РАКЕТНОЕ СОПЛО Российский патент 2006 года по МПК F02K9/97 

Изобретение относится к области ракетных двигателей.

Известно оптимальное сопло жидкостного ракетного двигателя ракет стратегического назначения, сопло твердотопливного ракетного двигателя, состоящее из полости сгорания, конфузора, диффузора и рассматриваемое как местное гидравлическое сопротивление (RU 2117814, F 02 K 9/97, 1998).

Однако в этом изобретении не учитывается то, что можно рассчитать, спроектировать и изготовить ракетное сопло для жидкостного ракетного двигателя и твердотопливных ракетных двигателей с точным расчетом давления в полости сгорания и с точным расчетом конструктивных параметров ракетного сопла.

Научной и технической задачей излагаемого изобретения является определение давления газовых струй в полости сгорания ракетного сопла в зависимости от отношения диаметра критического сечения ракетного сопла к диаметру полости сгорания ракетного сопла и от значения критерия Рейнольдса Re, рассчитанного по параметрам газовых струй в полости сгорания ракетного сопла.

Поставленная задача решается за счет того, что сопло жидкостного или твердотопливного ракетного двигателя, состоящее из полости сгорания, конфузора, диффузора, причем сопло является местным гидравлическим сопротивлением, согласно изобретению для определения давления P₁ газовых струй в полости сгорания из зависимости P₁=P₂+ξ·ρ₁·v²/2, где P₂ - давление газового потока в диффузоре, ξ - коэффициент местного гидравлического сопротивления, Р₁ - плотность газовых струй в полости сгорания сопла, v - скорость газовых струй до критического сечения сопла, коэффициент местного гидравлического сопротивления ξ берется из результатов экспериментальных проливов воды через модели гидравлических сопротивлений, по зависимости от d₂/d₁ и критерия Рейнольдса Re, где d₂ - диаметр поперечного сечения критического сечения сопла, d₁ - диаметр поперечного сечения полости сгорания, Re=v·d₁/ν, где v - скорость газовых струй до критического сечения сопла, ν - коэффициент кинематической вязкости газовых струй до критического сечения сопла.

На Фиг.1 изображено ракетное сопло 1 с необходимыми размерами и параметрами газовых струй до критического сечения сопла и после оного.

На Фиг.2, Фиг.3 изображены зависимости коэффициента местного гидравлического сопротивления в зависимости от отношения диаметра критического сечения сопла к диаметру полости сгорания ракетного сопла и в зависимости от критерия Рейнольдса Re соответственно.

Давление в полости сгорания ракетного сопла Фиг.1 рассчитывается по следующей зависимости:

где

Р₁ - давление жидкостно-газовых или газовых струй в полости сгорания ракетного сопла,

Р₂ - давление газового потока в диффузоре ракетного сопла,

ξ - коэффициент местного гидравлического сопротивления,

ρ₁ - плотность газовых струй в полости сгорания ракетного сопла,

v - скорость газовых струй до критического сечения ракетного сопла.

При этом коэффициент местного гидравлического сопротивления определяется по кривым, изображенным на Фиг.2, Фиг.3 в зависимости от:

- отношения d₁/d₂,

- критерия Рейнольдса где

d₂ - диаметр критического сечения ракетного сопла,

d₁ - диаметр поперечного сечения полости сгорания ракетного сопла,

ν - коэффициент кинематической вязкости газовых струй до критического сечения ракетного сопла.

Расчет силы, действующей на ракету от давления жидкостно-газовых или газовых струй в полости сгорания ракетного сопла, давления газовых струй в конфузоре, давления газового потока в диффузоре, можно осуществить как сумму трех сил:

где d₃ - диаметр поперечного сечения среза диффузора ракетного сопла,

а суммарное усилие на ракету от давления жидкостно-газовых струй, газовых струй и газового потока будет:

Применение излагаемого изобретения для расчета давления жидкостно-газовых струй или газовых струй в полости сгорания ракетного сопла и расчет суммарного усилия, действующего на ракету от давления жидкостно-газовых струй или газовых струй и давления газового потока в ракетном сопле, позволит улучшить тактико-технические данные ракет стратегического назначения и ракет ПВО.

Изобретение относится к области ракетостроения. Сопло жидкостного или твердотопливного ракетного двигателя, состоящее из полости сгорания, конфузора, диффузора, которое отличается тем, что сопло рассматривается как местное гидравлическое сопротивление, при этом коэффициент местного гидравлического сопротивления ξ берется из результатов экспериментальных проливов воды через модели ракетных сопел и гидравлических сопротивлений: внезапное сужение - внезапное расширение в зависимости от и критерия Рейнольдса Re, где d₂ - диаметр поперечного сечения критического сечения сопла, d₁ - диаметр поперечного сечения полости сгорания, где v - скорость жидкостно-газовых струй до критического сечения ракетного сопла, ν - коэффициент кинематической вязкости жидкостно-газовых струй до критического сечения сопла. Изобретение обеспечивает более точный расчет толщины стенки ракетного сопла, тракта охлаждения ракетного сопла, а также точнее рассчитать конструктивные параметры турбонасосного агрегата для жидкостного ракетного двигателя и твердотопливного ракетного двигателя. 3 ил.

Сопло жидкостного или твердотопливного ракетного двигателя, состоящее из полости сгорания, конфузора, диффузора, причем сопло является местным гидравлическим сопротивлением, отличающееся тем, что для определения давления P₁ газовых струй в полости сгорания из зависимости P₁=Р₂+ξ-ρ₁-v²/2, где Р₂ - давление газового потока в диффузоре, ξ - коэффициент местного гидравлического сопротивления, ρ₁ - плотность газовых струй в полости сгорания сопла, v - скорость газовых струй до критического сечения сопла, коэффициент местного гидравлического сопротивления ξ берется из результатов экспериментальных проливов воды через модели гидравлических сопротивлений по зависимостям от d₂/d₁ и критерия Рейнольдса Re, где d₂ - диаметр поперечного сечения критического сечения сопла, d₁ - диаметр поперечного сечения полости сгорания, Re=vd₁/ν, где v - скорость газовых струй до критического сечения сопла, ν - коэффициент кинематической вязкости газовых струй до критического сечения сопла.