ВЫСОТНОЕ СОПЛО ЛАВАЛЯ

Предлагаемая полезная модель относится к области ракетостроения и может найти применение, в частности, в ракетных двигателях первых и вторых ступеней ракет, работающих со старта на Земле.
Известно высотное круглое сопло с изломом контура, состоящее из земного круглого сопла и высотного круглого насадка, соединенные друг с другом с образованием излома и кольцевой щели, в которой установлена перегородка, а в перегородке по всему периметру выполнены отверстия в форме пазов (см. патент РФ №2326259, МПК F02К 9/97, 2008).
Недостатком известного сопла является то, что при его работе на высоте (в разреженной среде) через отверстия, выполненные в перегородке кольцевой щели, происходит утечка горячих продуктов сгорания (газа), что приводит к потере мощности и может привести к прогару днища ракеты-носителя.
Задачей данной полезной модели является повышение удельного импульса двигателя ракеты и защита от прогара ее днища.
Техническим результатом, достигаемым предлагаемой полезной моделью, является повышение удельного импульса двигателя ракеты и защита ее днища от прогара, которые достигаются за счет установки профилированного дефлектора, размещенного снаружи земного сопла, при этом вогнутая сторона дефлектора направлена в сторону выходного сечения высотного круглого насадка.
Поставленная задача решается за счет того, что в высотном сопле Лаваля, содержащем земное круглое сопло и соосно с ним установленный высотный круглый насадок, соединенные друг с другом с образованием излома контура и кольцевой щели, в которой установлена перегородка, а в перегородке по всему периметру выполнены отверстия в форме пазов, согласно полезной модели кольцевая щель, образованная в месте излома контура, снабжена профилированным дефлектором, установленным снаружи земного круглого сопла, при этом вогнутая сторона дефлектора направлена в сторону выходного сечения высотного круглого насадка.
На фиг. 1 изображено продольное сечение высотного сопла Лаваля.
На фиг. 2 изображено поперечное сечение по линии А-А
На фиг. 3 приведена высотная характеристика высотного сопла Лаваля.
Высотное сопло Лаваля содержит круглое земное сопло 1 и соосно с ним установленный высотный круглый насадок 2, соединенные друг с другом с образованием кольцевой щели 3. В перегородке 4 кольцевой щели 3 по всему периметру выполнены отверстия в форме пазов 5, а снаружи круглого земного сопла на его срезе установлен профилированный дефлектор 6, вогнутая сторона которого направлена в сторону выходного сечения круглого насадка 2.
Высотное сопло Лаваля работает следующим образом.
При старте ракеты-носителя с Земли и полете ее в плотных слоях атмосферы внешнее давление превышает внутреннее в зоне излома контура, в результате чего атмосферное давление через отверстия в форме пазов 5, организованные в перегородке 4 кольцевой щели 3, передается внутрь сопла. В этом случае за счет передачи атмосферного давления на срезе круглого земного сопла 1 происходит принудительный отрыв потока газа. Благодаря отрыву потока, в высотном сопле Лаваля уменьшается перерасширение газа. Высотный круглый насадок 2 за кольцевой щелью 3 как бы отключается (он не создает тягу и не вносит потерь), в результате высотное сопло Лаваля работает близко к расчетному режиму.
При полете в верхних слоях атмосферы и снижении внешнего давления скачок уплотнения уходит с кромки круглого сопла 1 и садится на срез высотного круглого насадка 2. В этом случае высотный круглый насадок 2 включается в работу и высотное сопло Лаваля работает полностью.
Благодаря последовательному включению в работу сначала земного круглого сопла 1, а затем высотного круглого насадка 2, высотная характеристика высотного сопла Лаваля близка к характеристике идеального сопла с непрерывно регулируемой высотностью.
Кроме того, благодаря тому, что профилированный дефлектор 6 вогнутой стороной направлен в сторону выходного сечения высотного курглого насадка 2, при работе высотного сопла Лаваля на высоте, когда происходит утечка горячего газа через отверстия в форме пазов 5, организованных в перегородке 4 кольцевой щели 3, профилированный дефлектор создает дополнительную реактивную силу и защищает днище ракеты, т.к. струя будет направлена в противоположную сторону движения ракеты.
На фиг. 3 поз. 3 представлена высотная характеристика высотного сопла Лаваля с изломом контура от режима его работы. По оси ординат отложен прирост тяги сопла, отнесенный к тяге гладкого круглого сопла, а по оси абсцисс - высота полета ракеты. Из графика видно, что при использовании предлагаемого высотного сопла Лаваля обеспечивается прирост тяги в широком диапазоне изменения высоты полета ракеты.
а
а
Расчеты показывают, что в высотном сопле Лаваля с изломом контура по сравнению с гладким соплом с давлением на срезе р=0.06 МПа (Фиг 3 поз. 1 -высотная характеристика земного сопла) выигрыш тяги в космосе может составить до 9% за счет увеличения геометрической степени расширения (Фиг 3 поз. 3 - высотная характеристика сопла с изломом контура). Тяги же круглого сопла с давлением на срезе р=0.06 МПа и высотного сопла Лаваля с изломом контура при их работе на Земле одинаковые, так как контур земного сопла и контур высотного сопла Лаваля до излома рассчитаны на одинаковую степень расширения (фиг. 3). На фиг 3 поз. 2 - эта высотная характеристика сопла двигателя 2-ой ступни ракеты.
Предлагаемая полезная модель обеспечивает возможность увеличения полезного груза, выводимого ракетой на околоземную Орбиту, или дальности полета за счет прироста тяги двигателя, создаваемого профилированным дефлектором, а также повышает надежность ракеты за счет устранения прогара днища путем установки профилированного дефлектора, все это, несомненно, дает экономический эффект.