Плоский сопловой блок ракетного двигателя
Предлагаемая полезная модель относится к области ракетостроения и предназначена для повышения среднего по траектории удельного импульса двигателя, за счет улучшения характеристик на средних режимах работы. Целью настоящей полезной модели является повышение эффективности соплового блока за счет организации принудительного контролируемого отрыва потока в перерасширенном высотном насадке. Сопловой блок ракетного двигателя содержит два и более одинаковых круглых земных сопла Лаваля 1 срезы которых охвачены общим плоским высотным насадком. Тяговые стенки 2 насадка имеют вырезы 3, с наружной их части установлены подвижные пластины 4 с узкими поперечными щелями 5. По мере подъема на высоту (с уменьшением атмосферного давления) одновременно, дискретно и контролируемо осуществляется отрыв потока газа на узких поперечных щелях 5. Такая схема позволяет решать вопросы одноступенчатого вывода летательного аппарата на орбиту.
Предлагаемая полезная модель относится к области ракетостроения и предназначено для повышения среднего по траектории удельного импульса двигателя.
Известен плоский сопловой блок ракетного двигателя, состоящий из двух или нескольких круглых сопл Лаваля, расположенных в один ряд и дополнительно снабженных общим плоским насадком, каждая тяговая стенка которого является продолжением контуров сверхзвуковых частей круглых сопл, две боковые стенки насадка расположены перпендикулярно к тяговым стенкам насадка, 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., Плоский сопловой блок ракетного двигателя.]
Недостатком прототипа является низкая эффективность работы соплового блока на средних режимах работы.
Цель настоящей полезной модели - повышение эффективности соплового блока за счет дискретного регулирования высотности на больших высотах.
Цель достигаеся тем, что сопловой блок ракетного двигателя, состоящий из двух или нескольких круглых сопл Лаваля, расположенных в один ряд и снабженных общим плоским насадком, каждая тяговая стенка которого является продолжением контуров сверхзвуковых частей круглых сопл, две боковые стенки насадка расположены перпендикулярно к тяговым стенкам насадка, причем на каждой тяговой поверхности выполнены сквозные вырезы, напротив каждого из них с наружной стороны установлены пластины, выполненные с возможностью перемещения их вдоль тяговых стенок и имеющие по одной узкой поперечной щели.
На фиг.1 изображено продольное сечение соплового блока при работе на средних высотах.
На фиг.2 изображен вид сверху соплового блока при работе на средних высотах.
На фиг.3 изображено продольное сечение соплового блока при работе на больших высотах.
На фиг.4 представлена зависимость прироста тяги соплового блока по сравнению с высотным круглым соплом.
Плоский сопловой блок ракетного двигателя содержит два и более одинаковых круглых сопла Лаваля 1, расположенных в один ряд. Выходные срезы сопл Лаваля 1 охвачены общим насадком. Две расширяющиеся (тяговые) стенки 2 насадка имеют сквозные вырезы 3. С наружной стороны тяговых стенок 2 имеются подвижные пластины 4. В каждой пластине выполнены узкие поперечные щели 5. Пластины 4 со щелями 5 имеют возможность одновременно перемещаться вдоль тяговых стенок 2 к выходному срезу насадка при помощи устройств 6. Боковые параллельные стенки насадка (щеки) 7 при этом неподвижны.
На средних режимах работы соплового блока, в плотных слоях атмосферы узкие поперечные щели 5, имеющиеся в пластинах 4 находятся напротив вырезов 3, ближе к срезам сопл Лаваля 1, обеспечивая при этом сообщение внутренней части насадка с наружной (внешней средой). Остальная часть вырезов 3 остается перекрытой сплошной поверхностью пластин 5.
По мере дальнейшего подъема на высоту (с уменьшением атмосферного давления) пластины 4, с расположенными в них поперечными щелями 5 одновременно и дискретно передвигаются при помощи устройств 6 ближе к срезу насадка (до конца вырезов 3). При этом вырезы 3 (кроме щелей 5) также остаются перекрытыми частями поверхностей пластин 5. В этом
случае части поверхностей пластин 5 выходит за срез насадка, т.е. длина тяговых стенок насадка 2 - увеличивается.
Плоский сопловой блок ракетного двигателя работает следующим образом. На старте и начальных участках траектории полета летательного аппарата (в плотных слоях атмосферы), тяга создается линейной связкой круглых сопл Лаваля 1, которые являются земными (с расчетным давлением на срезе ра=0,7-0,6 Мпа.) и работают на режимах близким к расчетному (обеспечивая максимальную тягу). Отрывом потока газа и удержанием его на срезах сопл Лаваля 1, который происходит на естественных уступах при переходе от срезов сопл Лаваля 1 к общему высотному насадку (с расчетным давлением на срезе ра=0,2-0,005 Мпа.) обеспечивается его (насадка) «отключение» т.е. он не участвует в создании тяги, а площади внутренних поверхностей не создают трения. При этом частично или полностью ликвидируются потери тяги связанные с перерасширением потока газа в насадке - принцип действия щелевого сопла.
По мере подъема на высоту летательного аппарата давление окружающей среды уменьшается, а давление истекающей струи газа на срезах круглых сопл Лаваля 1 становится больше атмосферного, при этом возникают потери тяги из-за недорасширения газа в круглых соплах Лаваля 1. В этот момент скачки уплотнения со срезов круглых сопл Лаваля 1 переходят на тяговые поверхности насадка и он «включается» в создание тяги соплового блока. Боковые параллельные щеки 7 при этом способствуют лишь предотвращению растекания многоструйного потока газа.
С момента перехода скачков уплотнения со срезов сопл Лаваля 1 на тяговые поверхности насадка 2 в насадке возникает перерасширение газа и соответствующие этому потери тяги. Обеспечение доступа атмосферного давления внутрь насадка через узкие щели 5 в подвижных пластинах 4 вначале на незначительном расстоянии от срезов круглых сопл Лаваля 1 способствует повторному отрыву потока газа и удержанию скачков уплотнения на срезе узкой поперечной щели 5. При этом, по мере
продвижения подвижных пластин 4 с узкими поперечными щелями 5 при помощи устройств 6 в сторону выходного сечения насадка, все большие тяговые поверхности насадка «включаются» в работу, обеспечивая при этом минимальные потери, связанные с перерасширением газа в насадке.
Помимо этого части пластин, которые выходят за срез насадка при их максимальном выдвижении также способны обеспечивать тягу на больших высотах (при очень низких давлениях атмосферы). Так же очень важно, что расположение узких поперечных щелей 5 на равных расстояниях от срезов сопл Лаваля 1, по мере их передвижения к срезу насадка, обеспечивает заведомо контролируемое место отрыва скачков уплотнения на тяговых стенках насадка, что исключает появление боковой составляющей тяги, наличие которой характерно для плоских течений.
Предлагаемая схема наиболее полно соответствует схеме идеально регулируемого сопла и может найти применение в ракетной технике.
Плоский 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 на каждой тяговой стенке выполнены сквозные вырезы, напротив каждого из них с наружной стороны установлены пластины, выполненные с возможностью перемещения их вдоль тяговых стенок и имеющие по одной узкой поперечной щели.
