СОПЛО ПЕРЕМЕННОЙ СТЕПЕНИ РАСШИРЕНИЯ
VARIABLE-EXPANSION NOZZLE

Изобретение относится к ракетной технике и может быть использовано при создании сопел переменной степени расширения (складываемых сопел) в твердотопливных двигателях.
Известно сопло переменной степени расширения [Extremes (SEP: masteriny the extremes), June 1996, №33, p.21], содержащее стационарную частично утопленную часть и складываемую часть, выполненную из продольных панелей (лепестков), шарнирно соединенных со стационарной частью, стабилизатор раскладывания панелей (прототип).
Недостатки прототипа:
- при больших степенях расширения конструкция сопла не позволяет получить максимально возможную плотность компоновки;
- при больших степенях расширения стабилизатор раскладывания (кольцо со штангами) панелей получается достаточно громоздким, что ухудшает массовые характеристики сопла и, соответственно, двигателя.
Технической задачей настоящего изобретения является устранение указанных недостатков.
<mrow><mo stretchy="false">(</mo><msub><mover accent="true"><mi>l</mi><mo>¯</mo></mover><mn>2</mn></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>l</mi><mn>2</mn></msub></mrow><mi>L</mi></mfrac><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
Технический результат достигается тем, что в сопле переменной степени расширения, содержащем стационарную частично утопленную часть раструба и складываемую часть раструба, выполненную из продольных двухзвенных панелей, шарнирно соединенных со стационарной частью, стабилизатор раскладывания панелей, панели выполнены двухзвенными, а стабилизатор раскладывания панелей выполнен в виде выходного участка раструба, шарнирно соединенного с панелями второго звена, при этом относительная длина стационарной части раструба сопла 0,23÷0,30 , относительная длина панелей первого звена 0,39÷0,46 , относительная длина панелей второго звена 0,18÷0,23
и относительная длина стабилизатора 0,08÷0,13 , где
L - длина разложенного раструба сопла;
<mrow><msub><mi>l</mi><mn>0</mn></msub></mrow>
- длина стационарной части раструба сопла;
<mrow><msub><mi>l</mi><mn>1</mn></msub></mrow>
- длина панелей первого звена;
<mrow><msub><mi>l</mi><mn>2</mn></msub></mrow>
- длина панелей второго звена;
<mrow><msub><mi>l</mi><mn>3</mn></msub></mrow>
- длина стабилизатора.
Отличительные признаки заявляемого технического решения являются существенными:
- выполнение складываемой части сопла из набора двухзвенных панелей позволяет получить максимально возможную складку сопла в транспортном положении, т.е. максимально уменьшить габариты сопла в транспортном положении, что особенно важно при больших степенях расширения сопла;
- введение в конструкцию складываемой части стабилизатора, являющейся выходной частью раструба сопла, шарнирно связанного с двухзвенными панелями, позволяет исключить необходимость введения дополнительных элементов в раструб сопла, что заметно уменьшает его массу. Стабилизатор, являющийся выходной частью раструба сопла, находясь на конце кинематической цепи, сам центрирует и стабилизирует сложное движение панелей, а набор двухзвенных панелей сам по себе представляет систему пантографов;
- соотношение геометрических параметров частей сопла позволяет наиболее эффективно (в минимальном объеме) осуществлять складку сопла, получено по результатам проведенных теоретических и экспериментальных исследований кинематики движения панелей, с учетом факторов: угла схода отсека предыдущей ступени ракеты; деформации профиля заднего днища под действием внутрикамерного давления и степени утопленности стационарной части сопла в камеру сгорания двигателя. Исследования оптимальности геометрических параметров частей сопла проводились путем геометрического построения перемещений звеньев с использованием известных исходных данных:
- перемещение заднего днища в крупногабаритных корпусах типа «кокон» от внутреннего давления - 20…60 мм;
- утопленность сопла в камеру сгорания - 0,2 от длины разложенного сопла раструба;
- угол схода отсека предыдущей ступени - 6-8°.
Сущность изобретения поясняется фиг.1 и 2, на которых обозначены:
a - угол схода конструкции;
б - деформация заднего днища;
L - длина разложенного раструба сопла;
0
l - длина стационарной части раструба сопла;
1
l - длина панелей первого звена;
2
l - длина панелей второго звена;
3
l - длина стабилизатора;
1 - стационарная частично утопленная часть раструба;
2 - панели первого звена;
3 - панели второго звена;
4 - стабилизатор, являющийся выходной частью раструба сопла;
5 - шарниры.
При подаче команды от системы управления на привод раскладывания панелей (например, в виде четырех малогабаритных твердотопливных двигателей, расположенных на стабилизаторе) (на чертежах не показано) начинает перемещаться стабилизатор 4, который тянет за собой панели второго звена 3, панели второго звена тянут за собой панели первого звена 2. Равномерность и синхронность перемещения всех панелей обеспечивается стабилизатором 4 и парными шарнирами 5 на концах панелей звеньев 2, 3.
На чертеже тонкими линиями показано перемещение панелей в процессе их раскладки.
Таким образом, использование изобретения позволит для каждой конкретной разработки оперативно и с высокой надежностью определить оптимальное соотношение длин частей сопла, максимально уменьшив габариты сопла и, соответственно, двигателя, уменьшить массу сопла.