпус из косых обоих направлений и кольцевых ребер, выполненных из перекрещивающихся жгутов из однонаправленных углеродных нитей, пропитанных синтетическим связующим, расположенных послойно, с нахлестом в перекрестиях, переднего, опорного и заднего кольцевых шпангоутов, выполненных в виде усиленных кольцевых ребер заодно с корпусом, при этом передний и задний шпангоуты размещены внутри слоистых пластиковых профилей, собранных с корпусом и шпангоутами за единый технологический процесс, для чего в их стенках нарезаны канавки, в которых расположены косые ребра корпуса, а опорный шпангоут снабжен расположенными между слоями жгутов салфетками из композиционного материала, например углеткани, пропитанной полимерным связующим, при этом ребра корпуса на участке от переднего шпангоута до опорного снабжены снаружи герметичной оболочкой с теплозащитным покрытием, на которой выполнен посадочный пояс для сопряжения с посадочным отверстием фланца ракетного двигателя, в переднем и заднем шпангоутах выполнены отверстия для стыковки соответственно с шарнирным узлом подвижного корпуса раструба двигателя и с поясом крепления поворотных механизмов, а в опорном шпангоуте выполнены осевые отверстия для стыковки с фланцем двигателя, причем каждое это отверстие расположено над перекрестием косых ребер с передней кромкой, расположенной на стыковочном с фланцем двигателя торце, за габаритом сетчатого корпуса, а задней кромкой - внутри габарита стенки корпуса с пересечением оси отверстия и серединной конусообразной поверхности сетчатой стенки корпуса внутри ширины шпангоута.

2. Фланец по п.1, отличающийся тем, что опорный шпангоут снабжен радиальными силовыми элементами.

3. Фланец по п.1, отличающийся тем, что салфетки выполнены тарельчатой формы, составлены из секторов, уложенных встык со смещением стыков в последующих салфетках.

4. Фланец по п.3, отличающийся тем, что салфетки выполнены двухслойными и снабжены радиальными силовыми элементами выполнеными в виде гвоздей со шляпками, расположенными между слоями салфеток.

5. Способ изготовления фланца поворотного сопла ракетного двигателя из композиционных материалов, при котором на конусообразную оправку устанавливают слоистые пластиковые профили заднего и переднего кольцевых шпангоутов, вплотную к профилям укладывают разделительный слой из резиноподобного материала с выполнением в резиноподобном материале и профилях косых обоих направлений и кольцевых канавок, а также канавки опорного шпангоута с расположением каждой косой канавки на общем винтовом направлении на всей рабочей поверхности оправки во всех перечисленных элементах, затем послойно с нахлестом в перекрестиях наматывают жгуты, например, углеродные, пропитанные синтетическим связующим, косых и кольцевых ребер и шпангоутов, укладывая в канавку опорного шпангоута на оправку и между слоями жгутов салфетки, обеспечивая их тарельчатую форму, затем после термообработки изделия, съема с оправки, удаления технологических припусков и разделительного слоя из резиноподобного материала, мехобработки стыковочных поверхностей, в том числе переднего торца опорного шпангоута, в последнем выполняют осевые отверстия для стыковки с фланцем двигателя с заходом режущего инструмента в переднем торце над перекрестием косых ребер и выходом в заднем торце в пределах просвета ячейки сетчатой структуры внутри габарита стенки корпуса с пересечением осью инструмента конусообразной серединной поверхности стенки корпуса до выхода режущего инструмента.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что на ребра корпуса на участке от переднего шпангоута до опорного укладывают герметичную оболочку с теплозащитным покрытием, на которой выполняют посадочный пояс для сопряжения с посадочным отверстием фланца ракетного двигателя.

7. Способ по п.5, отличающийся тем, что на оправку устанавливают разъемные металлические оформляющие торцы опорного шпангоута кольца с прорезями для косых ребер корпуса.

8. Способ по п.5, отличающийся тем, что в процессе намотки в опорный шпангоут вставляют радиальные силовые элементы.

9. Способ по п.5, отличающийся тем, что тарельчатую форму салфеток из предварительно пропитанного и частично отвержденного материала, например углепластикового препрега, обеспечивают укладкой их в размягченном нагревом состоянии.

10. Способ по п.9, отличающийся тем, что углепластиковый препрег предварительно выкраивают в виде разверток для составленной из секторов салфетки тарельчатой формы, укладывают секторы встык, приматывая их двумя и более жгутами, охлаждая их в процессе укладки до затвердевания, причем последующие салфетки укладывают со смещением стыков относительно стыков предыдущих салфеток.

11. Способ по п.10, отличающийся тем, что салфетки выполняют двухслойными и снабжают их радиальными силовыми элементами, предварительно выполненными в виде гвоздей со шляпками, располагая шляпки между слоями салфеток.