РЕГУЛИРУЕМОЕ ЩЕЛЕВОЕ СОПЛО

Предлагаемое изобретение относится к области ракетостроения в частности к жидкостным ракетным двигателям.
Известно регулируемое сопло ракетного двигателя, имеющее кольцевое щелевое отверстие на поверхности его сверхзвуковой части. [Книга «Основы теории и расчета ЖРД», издание 4, часть 1, стр.316, г.Москва, «Высшая школа», 1993 г., «Регулируемое щелевое сопло.»] - прототип.
Недостатком прототипа является отрицательное влияние стационарно расположенной кольцевой щели на тяговой поверхности сопла, за счет утечек газа в атмосферу, на расчетном (высотном) режиме работы.
Целью настоящего изобретения является повышение тяговых характеристик на высотном режиме работы и среднего по траектории полета удельного импульса ракетного двигателя.
Цель достигается тем, что регулируемое щелевое сопло ракетного двигателя, имеющее кольцевую щель на поверхности его сверхзвуковой части, причем щель выполнена в виде трех или более частей, равномерно размещенных по окружности, сопло снабжено кольцевой обечайкой, размещенной на наружной части сопла на уровне щели, в которой выполнены вырезы, аналогичные по количеству, форме и расположению частям щели на поверхности сверхзвуковой части сопла, причем обечайка выполнена с возможностью вращения относительно оси сопла.
На фиг.1 изображена схема сопла на стартовом режиме.
На фиг.2 изображена схема сопла на высотном режиме.
На фиг.3 представлена высотная характеристика регулируемого сопла.
Регулируемое щелевое сопло ракетного двигателя состоит из сопла Лаваля 1 с несколькими (не менее трех) сквозными щелями 2 одинаковой формы, размещенными на поверхности его сверхзвуковой части и находящимися в одной плоскости, перпендикулярной оси сопла, и расположенными равномерно по длине окружности. Сопло снабжено обечайкой 3, которая расположена на наружной части сопла на уровне щелей 2. Обечайка 3 имеет сквозные вырезы 4, количество, форма и расположение которых аналогично щелям 2, имеющим место на поверхности сверхзвуковой части сопла Лаваля 1. Обечайка 3 выполнена с возможностью вращения вокруг его продольной оси сопла.
p1
Регулируемое щелевое сопло работает следующим образом. На старте и на начальных участках траектории полета летательного аппарата, в плотных слоях атмосферы, часть сопла Лаваля 1 (до щелей 2) работает на режиме близком к расчетному. Сквозные части щели 4, находящиеся на обечайке 3 располагаются напротив сквозных щелей 2, расположенных на сверхзвуковой части сопла Лаваля 1. При этом скачки уплотнения находятся на срезе щели 2, расположенной ближе к минимальному сечению сопла, а через общую сквозную щель, образованную щелями 2 сопла Лаваля 1 и щелями 4 обечайки 3, обеспечивается доступ атмосферного давления к зонам отрыва, что способствует улучшению характеристик отрыва потока газа. При этом часть сопла Лаваля 1, расположенная за щелью 2, ближе к его срезу, не участвует в создании тяги и сопло Лаваля 1 в целом обладает малой высотностью, соответствующей расчетной высоте Н (фиг.3, кривая 1).
p2
По мере подъема на высоту летательного аппарата давление окружающей среды уменьшается, а давление истекающей струи газа на срезе щели 2 сопла Лаваля 1 становится больше атмосферного, при этом имеют место утечки газа через совмещенные части щелей 2 - сопла Лаваля 1 и 4 - обечайки 3 и потери тяги, связанные с недорасширением потока газа на части сопла Лаваля до щели 2. В этот момент подвижная обечайка 3 поворачивается (за счет вращения) относительно продольной оси сопла Лаваля 1. При этом части сквозной щели 2, расположенные на поверхности сопла Лаваля 1, и части щели 4 обечайки 3 перекрываются, препятствуя утечкам газа в атмосферу через них. В этом случае скачки уплотнения переходят на поверхность, расположенную ближе к срезу сопла Лаваля 1, которая начинает создавать тягу. В результате регулируемое щелевое сопло вновь работает на режиме близком к расчетному, обладая большей высотностью, соответствующей расчетной высоте Н (фиг.3, кривая 2).
р
Таким образом, регулируемое щелевое сопло двигательной установки на всех участках траектории полета летательного аппарата работает на режиме близком к расчетному Р (фиг.3, пунктирная кривая 3). На фиг.3 по оси абсцисс отложено значение высоты полета, по оси ординат - тяга сопла.
Предлагаемое изобретение обеспечивает снижение потерь тяги сопла на высотных режимах работы за счет использования поворотной обечайки, обеспечивающей устранение разрыва контура (щели), что дает возможность увеличения полезного груза или дальности полета летательного аппарата и несомненно дает положительный экономический эффект.