Сопло многокамерного жидкостного ракетного двигателя

Сопло многокамерного жидкостного ракетного двигателя

Реферат

 

Сопло предназначено для использования в многокамерных ракетных двигателях на жидком топливе. Оно содержит три или четыре укороченных сопла, соединенных между собой по внутренним участкам периметров стенкой. Стенка имеет форму гипоциклоиды с тремя или четырьмя ветвями. Общая расширяющаяся часть сопл соединена с укороченными соплами по внешним участкам периметров и имеет в сечении форму эпициклоиды с тремя или четырьмя ветвями. Выполненное таким образом сопло обладает меньшей массой, позволяет максимально использовать мидель ракеты и регулировать геометрическую степень расширения по высоте полета ракеты, экспериментальным путем подтвердить экономичность двигателя и значительно уменьшить донное сопротивление. 2 ил.

Изобретение относится к области ракетостроения и может быть использовано в многокамерном ЖРД.

Известны ЖРД (РЛ-107, РД-108, PA-214, РД-0110, РД-0124 и др.), содержащие четыре камеры с круглыми соплами, имеющими сужающиеся и расширяющиеся части оптимальных размеров.

Наиболее близким является ЖРД, описание которого приведено в книге: Алемасов В.Е., Дрегалин А.Ф., Тишин А.П. Теория ракетных двигателей: М., Машиностроение, 1980; стр. 201, стр. 203 - рис. 16.13, 16.14; стр. 204 - рис. 16.15 - прототип.

Указанный ЖРД, выбранный в качестве прототипа, по сравнению с однокамерным имеет значительно меньшую длину, поэтому уменьшены и габариты всей ракеты, что в конечном итоге приводит к заметному выигрышу в массе.

В то же время такая конструкция многокамерного ЖРД обладает следующими недостатками: не позволяет максимально использовать мидель ракеты; требует сложной конструкции зашиты двигателя; не позволяет по высоте полета ракеты регулировать геометрическую степень расширения сопла; не позволяет экспериментальным путем с помощью вакуум-камеры и газодинамических труб подтвердить экономичность высотного двигателя; расширяющиеся части сопел и зашита двигателя имеют большую массу; при работе 1 ступени ракеты возникает большое непостоянное донное сопротивление.

Задачей предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков: уменьшение массы сопла, увеличение и регулирование геометрической степени расширения сопла, повышение эксплуатационных характеристик двигателя.

Поставленная задача достигается тем, что в разработанном сопле многокамерного ЖРД, состоящем из нескольких круглых сопел оптимальных размеров, имеющих сужающиеся и расширяющиеся части, корпуса расширяющихся частей выполнены укороченными и в районе выходных сечений по внутренним участкам периметров соединены между собой жестко стенкой, имеющей форму гипоциклоиды, например, с четырьмя ветвями, а по внешним участкам - с панелями, которые жестко соединены между собой, образуя общую расширяющуюся часть, имеющую в сечении, перпендикулярном оси двигателя, форму эпициклоиды, например, с четырьмя ветвями.

Укороченные сопла располагаются между собой значительно ближе (~ на 40%), что дает возможность уменьшить длину газоводов камер, а следовательно и массу двигателя.

Общая часть сопел по сравнению с полноразмерными частями этих сопел имеет на ~34% меньшую массу. Защита двигателя, установленная на общей части сопел, имеет значительно меньшую массу.

Наличие общей части сопел позволяет увеличить удельный импульс тяги (уменьшить длину двигателя) за счет максимального использования миделя ракеты, регулировать по высоте геометрическую степень расширения сопла за счет излома контура, экспериментальным путем подтвердить экономичность двигателя, значительно уменьшить донное сопротивление.

На фиг. 1 представлено предлагаемое сопло многокамерного ЖРД; на фиг. 2 - вид А, где: 1 - укороченное сопло камеры ЖРД; 2 - стенка; 3 - панель; 4 - общая часть сопел.

Сопло многокамерного ЖРД содержит четыре укороченных сопла 1, одну стенку 2, четыре панели 3, образующие общую часть сопел 4.

Расширяющаяся часть укороченного сопла 1 представляет собой начальный участок расширяющейся части полноразмерного высотного сопла, имеющего контур с равномерной характеристикой. В зависимости от назначения многокамерного ЖРД расширяющаяся часть укороченного сопла может быть выполнена по земному или высотному контуру. Стенка 2, имеющая в плане форму гипоциклоиды с четырьмя ветвями, соединена с укороченными соплами 1 в районе выходных сечений по внутренним участкам периметров и обеспечивает истечение газа через выходное сечение общей части сопел 4. Панели 3 жестко соединены с выходными сечениями укороченных сопел по внешним участкам периметров и между собой, образуя общую расширяющуюся часть сопел 4, которая в сечении, перпендикулярном оси двигателя имеет форму эпициклоиды с четырьмя ветвями.

Контур общей расширяющейся части сопел 4 обеспечивает параллельный поток в выходном сечении с одной и той же величиной скорости в любой точке этого сечения.

Сопло многокамерного ЖРД в месте стыка укороченных сопел с общей частью может быть выполнено без излома и с изломом контура.

Кроме того, сопло многокамерного ЖРД может быть выполнено из трех укороченных сопел, соединенных между собой по внутренним участкам периметров стенкой, имеющей форму гипоциклоиды с тремя ветвями, а по внешним участкам - с панелями, которые образуют общую расширяющуюся часть, имеющую в сечении, перпендикулярном оси двигателя, форму эпициклоиды с тремя ветвями.

Во время работы ЖРД продукты сгорания топлива из камер сгорания поступают в укороченные сопла 1, где расширяются до сверхзвуковой скорости (М = 1,5-2,5). Дальнейшее расширение продуктов сгорания до значительно большей (необходимой) сверхзвуковой скорости происходит в общей части сопел 4. За счет излома контура в месте стыка общей части с укороченными соплами обеспечивается регулирование геометрической степени расширения по высоте полета ракеты.

Применение предложенного изобретения позволяет уменьшить массу двигателя, максимально использовать мидель ракеты для увеличения геометрической степени расширения сопла и уменьшения донного сопротивления, уменьшить длину двигателя и обеспечить регулирование геометрической степени расширения сопла по высоте полета ракеты.

Изготовление предлагаемого устройства не требует специальных технологий и реализуется известными методами.

Формула изобретения

Сопло многокамерного жидкостного ракетного двигателя, состоящее из нескольких круглых сопл оптимальных размеров, имеющих сужающиеся и расширяющиеся части, отличающееся тем, что в нем корпуса расширяющихся частей выполнены укороченными и в районе выходных сечений по внутренним участкам периметров соединены между собой жестко стенкой, имеющей форму гипоциклоиды, например, с четырьмя ветвями, а по внешним участкам - с панелями, которые жестко соединены между собой, образуя общую расширяющуюся часть, имеющую в сечении, перпендикулярном оси двигателя, форму эпициклоиды, например, с четырьмя ветвями.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2