КАМЕРА ЖРД С РЕГУЛИРУЕМЫМ СОПЛОМ
LIQUID-PROPELLANT ROCKET ENGINE CHAMBER WITH CONTROLLED NOZZLE

Изобретение относится к жидкостным ракетным двигателям, работающим на первой и второй ступенях ракетоносителя.
Использование на первых ступенях ракет сопел с неизменной степенью расширения приводит к потерям тяги: у Земли (до 20%) - за счет перерасширения продуктов сгорания, на высоте - за счет недорасширения.
К числу известных способов, позволяющих повысить эффективность работы ЖРД по траектории, относятся:
- вдув генераторного газа в сверхзвуковую часть сопла;
- выдвижение щитков в сверхзвуковую часть сопла;
- регулирование степени расширения за счет изменения площади критического сечения;
- изменение степени расширения за счет выдвижных насадков.
Все перечисленные способы имеют существенные недостатки, так как не позволяют, повысить удельный импульс тяги по всей траектории и увеличивают массу и габариты двигателя.
Известна конструкция ЖРД с удаляемой вставкой, выбранная за прототип, описана в заявке по авторскому свидетельству №315198.
Недостатком данной конструкции является большая масса механизма сброса вставки, которую необходимо удалить при выходе из плотных слоев атмосферы. При этом удаление вставки требует отчуждения большой площади земельного участка в районе ее падения. Кроме того, данная конструкция реализует ступенчатое регулирование тяги, не обеспечивает плавное регулирование по всей траектории полета и, следовательно, не позволяет получить существенный выигрыш удельного импульса тяги по всей траектории полета.
Предлагаемое изобретение устраняет указанные недостатки прототипа и решает техническую задачу повышения эффективности и надежности работы ЖРД по всей траектории полета ракеты.
Поставленная техническая задача решается тем, что камера жидкостного ракетного двигателя с регулируемым соплом, содержащая охлаждаемую часть сопла и неохлаждаемый насадок из углерод-углеродного композиционного материала, рулевые агрегаты и раму, согласно изобретению в неохлаждаемом насадке выполнены ниши, в которых расположены несколько секций разъемного земного сопла, имеющие валы вращения, расположенные по касательным в районе стыка неохлаждаемого насадка с охлаждаемой частью сопла, установленные в кронштейны, закрепленные на охлаждаемой части сопла и соединенные рулевыми агрегатами с рамой двигателя.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется схемами, показанными на фиг. 1, 2, 3.
На фиг. 1 показана камера, содержащая охлаждаемую часть сопла 1, неохлаждаемый насадок из УУКМ 2, вал 3, кронштейны 4, рулевые агрегаты 5, раму 6.
На фиг. 2 показан фрагмент камеры с расположением секций земного сопла 7 в убранном положении.
На фиг. 3 показан фрагмент камеры с расположением секций земного сопла 7 в рабочем положении.
Камера работает следующим образом.
Перед запуском двигателя из ниш неохлаждаемого насадка 2 поворачиваются секции земного сопла 7 и устанавливаются в рабочее положение, образуя земное сопло, состоящее из нескольких секций. В зависимости от количества секций выходное сечение земного сопла будет иметь вид выпуклого четырехугольника или многоугольника.
При работе двигателя в плотных слоях атмосферы продукты сгорания поступают в земное сопло и в результате организуется расчетный режим истечения.
По мере выхода ракеты из плотных слоев атмосферы секции земного сопла 7, в соответствии с циклограммой работы двигателя, с помощью рулевых агрегатов 5 плавно поворачивается на валу 3 и устанавливается в нишах неохлаждаемого насадка 2. Таким образом и в разряженных слоях атмосферы также реализуется расчетное истечение продуктов сгорания.
Таким образом, в процессе полета ракеты по всей траектории, от плотных слоев атмосферы до разряженных, в двигателе реализуется практически расчетный режим работы.
Предложенное техническое решение позволяет повысить надежность и эффективность работы ЖРД по всей траектории полета на 5-7%, а также исключить отчуждение большой площади земельного участка.