Управляющие поворотные и вращающиеся сопла

 

Управляющие усилия в поворотных соплах создаются путем поворота струи вместе с соплом, при этом происходит поворот вектора тяги относительно продольной оси двигателя. Широкое применение поворотных сопел в качестве исполнительных органов управления объясняется следующими преимуществами:

1. Малыми потерями тяги в процессе функционирования сопла и незначительными нулевыми потерями.

2. Линейной зависимостью управляющей силы от угла поворота сопла.

3. Стабильностью основных характеристик в течение работы двигателя.

4. Относительной простотой конструкции и весовым совершенством.

Поворотное сопло состоит обычно из неподвижной части, которая крепится к сопловому днищу, и подвижной. Подвижная часть соединяется с неподвижной с помощью подвеса. Зазор между подвижной и неподвижной частями герметизируется с помощью уплотнения.

Узел уплотнения один из самых ответственных элементов поворотного сопла, так как предотвращает проход газов через линию разъема. Контактная поверхность между неподвижной и подвижной частями ПУС изготавливается на начальном этапе в виде сферического подшипника скольжения.

Сложность изготовления и монтажа сферических подшипников, приводов большой мощности вызвала интенсивные работы по созданию новых принципов проектирования поворотных сопел. Функциональное совмещение функций шарнира и уплотнения привело к созданию поворотных сопел на жидкостных и эластичных опорных шарнирах (ЭОШ).

Поворотные сопла на эластичном опорном шарнире получили наибольшее распространение из-за их достаточно малой массы, хорошей технологичности и низкой стоимости, хорошей воспроизводимости характеристик в процессе эксплуатации.

На рис. 8.5 показано поворотное сопло (ПУС) с жидкостным подшипником, состоящее из неподвижной (2) и подвижной (1) частей. Подвижная и неподвижная части соединены через кольцевой поршень, заключенный в гибкую манжету (3), внутри которой находится при высоком давлении силиконовая смазка. При работе ПУС отклоняется, и смазка перетекает в кольцевом направлении. ПУС размещается внутри прочноскрепленного с корпусом (8) заряда 6 в специально организуемой полости (5). Для предотвращения попадания газов в жидкостный подшипник служит манжетный узел (7).

 

Рис. 8.5.

 

На рис. 8.6 показаны варианты ПУС с эластичным опорным шарниром (ЭОШ). В зависимости от направления укладки жестких элементов различают ЭОШ с передним и задним центрами вращения (рис. 8.6а, 8.6б). В этих вариантах ЭОШ 1 размещается между подвижной (4) и неподвижной (3) частями ПУС. Поворот осуществляется с помощью электрогидравлических рулевых машин (2). Дальнейшим развитием ПУС с ЭОШ является вариант конструкции с двойным шарниром (рис. 8.6в). В нём имеются два ЭОШ (один с – передним (1), другой – с задним (2) центрами вращения), размещенные между подвижной (4) и неподвижной (5) частями ПУС. Поворот осуществляется с помощью электрогидравлической рулевой машины (3). К преимуществам двойного ЭОШ относится обеспечение большого угла поворота ПУС и значительное уменьшение потребного для поворота усилия, создаваемого РМ.

 

Рис. 8.6.

 

Величина управляющего усилия поворотного сопла может быть легко найдена из уравнения: R_у = R_х × sinq, где R_х – тяга создаваемая поворотным соплом при q= 0; q – угол поворота сопла, т.е. угол между осью сопла и продольной осью ракеты. Потери тяги при функционировании поворота сопла можно оценить по формуле: D R_х = R_х ×(1-cosq). Величина угла поворота для поворотных управляющих сопел лежит в пределах от 2 до 10⁰.

Вращающиеся сопла по характеру управляющей силы аналогичны поворотным. Характерной особенностью вращающихся сопел является наличие угла между продольной осью сопла и осью вращения. При обкатке поворотной части сопла относительно неподвижной угол рассогласования увеличивается, боковая сила возрастает. Преимущество вращающихся сопел заключается в резком уменьшении момента трения вследствие замены трения скольжения трением качения, а следовательно, – в уменьшении потребной мощности рулевых приводов. Основными недостатками вращающихся сопел являются: наличие большого и тяжелого узла подшипника и его опоры, повышенные по сравнению, например, с поворотными соплами энергозатраты рулевого привода.