СОПЛО РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2005 года по МПК F02K9/97 F02K1/38 

Изобретение относится к ракетной технике и может быть использовано при создании сопловых блоков ракетных и авиационных двигателей.

Известно, что проектирование ракетного двигателя, работающего в условиях изменяющегося внешнего Ph и(или) внутреннего Ра давления, связано с проблемой оптимизации степени расширения сопла. Изменение внешнего давления (примерно на два порядка) характерно для маршевых двигателей первых ступеней баллистических ракет, а изменение внутреннего и внешнего давлений свойственно многим авиационным двигателям, имеющим форсажный и маршевый режимы и работающих на разных высотах.

Сопло такого ракетного двигателя имеет максимальную тягу при условии равенства внешнего давления с давлением на срезе сопла, т.е. при переменном внешнем давлении оптимальное сопло должно иметь переменную степень расширения. Практическая реализация такой конструкции приведет к неоправданному усложнению и утяжелению конструкции. Поэтому степень расширения выбирают из условия минимальных суммарных потерь за все время работы двигателя.

Известны сопла, работающие в вышеуказанных условиях, у которых для увеличения тяговых характеристик в концевой части раструба выполнены в несколько поясов отверстия. В этом случае, за счет попадания атмосферного воздуха внутрь сопла, при повышенном внешнем давлении происходит отрыв потока в зоне, где Pa<Ph, перепад давления на стенке раструба в этой зоне исчезает, а с ним исчезает и отрицательная составляющая тяги.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому изобретению является сопло ракетного двигателя по патенту США 3 469 787, 1969.

В этом сопле над поясами отверстий, соосно с ним, установлен кожух в виде оболочки, подкрепленной перфорированными кольцевыми перегородками. Передняя часть оболочки герметично крепится к раструбу, на задней кромке которого находится воздухозаборник, направляющий набегающий воздушный поток в кольцевую полость между раструбом и кожухом. На внутренней стенке раструба рядами, над отверстиями, расположены заслонки, подвешенные шарнирно к раструбу своей передней частью. Если в месте установки заслонок, играющих роль обратных клапанов, Pa<Ph, то заслонки отклоняются внутрь, открывая доступ атмосферного воздуха внутрь раструба, в противном случае (Pa>Ph) предотвращая утечки основного потока.

Недостатки прототипа:

- повышенные потери тяги из-за наличия заслонок, отклоняющихся внутрь сопла;

- повышенные масса и габариты конструкции, в частности, за счет применения единой оболочки вокруг всей перфорированной зоны и воздухозаборника;

- повышенная конструктивная и технологическая сложность;

- возможность возникновения колебаний заслонок вследствие пульсирующего перепада давления.

Технической задачей настоящего изобретения является устранение вышеуказанных недостатков.

Технический результат достигается тем, что в сопле ракетного двигателя, содержащем в концевой части кольцевые ряды отверстий и перекрывающие их заслонки, отверстия охвачены кольцевым торообразным ресивером, сообщающимся с внешней средой также с помощью отверстий, а заслонки установлены на отверстия ресивера и могут быть выполнены в виде единой гибкой кольцевой манжеты, например, из термостойкой ткани.

Принципиальная конструктивная схема предлагаемого устройства представлена на чертеже.

Концевая часть раструба 1 содержит ряды отверстий 2, каждый ряд отверстий охвачен индивидуальным ресивером 3, прикрепленным к раструбу. На наружной стенке ресивера выполнен кольцевой ряд отверстий, перекрытых заслонками 4, выполняющими функцию обратного клапана. Заслонки выполнены в виде единой гибкой кольцевой манжеты, например, из термостойкой ткани.

При работе сопла внешнее давление меняется от 1 до 0 атм. Если в месте расположения ряда отверстий 2 Pa<Ph, то заслонки 4, выполняющие роль обратного клапана, отклоняются внутрь ресивера 3, открывая доступ атмосферного воздуха внутрь раструба. При этом, за счет попадания атмосферного воздуха внутрь сопла, при повышенном внешнем давлении происходит отрыв потока в зоне, где Pa<Ph, перепад давления на стенке раструба в этой зоне исчезает, а с ним исчезает и отрицательная составляющая тяги. Если ряд отверстий расположен в зоне, где Pa>Ph, то заслонки 4 перекрывают отверстия на ресивере 3, тем самым предотвращая утечки основного потока.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого изобретения по сравнению с прототипом заключается в уменьшении веса, габаритов, повышении технологичности и энергетических характеристик сопла.

Сопло ракетного двигателя в концевой части содержит кольцевые ряды отверстий и перекрывающие их заслонки. Кольцевой ряд отверстий охвачен кольцевым торообразным ресивером, сообщающимся с внешней средой с помощью отверстий, на которых установлены заслонки. Изобретение позволит снизить вес и габариты, а также повысить энергетические характеристики сопла. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Сопло ракетного двигателя, содержащее в концевой части кольцевые ряды отверстий и перекрывающие их заслонки, отличающееся тем, что в нем кольцевой ряд отверстий охвачен кольцевым торообразным ресивером, сообщающимся с внешней средой также с помощью отверстий, а заслонки установлены на отверстия ресивера.2. Сопло по п.1, отличающееся тем, что заслонки выполнены в виде единой гибкой кольцевой манжеты, например, из термостойкой ткани.