СОПЛОВОЙ НАСАДОК РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ
NOZZLE EXTENSION OF ROCKET ENGINE

Изобретение относится к ракетной технике и может быть использовано при разработке ракетных двигателей для увеличения степени расширения сопла в полете.
Известен сопловой насадок в составе раздвижного сопла, содержащий стационарную часть, выдвигаемые секции, цилиндрические вставки, удаляемые после завершения раздвижки (международная заявка WO 98/28533 от 02.07.1998 г.).
Известен также сопловой насадок (патент РФ №2293868 от 20.02.2007 г.), в котором на цилиндрическую вставку установлен кольцевой щиток. Раздвижка производится во время работы двигателя. При этом газовая струя продуктов сгорания топлива, взаимодействуя с цилиндрической вставкой и щитком, создает газодинамическую силу, которая обеспечивает движение и раздвижку насадков. Этот сопловой насадок принят за прототип.
Недостатком такого соплового насадка является необходимость определения и подтверждения газодинамической силы на цилиндрической вставке и щитке при наземных огневых стендовых испытаниях двигателя. Испытания проводятся с имитацией высотных условий, т.е. с созданием разрежения вокруг насадков и сопла, соответствующего условиям полета верхних ступеней ракеты, где обычно и применяются сопла с выдвигаемыми насадками.
Проведение испытаний с имитацией высотных условий является сложной, трудоемкой и дорогостоящей операцией, т.к. требует наличия специальных баростендов или как минимум газодинамических труб (ГДТ). Баростендами для отработки крупногабаритных сопел и двигателей РФ не располагает. Поэтому отработка высотных сопел производилась в газодинамических трубах, в которых высотные условия (необходимое разрежение) создавались за счет эжекции воздуха газовой струей. Работа ГДТ сопровождается неустойчивостью процесса разрежения и на переходных режимах (начало и конец работы двигателя) имеют место значительные динамические нагрузки, которые часто приводят к разрушению тонкостенных конструкций насадков.
Задачей предлагаемого изобретения является устранение указанного недостатка, т.е. исключение из процесса отработки раздвижки насадков испытаний с имитацией высотных условий без ухудшения энергомассовых характеристик сопла и двигателя.
Технический результат достигается тем, что в известном сопловом насадке, содержащем неподвижную часть, выдвигаемую секцию с цилиндрической вставкой и щитком, разъем между неподвижной частью и выдвигаемой секцией выполнен в сечении, диаметр которого составляет 4,0-5,0 диаметров критического сечения сопла, что позволяет при огневых испытаниях на открытом стенде исключить отрыв потока газа от стенки сопла в процессе выдвижения насадка и создать необходимую для раздвижки газодинамическую силу.
Величина 4,0-5,0 диаметров критического сечения определена по результатам экспериментальных исследований на модельных и крупногабаритных двигателях и является оптимальной также с точки зрения обеспечения заданных энергомассовых характеристик двигателя и компоновки раздвижных сопловых насадков в составе ракеты.
кр
На чертеже изображен внешний вид соплового насадка. Выдвигаемая секция показана в сложенном положении. Здесь d - диаметр критического сечения сопла, D - диаметр сечения, где выполнен разъем между неподвижной частью и выдвигаемой секцией. Сопловой насадок имеет неподвижную часть 1 и выдвигаемую секцию 2. К выдвигаемой секции 2 крепится цилиндрическая вставка 3 со щитком 4.
Работает сопловой насадок следующим образом. После расфиксации выдвигаемая секция 2 под действием газодинамических сил, создаваемых на цилиндрической вставке 3 и щитке 4, перемещается из сложенного положения в рабочее. По завершении процесса раздвижки цилиндрическая вставка 3 и щиток 4 удаляются из внутреннего контура сопла.
Таким образом, предлагаемая конструкция соплового насадка ракетного двигателя позволяет увеличить степень расширения сопла в полете, сократить габариты ракеты и проводить наземные огневые испытания для отработки раздвижки сопла без создания устройств, имитирующих высотные условия работы.