Комбинированное высотное сопло лаваля с выдвижным насадком
Высотное профилированное сопло Лаваля состоит из «земного» короткого сопла двигателя 1-ой ступени и выдвижного высотного насадка. Профиль короткого сопла Лаваля выполнен в виде контура «земного» сопла двигателя 1-ой ступени, а за срезом «земного» сопла в месте стыковки выдвижного насадка образован излом контура. При этом полууглы срезов земного сопла 
а и насадка 1 составляют а=1=4°÷20°, а полуугол на входе в насадок - вx=15°÷70°. Изобретение направлено на повышение среднего по траектории полета удельного импульса двигательной установки летательного аппарата. 5 илл.
Предлагаемая полезная модель относится к области ракетостроения и может найти применение, в частности, в однокамерных жидкостных ракетных двигателях первой и второй ступеней, работающих со старта на Земле.
Известно сопло ракетного двигателя (раздвижное), которое содержит основную неподвижную часть 20, выдвижной насадок 22 и механизм для выдвижения насадка 30 (патент Франции 
2743110 1995 г.).
Известно также раздвижное сопло ракетного двигателя, которое содержит стационарный раструб с рубашкой охлаждения, выдвижной сопловой насадок и механизм для выдвижения насадка (патент РФ 2237189, 2004 г.).
Недостатком вышеперечисленных сопел является большие потери тяги из-за рассеяния газа в сопле при его работе в плотных слоях атмосферы на малой высоте полета ракеты, связанные с наличием большого угла на срезе неподвижной части раздвижного комбинированного высотного сопла, и, как следствие низкий средний по траектории полета удельный импульс двигателя.
Задачей настоящей полезной модели является повышение среднего по траектории полета удельного импульса ракетного двигателя.
Поставленная задача решается за счет того, что в высотном сопле Лаваля с гладким контуром, состоящем из неподвижного короткого сопла Лаваля и высотного выдвижного насадка, профиль короткого сопла Лаваля выполнен в виде контура стандартного «земного» сопла двигателя 1-ой ступени. При этом за срезом «земного» сопла в месте его стыковки с насадком образован излом контура, полууглы срезов «земного» сопла а и выдвижного высотного насадка 1 составляют а=1=4°÷20°, а полуугол на входе в насадок (за изломом контура) - вх=15°÷70°.
На фиг.1 изображено продольное сечение заявляемого комбинированного сопла Лаваля с выдвижным насадком на старте ракеты с земли
На фиг.2 изображено продольное сечение заявляемого комбинированного сопла Лаваля с выдвижным насадком при полете ракеты на высоте
Заявляемое высотное сопло Лаваля с выдвижным насадком (фиг.1) содержит неподвижное «земное» сопло 1 двигателя 1-ой ступени и, соосно с ним установленный круглый высотный насадок 2, соединенные между собой механизмом выдвижения насадка 3. При этом в месте стыковки насадка с «земным» соплом образован излом контура. Полууглы срезов земного сопла 1 a и насадка 2 1 составляют а=1=4°÷20°, а полуугол на входе в насадок (за изломом контура) составляет вх=15°÷60° (фиг.2).
Заявляемое комбинированное сопло Лаваля с выдвижным насадком работает следующим образом.
При полете ракеты в плотных слоях атмосферы высотный насадок 2 находится за неподвижным «земным» соплом 1 (фиг.1), благодаря чему короткое «земное» сопло работает на штатном оптимальном режиме, близком к расчетному.
Сопло Лаваля развивает максимальную тягу только тогда, когда давление газа на его срезе равно атмосферному. Так как «земное» сопло двигателя 1-ой ступени имеет фиксированную геометрическую степень расширения, то есть рассчитано на одно конкретно заданное давление, а атмосферное давление является переменным по высоте полета ракеты, то для того чтобы двигатель развивал максимальную удельную тягу по всей высоте полета, сопло с выдвижным насадком (высотное составное сопло) не должно иметь гладкий контур. Таким образом, при работе в плотных слоях атмосферы такое сопло должно иметь профиль «земного» сопла двигателя 1-ой ступени, а на высоте (в разреженной атмосфере) - к земному соплу должен быть пристыкован путем выдвижения высотный насадок.
Для того, чтобы повысить средний по траектории полета удельный импульс двигателя при полете ракеты в верхних слоях атмосферы и снижении внешнего давления, выдвигается высотный насадок 2 (фиг.2) и комбинированное сопло Лаваля становится высотным, но с изломом контура. В результате этого высотное сопло Лаваля работает вновь на режиме близком к расчетному.
Благодаря последовательному включению в работу сначала неподвижного «земного» сопла 1, а затем высотного насадка 2, высотная характеристика сопла Лаваля с выдвижным насадком близка к характеристике сопла с непрерывно регулируемой высотностью.
Выбранный диапазон значения полуугла на срезе круглого сопла объясняется тем, что при полуугле на срезе круглого сопла 1 - а<4° длина сверхзвуковой части сопла увеличится, в результате чего произойдет утяжеление конструкции двигателя из-за слишком большого увеличения габаритов сопла, а при а>20° произойдет повышение потерь тяги на рассеяние газа.
При полуугле на срезе высотного насадка 2 - а<4° длина насадка увеличится, в результате чего произойдет утяжеление конструкции двигателя из-за слишком большого увеличения габаритов сопла, а при а>20° произойдет повышение потерь тяги на рассеяние.
При полуугле на входе в насадок 2 - вх<15° длина насадка увеличится, в результате чего произойдет утяжеление конструкции двигателя из-за слишком большого увеличения габаритов сопла, а при вх>70° произойдет увеличение потерь тяги из-за повышения донного давления за изломом контура.
Таким образом, комбинированное высотное сопло Лаваля с изломом контура, состоящее из неподвижного «земного» сопла и выдвижного высотного насадка, одинаково хорошо работает как вблизи Земли (в плотных слоях атмосферы), так и на высоте (в разреженной атмосфере).
Предлагаемое изобретение обеспечивает возможность увеличения полезного груза, выводимого летательным аппаратом на орбиту, или увеличение дальности полета за счет повышения среднего по траектории полета удельного импульса двигателя, что обеспечивает экономический эффект от использования заявляемой полезной модели.
Высотное комбинированное сопло Лаваля, состоящее из неподвижного короткого сопла Лаваля и высотного выдвижного насадка, отличающееся тем, что профиль короткого сопла Лаваля выполнен в виде контура «земного» сопла двигателя 1-й ступени, при этом за срезом «земного» сопла в месте его стыковки с насадком образован излом контура, полууглы срезов «земного» сопла а и выдвижного высотного насадка 1 составляют а=1=4°÷20°, а полуугол на входе в насадок (за изломом контура) - вх=15°÷70°.
