ДВИГАТЕЛЬ С ДВУХПОЗИЦИОННЫМ УПРАВЛЕНИЕМ СОПЛОМ
ENGINE WITH TWO-POSITION NOZZLE CONTROL

Изобретение относится в основном к жидкостным, однако применимо и к двухрежимным твердотопливным ракетным двигателям (ЖРД и РДТТ).
Известны ЖРД с соплом регулируемого проходного сечения, см. а.с. СССР №560077. Они предусматривают плавное регулирование проходного сечения и поэтому имеют сложную конструкцию, большие габариты и большую массу. Однако плавное изменение проходного сечения требуется не всегда. В ряде случаев, например в ракетах классов «воздух-воздух», «земля-воздух» и «земля-земля» вполне достаточно двухрежимного управления тягой: стартовый и маршевый режимы. Поэтому механика управления соплом может предусматривать всего два положения, например 100 и 25% от проходного сечения. Тем более, что указанные сечения позволяют с достаточной эффективностью работать на режимах частичной тяги, то есть на режимах дросселирования. В результате получаются два диапазона, например 12-25% и 50-100% тяги, которые охватывают наиболее необходимые ее значения. Причем в обоих указанных диапазонах эффективность двигателя не опускается ниже приемлемого уровня.
Задача изобретения - упрощение конструкции.
Технический результат изобретения - двухпозиционное управление соплом.
Для устранения указанных недостатков двигатель кроме камеры сгорания и сопла содержит полностью или частично расположенный в камере сгорания пневмоцилиндр с поршнем и штоком, на конце которого имеется центральное тело, частично закрывающее проходное сечение сопла, причем обе полости пневмоцилиндра соединяются трехходовыми кранами с атмосферой или с источником газового давления, которым является баллон с газом, или газогенераторная шашка, или сама камера сгорания, или ее охлаждающая рубашка. В последнем случае компонента ракетного топлива, используемого для охлаждения, берется несколько больше, например на 0.1%.
Центральное тело может иметь охлаждение, которое очень удобно осуществить, если в качестве источника давления используется охлаждающая рубашка камеры сгорания. В этом случае парообразный окислитель из рубашки подается в одну из полостей пневмоцилиндра, откуда через два обратных клапана, расположенных на обоих торцах полого поршня, подается в полость поршня, далее - в полый шток, далее - в полое центральное тело, из которого через форсунки или небольшие сопла (технический результат в обоих случаях будет один и тот же) выбрасывается в камеру сгорания, где смешивается с горючим и участвует в горении.
Для этого поршень, шток и центральное тело выполнены полыми, причем поршень имеет на обоих торцах обратные клапаны, направленные в полость поршня, а центральное тело имеет форсунки или сопла.
Труба для подачи воздуха или газа (технический результат в обоих случаях идентичен) в заднюю (относительно вектора тяги) полость пневмоцилиндра может проходить снаружи пневмоцилиндра в охлаждающей рубашке, а может проходить в полости цилиндра, проходя и сквозь поршень, см. фиг.2.
На фиг.1 показан данный двигатель, где: 1 - камера сгорания, 2 - реактивное сопло, 3 - пневмоцилиндр с поршнем 4 и штоком 5. На конце штока имеется центральное тело 6. Обе полости пневмоцилиндра соединены жаростойкими трубами (показаны толстыми линиями) с трехходовыми кранами 7 и 8. Если центральное тело охлаждаемое, на нем имеются форсунки или сопла 9 (система охлаждения и топливоподачи не показаны).
На фиг.2 показан в сечении пневмоцилиндр 3 в варианте с полым поршнем 4 и штоком 5. Через поршень проходит труба 10, входя в выемку в торце пневмоцилиндра. Шток, поршень и труба уплотняются двумя поршневыми кольцами 11, расположенными в одной канавке замками в разные стороны. В полости поршня имеется два обратных клапана в виде рычажно закрепленных пластин 12, поджатых общей термо-коррозионностойкой пружиной 13 (вольфрамовой с титановым покрытием).
Работает двигатель так: компоненты топлива подаются в камеру сгорания и сгорают. При необходимости уменьшения тяги сначала уменьшают топливоподачу, затем кран 8 переключают на источник давления (охлаждающую рубашку), а кран 7 - на атмосферу. Поршень 4 сдвигается в заднее (нижнее на чертеже) положение, и центральное тело 6 частично перекрывает проходное сечение сопла.
Следует предусмотреть блокировку: указанное переключение кранов должно быть невозможно при топливоподаче, превышающей нижний режим тяги, а полное включение топливоподачи невозможно при заднем положении центрального тела или, что удобнее, при соответствующем ему положении трехходовых кранов. В последнем случае от переключения трехходовых кранов на «открытие сопла» до увеличения топливоподачи должно проходить определенное время, достаточное для срабатывания пневмоцилиндра, например 0,2 сек.
Двигатель допускает многократное включение-выключение.
Изобретение повысит боеспособность нашей армии авиации и флота.