СОПЛОВОЙ БЛОК РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ

Предлагаемое изобретение относится к области ракетостроения и предназначено для повышения среднего по траектории удельного импульса двигателя.
Известен сопловой блок ракетного двигателя, состоящий из двух или нескольких круглых сопел Лаваля, расположенных в один ряд и дополнительно 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. [Патент на изобретение №2145671, г. Москва, 20 февраля 2000 г. Сопловой блок ракетного двигателя.]
Недостатком прототипа является отсутствие переходного участка от срезов круглых сопел к насадку. Из-за этого имеют место значительные потери тяги на высотном режиме.
Целью настоящего изобретения является повышение среднего по траектории удельного импульса двигательной установки летательного аппарата за счет улучшения характеристик на высотном режиме.
Цель достигается тем, что 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, причем каждая тяговая стенка насадка состоит из двух частей, выходная расположена ближе к срезу выходного сечения соплового блока, жестко соединена с боковыми параллельными стенками и неподвижна, входная, внутренний профиль которой имеет плавные переходы от срезов круглых сопел к плоскому насадку, выполнена с возможностью
поворота и фиксации на шарнирах относительно боковых стенок, причем шарниры расположены в местах стыковки входной и выходной частей тяговой стенки.
На фиг.1 изображено продольное сечение соплового блока на стартовом и высотном режимах.
На фиг.2 изображен вид соплового блока со стороны выходного сечения.
На фиг.3 изображен поперечный разрез «стекателя».
На фиг.4 представлен график зависимости прироста тяги соплового блока с плоским насадком по сравнению с круглым высотным соплом от режима работы.
Сопловой блок ракетного двигателя содержит несколько одинаковых круглых сопел Лаваля 1, расположенных в один ряд и снабженных общим плоским насадком 2. Каждая тяговая стенка, являясь продолжением контуров сверхзвуковых частей круглых сопел Лаваля, состоит из двух частей 3 и 4. Часть контура тяговой стенки насадка 3 жестко соединена с параллельными боковыми стенками 5 насадка и неподвижна. Часть тяговой стенки 4 выполнена с возможностью поворота и фиксации относительно боковых параллельных стенок 5 на шарнирах 6 и имеет профилированные части - "стекатели" 7.
На стартовом режиме работы соплового блока входные подвижные профилированные тяговые стенки 4 разведены в разные стороны фиг.1 (поз.8), при этом между срезами круглых сопел 1 и неподвижными выходными частями тяговых стенок 3 насадка имеет место зазор. Неподвижные выходные части тяговых стенок насадка 3 жестко соединены с боковыми параллельными стенками насадка 5. На высотном режиме работы соплового блока фиг.1 (поз.9), входные подвижные части стенок 4 (обозначены пунктирными линиями) поворачиваются на шарнирах 6 и занимают место в зазоре между срезами круглых сопел 1 и неподвижными частями тяговых стенок насадка 3. При этом обе части тяговой стенки - неподвижная выходная 3 и подвижная входная 4, становятся единым целым.
Внутренняя поверхность подвижной входной части тяговой стенки 4 имеет плавные переходы - «стекатели» 7, профиль которых является продолжением образующих круглых сопел. Плавный переход обеспечивается от срезов круглых сопел к неподвижной части насадка 3. При этом частью стекателя 7, прилегающей к срезам круглых сопел, устраняются естественные уступы, образованные между круглыми соплами, которые являются застойными зонами.
Сопловой блок работает следующим образом. На старте и начальных участках траектории полета летательного аппарата, подвижные входные части тяговых стенок насадка 4 разведены в разные стороны. В этом случае система скачков уплотнения газового потока находится на срезе круглых сопел 1, препятствуя перерасширению газа в сопле, отключая выходные тяговые стенки 3 насадка, то есть участок соплового блока за скачком уплотнения не создает тяги. В этом случае в плотных слоях атмосферы сопловой блок работает на расчетном режиме. По мере подъема на высоту летательного аппарата давление окружающей среды уменьшается, а давление истекающей струи газа на срезах круглых сопел 1 (в зазоре между срезами круглых сопел 1 и неподвижной выходной стенкой 3 насадка) становится больше атмосферного, при этом возникают потери тяги из-за недорасширения газа в круглых соплах 1. В этот момент подвижные входные части тяговых стенок 4 поворачиваются и фиксируются на шарнирах 6, закрывая зазор между срезами круглых сопел 1 и неподвижными выходными частями 3, образуя сплошную тяговую стенку. При этом сопловой блок становится высотным и работает на режиме близком к расчетному, так как система скачков уплотнения со срезов круглых сопел 1 переходит к высотному насадку 2, который начинает создавать тягу.
Таким образом, сопловой блок двигательной установки на всех участках траектории полета летательного аппарата работает на режиме близком к расчетному.
Из графика на фиг.4 видно, что предлагаемый сопловой блок не значительно хуже работает на режимах перерасширения, зато существенно лучше на высотном (автомодельном) режиме по сравнению с круглым высотным соплом. Пунктирной линией обозначен прирост тяги прототипа, сплошной линией - предлагаемой конструкции соплового блока. По оси ординат отложен прирост тяги соплового блока, отнесенный к тяге идеально регулируемого сопла, а по оси абсцисс отношение давлений окружающей среды и истекающей струи газа.
Предлагаемое изобретение обеспечивает простую регулировку высотности и уменьшение потерь тяги связанных с переходом от срезов круглых сопел к высотному насадку соплового блока за счет использования "стекателей", что дает возможность увеличения полезного груза или дальности полета летательного аппарата и несомненно дает положительный экономический эффект.