СПОСОБ ОТРАБОТКИ РАЗДВИЖНОГО СОПЛА РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ С НЕСКОЛЬКИМИ ВЫДВИГАЕМЫМИ НАСАДКАМИ
FINAL ADJUSTMENT METHOD OF EXPANDABLE NOZZLE OF ROCKET ENGINE WITH SEVERAL RETRACTABLE HEAD PIECES

Изобретение относится к ракетной технике и может быть использовано при создании ракетных двигателей, раздвижные сопла которых имеют несколько выдвигаемых насадков.
Качественная отработка сопел большой степени расширения, к которым относятся и раздвижные сопла, предусматривает проведение огневых стендовых испытаний в штатных условиях работы двигателей. Штатные (высотные) условия обеспечиваются, например, в баростенде Центра им. Арнольда (США). В России таких стендов нет.
Общеизвестен способ отработки стационарных сопел большой степени расширения в наземных условиях, при котором сопло «обрезают» до диаметра, при котором обеспечивается безотрывный режим истечения. После испытаний проводят дефектацию оболочки (стенки) сопла, а затем пересчет результатов испытаний на оставшуюся (отрезанную) часть сопла, предполагая унос материала стенки сопла линейным. Очевидно, что недостатком такого способа отработки является низкая достоверность испытаний и, соответственно, отработки. Технология отработки раздвижных сопел с выдвигаемыми насадками является такой же, как и стационарных, только в этом случае выдвигаемые насадки сопел устанавливаются в рабочее (выдвинутое) положение.
Известен способ отработки сопел большой степени расширения с применением газодинамических труб, в которых за счет откачки воздуха потоком истекающих продуктов сгорания двигателя создаются условия для безотрывного истечения по всему тракту сопла (см., например, кн.: «Конструкция и отработка РДТТ». Виницкий A.M. и др. М., «Машиностроение», 1980 г., стр.107). Применение газодинамических труб позволяет испытывать сопла с существенно большой степенью расширения, однако их возможности по созданию требуемого разрежения воздуха ограничены.
Технической задачей настоящего изобретения является повышение достоверности результатов отработки раздвижных сопел с несколькими выдвигаемыми насадками без имитации высотных условий при испытаниях, что существенно снижает стоимость отработки ракетных двигателей.
кр
Технический результат достигается тем, что в способе отработки раздвижного сопла с несколькими выдвигаемыми насадками, при котором первый насадок выполняют со степенью расширения, соответствующей отношению диаметра выходного сечения насадка d к диаметру критического сечения раздвижного сопла d не более пяти, устанавливают его на раструбе сопла в рабочем (выдвинутом положении) и проводят испытания в штатном режиме работы двигателя. Испытания проводят до получения положительного результата (целостности конструкции насадка), после чего остальные насадки выполняют с соблюдением условия
,
где η - коэффициент запаса прочности;
B
σ - предел прочности материала силовой конструкции;
констр
σ - расчетные напряжения в силовой конструкции, рассчитанные для определенных режимов работы двигателя (температуры, давления, времени работы, химического уноса материала);
(1,2,…i)нас - порядковый номер насадка,
и результаты испытаний первого насадка переносят на последующие насадки.
кр
Условие d/d≤5 выбрано, исходя из того обстоятельства, что практически во всех твердотопливных ракетных двигателях верхних ступеней ракет безотрывный режим истечения продуктов сгорания топлива обеспечивается при этих степенях расширения сопел.
Напряжения определяются для всех насадков раздвижного сопла по единой методике, то есть имеют одинаковую степень достоверности. Наибольшая точность переноса результатов испытаний достигается в случае выполнения всех насадков из одного и того же материала, например класса «углерод-углерод».
На чертеже изображен внешний вид раздвижного сопла с выдвигаемыми насадками. Раздвижное сопло имеет установленный в рабочее положение насадок 1 и выдвигаемые насадки 2, 3. Насадок 1 крепится к соплу ракетного двигателя, выдвигаемые насадки 2, 3 устанавливаются на насадке 1.
кр
В составе двигателя испытывается только насадок 1, имеющий степень расширения d/d≤5 для обеспечения безотрывного режима истечения продуктов сгорания топлива. Выдвигаемые насадки 2, 3 не испытываются. При положительных результатах испытаний насадка 1 остальные (неиспытанные) насадки выполняются с обеспечением коэффициентов запаса прочности не менее чем у насадка 1.
Таким образом, предлагаемый способ оценки работоспособности раздвижного сопла ракетного двигателя с несколькими выдвигаемыми насадками позволяет отказаться от проведения сложных и дорогостоящих огневых стендовых испытаний двигателя с имитацией высотных условий (в газодинамической трубе) и существенно снизить стоимость создания ракетного двигателя.