СОПЛОВОЙ БЛОК РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ

Предлагаемое изобретение относится к области ракетостроения и в частности к маршевым ракетным двигателям.
Известен сопловой блок ракетного двигателя, состоящий из двух или нескольких круглых сопел Лаваля, расположенных в один ряд, снабженных общим плоским насадком, каждая тяговая стенка которого является продолжением контуров сверхзвуковых частей круглых сопел, а две боковые стенки насадка расположены перпендикулярно к тяговым стенкам насадка. [Патент на изобретение №2145671, г.Москва, 20 февраля 2000 г., Сопловой блок ракетного двигателя.] - прототип.
Недостатком прототипа является наличие обширных застойных зон при переходе от срезов круглых сопел к тяговой поверхности насадка. Из-за этого имеют место значительные потери тяги на высотном режиме и как следствие низкий средний импульс по траектории полета ЛА.
Целью настоящего изобретения является повышение среднего по траектории удельного импульса двигательной установки летательного аппарата.
Цель достигается тем, что сопловой блок ракетного двигателя, состоящий из нескольких круглых сопел Лаваля, снабженных общим плоским насадком, каждая тяговая стенка которого является продолжением контуров сверхзвуковых частей круглых сопел, двух параллельных боковых стенок насадка, расположенных перпендикулярно к тяговым стенкам насадка, при этом круглые сопла расположены в два ряда, каждая тяговая стенка насадка выполнена из двух частей, причем выходная часть тяговой стенки жестко соединена с боковыми параллельными стенками насадка и неподвижна, а входная, внутренний профиль которой выполнен в виде огибающей срезов круглых сопел, выполнена с возможностью перемещения вдоль оси соплового блока, а между рядами круглых сопел расположены профилированные сужающиеся стекатели, выполненные с возможностью перемещения вдоль оси соплового блока.
На фиг.1 изображено продольное сечение соплового блока на стартовом режиме.
На фиг.2 изображен вид соплового блока со стороны выходного сечения.
На фиг.3 изображено продольное сечение соплового блока на высотном режиме.
На фиг.4 представлен график зависимости прироста тяги соплового блока по сравнению с круглым высотным соплом от режима работы для предложенного варианта и прототипа.
Сопловой блок ракетного двигателя содержит несколько одинаковых круглых сопел Лаваля 1, расположенных в два ряда и снабженных общим плоским высотным насадком 2. Каждая тяговая стенка плоского насадка 2, является продолжением контуров сверхзвуковых частей круглых сопел Лаваля 1 и состоит из двух частей 3 и 4. Выходная часть тяговой стенки 3 жестко соединена с параллельными боковыми стенками 5 насадка 2 и неподвижна. Входная часть тяговой стенки 4 плоского насадка 2 расположена за срезами круглых сопел Лаваля 1, ближе к их минимальному сечению и выполнена с возможностью перемещения вдоль продольной оси соплового блока при помощи механизма 6, а между срезами круглых сопел и неподвижной частью 3 насадка 2 имеет место зазор (щель). Внутренний профиль входной части тяговой стенки 4 выполнен в виде огибающей срезов круглых сопел Лаваля 1. Между рядами круглых сопел Лаваля 1 имеются профилированные сужающиеся стекатели 7, профилированная поверхность которых не выходит за плоскость срезов сопел Лаваля 1. Стекатели 7 выполнены с возможностью перемещения вдоль продольной оси соплового блока.
Сопловой блок работает следующим образом. На старте и начальных участках траектории полета летательного аппарата, подвижные части тяговых стенок насадка 4 и профилированные сужающиеся стекатели 7 отведены в сторону камер сгорания вдоль оси соплового блока. В этом случае скачки уплотнения газового потока наблюдаются на срезах круглых сопел Лаваля 1, которые работают на расчетном режиме. Участок соплового насадка 2, состоящий из неподвижных частей 3 и параллельных боковых стенок 5 в данном случае не участвует в создании тяги. В этом случае сопловой блок в целом работает на расчетном режиме в условиях плотных слоев атмосферы.
По мере подъема на высоту летательного аппарата давление окружающей среды уменьшается, а давление истекающей струи газа на срезах круглых сопел Лаваля 1 становится больше атмосферного. При этом в зазоре (щели) между срезами круглых сопел 1 и неподвижной тяговой стенкой 3 насадка 2 возникают утечки газа в атмосферу. В этот момент подвижные части тяговых стенок 4 и профилированные сужающиеся стекатели 7 одновременно выдвигаются вперед вдоль оси соплового блока, закрывая зазоры между срезами круглых сопел 1 и неподвижными частями 3 тяговых стенок насадка 2, образуя сплошную тяговую стенку и устраняя пространство (застойные зоны) между срезами круглых сопел 1 двух рядов, которые на высотном режиме являются застойными зонами, создающими потери тяги. 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 (кривая 1) хорошо работает на всех режимах и обеспечивает лучшие по отношению к прототипу (кривая 2) характеристики. По оси ординат отложен прирост тяги соплового блока по сравнению с круглым высотным соплом, отнесенный к тяге идеально регулируемого сопла, а по оси абсцисс отношение давлений на срезе сопла и давления окружающей среды.
Предлагаемая конструкция соплового блока обеспечивает уменьшение потерь тяги связанных с переходом потока газа от срезов круглых сопел к высотному насадку, за счет организации профилированного перехода и использования профилированных стекателей, обеспечивая увеличение среднего по траектории полета удельного импульса, что дает возможность увеличения полезного груза или дальности полета и обеспечивает максимальный удельный импульс по всей траектории полета летательного аппарата, что дает положительный экономический эффект.