Двигательная установка с круглым тарельчатым соплом
Предлагаемое изобретение относится к области ракетостроения, в частности, к жидкостным ракетным двигателям. Целью данной полезной модели является расширение области использования двигательной установки с тарельчатым соплом. Цель достигается тем, что в двигательной установке с круглым тарельчатым соплом, сверхзвуковая часть которого выполнена в виде усеченного конуса с профилированной образующей, содержащей торовую камеру сгорания, установленную на входе в сверхзвуковую часть круглого сопла, центральное тело, выполненное в виде диска и закрепленное внутри круглого сопла перпендикулярно его оси к внутренней стенке торовой камеры, а между стенкой круглого сопла и обечайкой внутренней стенки торовой камеры организована узкая кольцевая щель, согласно полезной модели на глухом торце торовой камеры по его периметру установлены круглые камеры сгорания со звуковыми соплами, при этом оси камер сгорания со звуковыми соплами параллельны оси тарельчатого сопла. Илл.2.
Предлагаемая полезная модель относится к области ракетостроения, в частности, к жидкостным ракетным двигателям.
Известно сопло с внутренним расширением (тарельчатое сопло), состоящее из профилированной сверхзвуковой части круглого сопла, торовой камеры сгорания, установленной на входе в сверхзвуковую часть круглого сопла, и центрального тела, выполненного в виде диска. Центральное тело закреплено внутри круглого сопла перпендикулярно его оси к внутренней стенке торовой камеры. Между стенкой круглого сопла и обечайкой внутренней стенки торовой камеры организована узкая кольцевая щель, служащая горлом тарельчатого сопла. [Книга «Основы теории и расчета жидкостных ракетных двигателей». Под ред. В.М.Кудрявцева. Том 1, стр.370].
В сопле с внутренним расширением (в тарельчатом сопле) сверхзвуковая струя, истекающая из узкой кольцевой щели, ограничивается, с одной стороны, твердой профилированной стенкой круглого сопла, а, с другой, свободной поверхностью струи (предельной линией тока), расположенной за центральным телом. Донная область за центральным телом всегда открыта (соединена с наружной атмосферой). Поэтому отклонение от оси сопла свободной поверхности струи газа ограничивается атмосферным давлением на данной высоте полета ракеты (давление на внешней границе газовой струи всегда равно атмосферному). Благодаря наличию свободной поверхности газовой струи, сопло с внутренним расширением обладает способностью автоматического регулирования высотности, то есть на любой высоте полета ракеты тарельчатое сопло работает на расчетном режиме.
Недостатком такого технического решения является то, что известное сопло может работать только на твердом топливе, что ограничивает использование тарельчатого сопла (торовая камера сгорания, работающая на жидком компоненте, еще не создана).
Целью данной полезной модели является расширение области использования двигательной установки с тарельчатым соплом.
Цель достигается тем, что в двигательной установке с круглым тарельчатым соплом, сверхзвуковая часть которого выполнена в виде усеченного конуса с профилированной образующей, содержащей торовую камеру сгорания, установленную на входе в сверхзвуковую часть сопла, центральное тело, выполненное в виде диска и закрепленное внутри круглого сопла перпендикулярно его оси к внутренней стенке торовой камеры, а между стенкой круглого сопла и обечайкой внутренней стенки торовой камеры организована узкая кольцевая щель, согласно полезной модели на глухом торце торовой камеры по его периметру установлены круглые камеры сгорания со звуковыми соплами, при этом оси камер сгорания со звуковыми соплами параллельны оси тарельчатого сопла.
На фиг.1 изображено продольное сечение двигательной установки с круглым тарельчатым соплом, снабженным круглыми камерами сгорания со звуковыми соплами.
На фиг.2 изображен разрез двигательной установки с круглым тарельчатым соплом в сечении А-А.
Двигательная установка с круглым тарельчатым соплом состоит из сверхзвуковой части 1, торовой камеры сгорания 2, установленной на входе в сверхзвуковую часть круглого сопла 1, центрального тела 3, выполненного в виде диска и прикрепленного внутри сверхзвуковой части круглого сопла 1 перпендикулярно его оси к внутренней стенке торовой камеры 2, а между стенкой сверхзвуковой части круглого сопла 1 и обечайкой внутренней стенки торовой камеры 2 организована узкая кольцевая щель 4, согласно полезной модели на глухом торце торовой камеры 2 по его периметру установлены круглые камеры сгорания 5 со звуковыми соплами 6, при этом оси камер сгорания 5 со звуковыми соплами 6 параллельны оси тарельчатого сопла 1.
Заявляемая двигательная установка с тарельчатым соплом работает следующим образом.
Продукты сгорания компонент топлива из звуковых сопел 6 камер сгорания 5 (фиг.1) втекают со звуковой скоростью в торовую камеру 2. Так как скорости струй газа звуковые, в торовой камере 2 легко происходит их перемешивание. Затем струя газа из торовой камеры 2 истекает единым сплошным потоком через узкую кольцевую щель 4 со сверхзвуковой скоростью.
На криволинейной поверхности сверхзвуковой части круглого тарельчатого сопла 1 происходит свободное расширение и ускорение сплошной сверхзвуковой струи газа, а на кромке узкого горла 4 торовой камеры 2 происходит разворот потока (возникает течение Прандтля-Майера) до тех пор, пока давление газа на внешней границе свободной струи (за центральным телом) не сравняется с атмосферным.
Таким образом, в тарельчатом сопле двигательной установки сверхзвуковая струя с одной стороны ограничивается твердой стенкой круглого тарельчатого сопла, а с другой - внешней граничной линией тока (атмосферным давлением), в результате чего тарельчатое сопло всегда работает на расчетном режиме.
В данном случае торовая камера используется как ресивер для накопления продуктов сгорания топлива, в ней не происходит горение компонент топлива. Поэтому в торовой камере не возникает высокочастотных колебаний давления газа и связанных с ними разрушений камеры, что дает возможность использовать тарельчатое сопло на двигательной установке ракеты-носителя, в результате чего можно увеличить полезный груз или дальность полета летательного аппарата, что, в свою очередь, даст положительный экономический эффект.
Двигательная установка с круглым тарельчатым соплом, сверхзвуковая часть которого выполнена в виде усеченного конуса с профилированной образующей, содержащая торовую камеру сгорания, установленную на входе в сверхзвуковую часть сопла, центральное тело, выполненное в виде диска и закрепленное внутри круглого сопла перпендикулярно его оси к внутренней стенке торовой камеры, а между стенкой круглого сопла и обечайкой внутренней стенки торовой камеры организована узкая кольцевая щель, отличающаяся тем, что на глухом торце торовой камеры по его периметру установлены круглые камеры сгорания со звуковыми соплами, при этом оси камер сгорания со звуковыми соплами параллельны оси тарельчатого сопла.
