Сопловой блок ракетного двигателя

Изобретение относится к области ракетостроения и предназначено для повышения среднего по траектории удельного импульса двигателя, являясь уточнением газодинамических и геометрических параметров конструкции соплового блока по результатам экспериментов. Цель изобретения -повышение эффективности соплового блока за счет конкретизации основных параметров. Сопловой блок ракетного двигателя содержит четыре одинаковых круглых сопла Лаваля 1 с расчетным давлением на срезе _а=0,7-0,6 Мпа., расположенных в один ряд при этом расстояние между срезами круглых сопел 1=0,2 и снабжен общим плоским насадком 2 с расчетным давлением на срезе _а=0,2-0,005 МПа. Лучшие характеристики обеспечены сопловым блоком с относительным расстоянием между срезами круглых сопел =0,2.(фиг.4). Для полного снятия перерасширения в сопловом блоке достаточно незначительное разведения тяговых стенок насадка _щ=1,3 (фиг.5).

Предлагаемое изобретение относится к области ракетостроения и предназначено для повышения среднего по траектории удельного импульса двигателя, являясь уточнением газодинамических и геометрических параметров конструкции соплового блока по результатам экспериментов.

Известен сопловой блок ракетного двигателя, состоящий из двух или нескольких круглых сопел Лаваля, расположенных в один ряд и дополнительно снабженных общим плоским насадком, каждая тяговая стенка которого является продолжением контуров сверхзвуковых частей круглых сопел, две боковые стенки насадка расположены перпендикулярно к тяговым стенкам насадка, отличающийся тем, что тяговые стенки насадка соединены с боковыми его стенками с помощью шарниров с возможностью их поворота и фиксации относительно боковых стенок насадка, причем шарниры расположены на расстоянии 0-0.5 L от выходного сечения насадка, где L -длина насадка. [Патент на изобретение №2145671, г. Москва, 20 февраля 2000 г.. Сопловой блок ракетного двигателя.]

Недостатком прототипа является низкая эффективность работы соплового блока.

Цель настоящего изобретения -повышение эффективности соплового блока за счет конкретизации основных параметров. Цель достигается тем, что сопловой блок ракетного двигателя, состоящий из двух или нескольких круглых сопел Лаваля, расположенных в один ряд и снабженных общим плоским насадком, каждая тяговая стенка которого является продолжением контуров сверхзвуковых частей круглых сопел, две боковые стенки насадка расположены перпендикулярно к тяговым стенкам насадка, причем количество расположенных в ряд круглых сопел не превышает четырех, расчетное давление на срезах круглых сопел а=0,7 -

0,6 МПа., на срезе плоского насадка _а=0,2-0,005 Мпа., относительное расстояние между срезами круглых сопел =0,2 (=h/d_кр, где h-расстояние между срезами круглых сопел, d_кр - диаметр критического сечения круглого сопла), F_щ - относительная площадь щелей между срезами круглых сопел и тяговыми стенками насадка _щ=1,3 (_щ=/F_кр, где F_щ - площадь щели, F_кр - суммарная площадь критических сечений круглых сопел).

На фиг.1 изображено продольное сечение соплового блока.

На фиг.2 изображен вид со стороны выходного сечения.

На фиг.3 представлена зависимость прироста тяги соплового блока от режима его работы для разного количества круглых сопел.

На фиг.4 представлен график зависимости прироста тяги соплового блока с разным расстоянием между срезами.

На фиг.5 представлен график зависимости прироста тяги соплового блока с различным раскрытием тяговых стенок.

Сопловой блок ракетного двигателя содержит четыре одинаковых круглых сопла Лаваля 1 с расчетным давлением на срезе _а=0,7-0,6 Мпа., расположенных в один ряд при этом расстояние между срезами круглых сопел 1=0,2 и снабжен общим плоским насадком 2 с расчетным давлением на срезе _а=0,2-0,005 Мпа. Каждая тяговая стенка 3 насадка является продолжением контуров сверхзвуковых частей круглых сопел 1, две боковые стенки насадка 4 параллельны между собой, расположены перпендикулярно к тяговым стенкам 3 насадка 2 и неподвижны. Параллельные стенки насдка 4 не создают тяги, а препятствуют растеканию газового потока. Тяговые стенки насадка имеют возможность разворота на шарнирах 5. Места

расположения шарниров 5 относительно длины насадка 2 существенного значения не имеют, так, как для полного снятия перерасширения газа необходимо незначительное раскрытие тяговых стенок 3 насадка 2.

Положение тяговых стенок 3 насадка на стартовом режиме показано на фиг.1 (поз.6), а на высотном режиме на фиг.1(поз.7).

Из графика на фиг.3 видно, что с увеличением количества расположенных в ряд круглых сопел (n) потери тяги соплового блока по сравнению с круглым высотным соплом на режимах перерасширения увеличиваются. Следовательно, использование соплового блока состоящего более чем из четырех круглых сопел, объединенных общим плоским насадком, менее целесообразно. По оси ординат отложен прирост тяги соплового блока, отнесенный к тяге идеально регулируемого сопла, а по оси абсцисс отношение давлений окружающей среды и истекающей струи газа.

Результаты экспериментов фиг.4 позволяют сделать вывод о том, что величина разнесения круглых сопел в рассматриваемой конструкции плоского соплового блока имеет существенное значение. Лучшие характеристики обеспечены сопловым блоком с относительным расстоянием между срезами круглых сопел =0,2. Можно предположить, что меньшее значение этого параметра =0 обеспечивает худшие характеристики по причине существенных потерь при спутном истечении струй из рядом стоящих круглых сопел. Ухудшение характеристик при =0.4, объясняется тем, что в донной области, между круглыми соплами, возникают вихревые обратные течения.

Из графика фиг.5 видно, что для полного снятия перерасширения в сопловом блоке (_щ=1,3) достаточно незначительного разведения тяговых стенок насадка. Пунктирной линией обозначен прирост тяги соплового блока без насадка.

Сопловой блок работает следующим образом. На старте и начальных участках траектории полета летательного аппарата, тяговые стенки 3 насадка

2 разведены в разные стороны (поз.6). В этом случае система скачков уплотнения газового потока находится на срезе круглых сопел 1, препятствуя перерасширению газа в сопле 1, отключая тяговые стенки 3 насадка 2, то есть участок сопла за скачком уплотнения не создает тяги. В этом случае в плотных слоях атмосферы сопловой блок работает на расчетном режиме. По мере подъема на высоту летательного аппарата давление окружающей среды уменьшается, а давление истекающей струи газа на срезах круглых сопел 1 (в зазоре между срезами круглых сопел 1 и тяговой стенкой 3 насадка 2 при ее развороте) становится больше атмосферного, при этом возникают потери тяги из-за недорасширения газа в круглых соплах 1. В этот момент щели закрываются путем сведения тяговых стенок 3 насадка 2 к срезам круглых сопел (поз.7).

При этом сопловой блок становится высотным и работает на режиме близком к расчетному, так как система скачков уплотнения со срезов круглых сопел переходит к высотному насадку, который начинает создавать тягу.

Таким образом, сопловой блок двигательной установки на всех участках траектории полета летательного аппарата работает на режиме близком к расчетному.

Предлагаемое изобретение дает конкретные рекомендации для проектирования авторегулируемого соплового блока ракетного двигателя первой ступени с плоским насадком.

Изобретение может найти применение в ракетной технике.

Сопловой блок ракетного двигателя, состоящий из двух или нескольких круглых сопел Лаваля, расположенных в один ряд и снабженных общим плоским насадком, каждая тяговая стенка которого является продолжением контуров сверхзвуковых частей круглых сопел, две боковые стенки насадка расположены перпендикулярно к тяговым стенкам насадка, отличающийся тем, что количество расположенных в ряд круглых сопел не превышает четырех, расчетное давление на срезах круглых сопел

=0,7-0,6 МПа., на срезе плоского насадка =0,2-0,005 МПа., относительное расстояние между срезами круглых сопел , где h- расстояние между срезами круглых сопел, d _кр - диаметр критического сечения круглого сопла, Р _щ - относительная площадь щелей между срезами круглых сопел и тяговыми стенками насадка

где Р_щ - площадь щели, Р_кр - суммарная площадь критических сечений круглых сопел.