RU185255U1

RU185255U1 - Высотное сопло Лаваля

Info

Publication number: RU185255U1
Application number: RU2018115194U
Authority: RU
Inventors: Василий Васильевич Семенов; Александр Александрович Сергиенко; Светлана Николаевна Перминова
Priority date: 2018-04-24
Filing date: 2018-04-24
Publication date: 2018-11-28

Abstract

Высотное сопло Лаваля, содержащее земное круглое сопло и соосно с ним установленный круглый высотный насадок, соединенные друг с другом с образованием излома контура и кольцевой щели. В кольцевой щели установлена перегородка, в которой по всему периметру выполнены отверстия в форме пазов. Кольцевая щель, образованная в месте излома контура, снабжена пластинами, установленными на шарнирах изнутри насадка по всему его периметру. При этом пластины установлены с возможностью качания для перекрытия кольцевой щели и выполнены в виде трапеции, а также они расположены изначально параллельно оси сопла. 4 ил.

Description

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 F02K 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 защита днища ракеты от прогара, который достигается за счет того, что кольцевая щель, образованная в месте излома контура, снабжена пластинами, размещенными на шарнирах изнутри насадка по всему его периметру с возможностью качания для перекрытия кольцевой щели, при этом пластины выполнены в виде трапеции.

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 пластинами, установленными на шарнирах изнутри насадка по всему его периметру с возможностью качания для перекрытия кольцевой щели.

На фиг. 1 изображено продольное сечение высотного сопла Лаваля.

На фиг. 2 изображено поперечное сечение по линии А-А.

На фиг. 3 изображена пластина (вид сверху).

На фиг. 4 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 на срезе круглого земного сопла 1 установлены на шарнирах 6 изнутри насадка 2 пластины 7 по всему его периметру с возможностью качания для перекрытия кольцевой щели 3, при этом пластины 7 выполнены в видетрапеции.

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 кромках пластин 7, установленных на шарнирах 6 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 ракеты в верхних слоях атмосферы и снижении внешнего давления пластины 7, установленные на шарнирах 6, прилипают к внутренней стенке высотного насадка 2, вследствие чего скачок уплотнения с кромок пластин 7 уходит 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, происходит двухступенчатое регулирование высотности сопла Лаваля и, таким образом, высотная характеристика высотного сопла Лаваля становится близкой к характеристике идеального сопла с непрерывно регулируемой высотностью.

Кроме того, благодаря тому, что при работе сопла 1 на высоте пластины 7, установленные на шарнирах 6 на срезе круглого земного сопла 1, перекрывают кольцевую щель 3, не происходит утечки горячего газа через отверстия в форме пазов 5, организованных в перегородке 4 кольцевой щели 3, что защищает днище ракеты от теплового воздействия горячих струй газа.

Благодаря тому, что пластины 7 выполнены в виде трапеции (фиг. 3), при развороте пластин 7 на шарнирах 6 изнутри насадка 2 полностью перекрывается кольцевая щель 3, что обеспечивает отсутствие утечки горячего газа через отверстия в форме пазов 5, организованных в перегородке 4 кольцевой щели 3.

На фиг. 4 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.

Расчеты показывают, что в высотном сопле Лаваля с изломом контура по сравнению с гладким соплом с давлением на срезе p_a=0.06 МПа (Фиг. 4 поз. 1 - высотная характеристика земного сопла) выигрыш тяги в космосе может составить до 9% за счет увеличения геометрической степени расширения (Фиг. 4 поз. 3 - высотная характеристика сопла с изломом контура). Тяги же круглого сопла с давлением на срезе p_a=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. 4). На фиг. 4 поз. 2 - эта высотная характеристика сопла двигателя 2-ой ступни ракеты.

Предлагаемая полезная модель повышает надежность ракеты за счет устранения прогара днища путем установки пластин, предназначенных для перекрытия кольцевой щели, что, несомненно, дает экономический эффект.

Claims

Высотное сопло Лаваля, содержащее земное круглое сопло и соосно с ним установленный круглый высотный 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, отличающееся тем, что кольцевая щель, образованная в месте излома контура, снабжена пластинами, установленными на шарнирах изнутри насадка по всему его периметру с возможностью качания для перекрытия кольцевой щели.