СОПЛО МНОГОКАМЕРНОГО ЖИДКОСТНОГО РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ

Предлагаемое изобретение относится к области ракетостроения в частности к многокамерным ракетным двигателям и предназначено для повышения среднего по траектории удельного импульса двигателя.
Известно сопло многокамерного жидкостного ракетного двигателя, состоящее из трех или четырех круглых сопел Лаваля, расположенных по окружности, снабженных общим круглым расширяющимся насадком насадком, тяговая стенка насадка соединена с соплами по их внешним периметрам и имеет в сечении форму эпициклоиды с тремя или четырьмя ветвями, причем в месте стыка сопел с насадком, он выполнен с изломом контура или без него. [Патент РФ №2140005. 1999 г. Сопло многокамерного жидкостного ракетного двигателя] - прототип.
Недостатком прототипа является наличие обширных неустраняемых застойных зон на участке при переходе от срезов круглых сопел к насадку, что приводит к значительным потерям тяги на высотном режиме работы.
Целью настоящего изобретения является повышение тяги сопла многокамерного жидкостного ракетного двигателя на высотном режиме.
Цель достигается тем, что сопло многокамерного жидкостного ракетного двигателя, состоящего из трех или четырех круглых сопел, расположенных по окружности, снабженных общим круглым насадком, причем, на тяговой поверхности насадка, в сечении перпендикулярном его оси выполнены отверстия, насадок снабжен общим коллектором, соединяющим эти отверстия с пространством между круглыми соплами.
На фиг.1 изображено продольное сечение сопла двигателя.
На фиг.2 изображен вид сопла со стороны выходного сечения.
На фиг.3 представлен график распределения давления в круглом насадке.
На фиг.4 представлена зависимость прироста тяги сопла многокамерного жидкостного ракетного двигателя по сравнению с круглым высотным соплом в случаях организации перераспределения давления и без него.
Сопло многокамерного жидкостного ракетного двигателя содержит три или четыре одинаковых круглых сопла Лаваля 1, расположенные по окружности и общий круглый насадок 2. Тяговая поверхность круглого насадка 2 является продолжением образующих круглых сопел Лаваля 1. На тяговой поверхности насадка, в сечении 3 (зона максимального давления), перпендикулярном оси сопла, равномерно по окружности выполнены отверстия 4, которые соединены через общий коллектор 5 с пространством между круглыми соплами (областью застойных зон 7) - сечение 6, в котором расположены срезы круглых сопел Лаваля 1.
Сопло многокамерного жидкостного ракетного двигателя работает следующим образом.
На старте летательного аппарата, в плотных слоях атмосферы, тяга создается кольцевой связкой круглых сопел Лаваля 1. При этом скачки уплотнения располагаются на срезах сопел Лаваля 1, а застойные зоны 7, имеющие место между срезами сопел Лаваля 1, способствуют отрыву потока газа, что снижает потери тяги из-за его перерасширения. Через отверстия 4, общий коллектор 5 обеспечивается передача атмосферного давления от сечения 3 - область, в которой на стартовом режиме имеет место атмосферное давление, к сечению 6 - область срезов круглых сопел, на которых расположены скачки уплотнения. Подвод дополнительного атмосферного воздуха улучшает характеристики отрыва потока газа. При этом общий круглый насадок 2 не участвует в создании тяги.
На высотных режимах работы, в зоне пониженного атмосферного давления, зона образования скачков уплотнения перемещается со срезов сопел
Лаваля 1 к тяговой поверхности насадка 2 и он начинает создавать тягу, работая на режиме близком к расчетному. В этом случае застойные зоны 7, расположенные в сечении сопла 6, вызывают ощутимые потери тяги. Наличие общего коллектора 5, позволяет осуществить перераспределение давления газа между сечениями 3 и 6, что позволяет увеличить давление в сечении 6, способствуя при этом уменьшению потерь тяги, вследствие заполнения застойных зон и, таким образом, устранения их влияния. Зона повышенного давления в насадке (сечение 3) имеет место вследствие особенностей течения при смешивании спутных струй газа в многосопловой конструкции.
Таким образом, за счет устранения отрицательного влияния на тягу застойных зон, сопло многокамерного жидкостного ракетного двигателя на высотных участках траектории полета летательного аппарата работает с меньшими потерями тяги.
На графике (фиг.4) по оси ординат отложен прирост тяги сопла многокамерного жидкостного ракетного двигателя по сравнению с круглым высотным соплом, отнесенный к тяге идеально регулируемого сопла, по оси абсцисс - отношение давления на срезе насадка к атмосферному давлению. Показано ощутимое преимущество сопла многокамерного жидкостного ракетного двигателя с перераспределением давления внутри насадка (кривая 1) по сравнению с соплом без перераспределения давления (кривая 2) на высотном режиме работы () и лишь незначительное снижение максимального прироста тяги () на стартовом режиме.
Предлагаемое изобретение обеспечивает существенно лучшие характеристики сопла многокамерного жидкостного ракетного двигателя на высотном режиме работы, за счет устранения отрицательного влияния на тягу застойных зон, что дает возможность увеличения полезного груза или дальности полета летательного аппарата и дает положительный экономический эффект.