NO341284B1 - Divergent rør med stråledeflektorer for fremdriftsenheter med fast last - Google Patents

Divergent rør med stråledeflektorer for fremdriftsenheter med fast last Download PDF

Info

Publication number
NO341284B1
NO341284B1 NO20131268A NO20131268A NO341284B1 NO 341284 B1 NO341284 B1 NO 341284B1 NO 20131268 A NO20131268 A NO 20131268A NO 20131268 A NO20131268 A NO 20131268A NO 341284 B1 NO341284 B1 NO 341284B1
Authority
NO
Norway
Prior art keywords
deflectors
nozzle
fins
flow
gas
Prior art date
Application number
NO20131268A
Other languages
English (en)
Other versions
NO20131268A1 (no
Inventor
Didier Zanelli
Original Assignee
Roxel France
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Roxel France filed Critical Roxel France
Publication of NO20131268A1 publication Critical patent/NO20131268A1/no
Publication of NO341284B1 publication Critical patent/NO341284B1/no

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02K—JET-PROPULSION PLANTS
    • F02K9/00—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof
    • F02K9/80—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof characterised by thrust or thrust vector control
    • F02K9/90—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof characterised by thrust or thrust vector control using deflectors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02K—JET-PROPULSION PLANTS
    • F02K9/00—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof
    • F02K9/80—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof characterised by thrust or thrust vector control
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02K—JET-PROPULSION PLANTS
    • F02K9/00—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof
    • F02K9/97—Rocket nozzles
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2240/00—Components
    • F05D2240/10—Stators
    • F05D2240/12—Fluid guiding means, e.g. vanes
    • F05D2240/121—Fluid guiding means, e.g. vanes related to the leading edge of a stator vane
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2240/00—Components
    • F05D2240/10—Stators
    • F05D2240/12—Fluid guiding means, e.g. vanes
    • F05D2240/122—Fluid guiding means, e.g. vanes related to the trailing edge of a stator vane
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2250/00—Geometry
    • F05D2250/30—Arrangement of components
    • F05D2250/32—Arrangement of components according to their shape
    • F05D2250/324—Arrangement of components according to their shape divergent

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Nozzles (AREA)
  • Aerodynamic Tests, Hydrodynamic Tests, Wind Tunnels, And Water Tanks (AREA)
  • Gas Burners (AREA)
  • Excavating Of Shafts Or Tunnels (AREA)

Description

Divergent rør med stråledeflektorer for fremdriftsenheter med fast last
Den foreliggende oppfinnelsen vedrører området fremdriftsenheter med fast last tilveiebrakt med en dyse som sørger for å støter ut forbrenningsgassene og sikre fremdriftsenhetens skyvekraft. Mer spesifikt faller oppfinnelsen inn under området divergente ør med stråledeflektorer som gjør det mulig å orientere skyvekraftvektoren.
For å forbedre fremdriftsenhetenes ytelse og særlig deres smidighet ved lav eller middels hastighet er målet å orientere utstøtingen av forbrenningsgassene for å styre skyvekraftvektoren. Innretninger anvendes så, slik som stråledeflektorer, bevegelige dyser på en mekanisk stopper, fleksible dyser eller til og med asymmetrisk injeksjon av væske eller gass i det divergente røret. De divergente rørene med stråledeflektorer har den fordelen at de tillater styring av fremdriftsenheten i tre rotasjoner, i gjr, i stamp og i rull. Sammenligningsvis krever en komplisert og kostbar alternativ løsning to bevegelige dyser på en mekanisk stopper for å oppnå samme styring av fremdriftsenheten. De divergente rørene med stråledeflektorer har mange fordeler, særlig redusert vekt, volum eller kostnad, noe som gjør disse innretningene særlig velegnet til små fremdriftsenheter for hvilke nøyaktig og rask styring av banen etterstrebes. De divergente rørene med stråledeflektorer har imidlertid ulemper, særlig dragsuget til stråledeflektorene. Installeringen av stråledeflektorer i det divergente røret bryter strømmen av forbrenningsgass ved å skape sjokkbølger, grensesjikt, turbulens i dragsuget deres. Disse fenomenene, selv når deflektorenes er i innfallsvinkel null (eng.: zero incidence), det vil si når skyvekraftvektoren ikke er avbøyet, forårsaker tap av skyvekraft, typisk i størrelsesorden 1 til 3 %. Det forsøkes å begrense dette tapet, samtidig som fordelene til divergente rør med stråledeflektorer beholdes.
WO 2005028844 A, US 2010272577 Al og WO 02073118 Al beskriver kjent teknikk på området.
Det finnes nå flere typer dyser tilveiebrakt med et divergent rør med stråledeflektorer for en fremdriftsenhet med fast last. Prinsippet til disse innretningene er illustrert i figurene la og lb. En fremdriftsenhet 1 omfattende et legeme 2, for eksempel sylinderformet på en hovedakse Z, inneholder følgelig en fast last 3, slik som et drivmiddel. Forbrenningen av den faste lasten 3 settes i gang av en sentral kanal 4. Forbrenningsgassene drives ut ved hjelp av trykket i den sentrale kanalen 4 gjennom en dyse 5 plassert på baksiden av fremdriftsenheten 1. Dysen 5 omfatter et konvergent første element 5A og et divergent andre element 5B. Dysen har en seksjon med mindre overflateareal på nivå med en hals 5C mellom det konvergente elementet 5A og det divergente elementet 5B. Skyvekraften oppnås ved ekspansjon av forbrenningsgassene i det divergente røret. I figur la er det divergente elementet 5B til dysen 5 et standard fast divergent element, uten stråledeflektor.
Figur lb viser en kjent implementasjon av en dyse tilveiebrakt med et divergent element 7 med stråledeflektor. Det divergente elementets 7 indre overflate, i det vesentlige avsmalnet (typisk en halwinkel på omtrent 15°), i kontakt med forbrenningsgassene, er gitt henvisningstallet 71. Det divergente elementet 7 omfatter fire finner 81, 82, 83 og 84 forbundet til det divergente elementet 7 med fire forbindelsesledd 91, 92, 93 og 94. De fire forbindelsesleddene 91, 92, 93 og 94 er anbrakt i to innbyrdes ortogonale plan inneholdende aksen Z. X og Y er anvendt for å angj to akser henholdsvis rommet i ett av de to ortogonale planene og som danner, sammen med Z, en ortogonal referanseramme.
Forbindelsesleddene 91, 92, 93 og 94 tillater rotasjon av finnene 81, 82, 83 og 84 i forhold til det divergente elementet 7 på en akse rommet i ett av de ortogonale planene beskrevet tidligere. XI, X2, X3 og X4 er anvendt for å angi rotasjonsaksen til hver av finnene 81, 82, 83 og 84.
Hver av finnene, for eksempel 83, omfatter to hovedoverflater, med henvisningstegn Sg3Aog Sg3Bi figuren, vendt mot hverandre, forbundet ved hjelp av hovedkanter, en første kant kalt ledende kant orientert mot dysens innløpsseksjon og en andre kant kalt etterhengende kant orientert mot dysens utløpsseksjon. Begrepet innfallsvinkel null anvendes når finnene er innrettet med strømmen av forbrenningsgasser; idet hovedoverflatene da i det vesentlige er parallelle til strømmen av gass. Denne stillingen gjør det mulig å minimere turbulensen generert på strømmen av gass. Strømmens avbøying er null, strømmen er symmetrisk i forhold til aksen Z. Ved å styre rotasjonen til hver av finnene, er det mulig å styre fremdriftsenhetens 1 skyvekraftvektor. Styringen på giraksen er typisk mulig ved hjelp av rotasjon av finnene 81 og 83; styringen på stampaksen er mulig ved hjelp av rotasjon av finnene 82 og 84; styringen på rullaksen er mulig ved hjelp av rotasjon av finnene 81 til 84.
Forbrenningsgassene for den faste lasten har høy temperatur og supersonisk hastighet og er derfor svært ablative. Finnene utsettes for svært aggressive omgivelser, særlig den ledende kanten av finnene. Videre utøver strømmen av gass en betydelig kraft på finnens overflate når førstnevnte styres slik at det genereres en avbøying av strømmen av gass. Av disse grunnene genererer finnene som implementeres i dag og som krever en betydelig tykkelse, et brudd i strømmen av gass som er betydelig selv i innfallsvinkel null.
Oppfinnelsen har som mål å foreslå en alternativ løsning for et divergent element med stråledeflektorer til en fremdriftsenhet med fast last ved å avhjelpe ovennevnte vanskeligheter ved implementasjon.
Til dette formålet tilveiebringer oppfinnelsen en dyse for en fremdriftsenhet med fast last omfattende et divergent element gjennom hvilket en strøm av forbrenningsgass for en fast last kan passere mellom en innløpsseksjon og en utløpsseksjon, og omfattende et antall finner utsatt for strømmen av gass mellom innløpsseksjonen og utløpsseksjonen, hver forbundet med det divergente elementet og dreibart festet til det divergente elementet for slik å dreie fra en innfallsvinkel null rotasjonsposisjon hvor finnens største overflater er i det vesentlige parallelle med strømmen med gass og finnen minimerer dens avbøying av strømmen av gass; der hver av finnene omfatter en første kant, kalt ledende kant, orientert mot innløpsseksjonen til dysen, og ytterligere omfattende et antall deflektorer festet til det divergente elementet, plassert mellom innløpsseksjonen og utløpsseksjonen og oppstrøms av finnene i forhold til strømmen av gass, slik at de beskytter finnenes ledende kant når finnene er i deres innfallsvinkel null-stilling ved hjelp av avbøying av en gasstrømsdel rettet mot den ledende kanten; idet deflektorene gjør det mulig å strukturere strømmen av gass oppstrøms av finnene uten å begrense dysens innløpsseksjon.
Oppfinnelsen vedrører også en fremdriftsenhet med fast last omfattende en dyse som har de ovennevnte beskrevne trekkene.
Oppfinnelsen vedrører også en fremgangsmåte for å fremstille en slik dyse.
Oppfinnelsen vil forstås bedre, og andre fordeler vil fremgå ved lesing av den detaljerte beskrivelsen av utførelsesformer gitt som eksempler i de følgende figurene.
Figurene la og lb, som allerede er omtalt, beskriver en kjent implementasjon av en fremdriftsenhet med fast last tilveiebrakt med et divergent element,
figurene 2a, 2b og 2c viser en første implementasjon av en dyse tilveiebrakt med et divergent element med stråledeflektor ifølge en utførelsesf orm av oppfinnelsen,
figurene 3a, 3b og 3c viser en andre implementasjon av en dyse tilveiebrakt med et divergent element med stråledeflektor ifølge en utførelsesf orm av oppfinnelsen,
figurene 4a og 4b viser finnene til et divergent element ifølge de to utførelsesformene av oppfinnelsen,
figur 5 viser et eksempel på en deflektor og dens festemiddel på et divergent element ifølge en utførelsesf orm av oppfinnelsen.
Av klarhetshensyn vil de samme elementene ha samme henvisningstegn i de ulike figurene. Figurene beskriver oppfinnelsen fra ulike synsvinkler, i perspektiv eller fra siden; noen henvisningstegn nevnt i teksten er ikke inkludert i tegningene, men er utledet logisk utfra henvisningstegnene i figurene.
Figurene 2a, 2b og 2c viser en første utførelsesform av en dyse tilveiebrakt med et divergent element med stråledeflektor ifølge oppfinnelsen. En dyse 61 omfatter et divergent element 7 av hvilket en indre overflate 71, for eksempel avsmalnet, utsettes for en strøm av forbrenningsgass for en fast last 3 for en fremdriftsenhet 1. Strømmen av gass passerer gjennom dysen og det divergente elementet 7 langs en hovedakse Z. Som tidligere beskrevet i figurene la og lb omfatter dysen 61 fire finner 81, 82, 83 og 84 forbundet til det divergente elementet 7 ved hjelp av fire forbindelsesledd 91, 92, 93 og 94. De fire forbindelsesleddene 91, 92, 93 og 94 er plassert i to innbyrdes ortogonale plan inneholdende aksen Z. X og Y angir to akser henholdsvis rommet i ett av de to ortogonale planene og danner, sammen med Z, en ortogonal referanseramme. Forbindelsesleddene 91, 92, 93 og 94 tillater rotasjon av finnene 81, 82, 83 og 84 i forhold til det divergente elementet 7 på en akse rommet i ett av de ortogonale planene beskrevet tidligere. XI, X2, X3 og X4 angir rotasjonsaksen til hver av finnene 81, 82, 83 og 84.
Ifølge oppfinnelsen omfatter dysen 61 et divergent element 7 gjennom hvilket en strøm av forbrenningsgass for en fast last 3 kan passere mellom en innløpsseksjon Sa og en utløpsseksjon Sb- Dysen 61 omfatter et antall finner 81, 82,
83 og 84 utsatt for strømmen av gass mellom innløpsseksjonen Sa og utløpsseksjonen Sb, forbundet til det divergente elementet 7 og i stand til å drives i rotasjon i forhold til det divergente elementet 7, slik at det genereres en avbøying av en del av strømmen av gass, som varierer avhengig av finnens 81, 82, 83 eller 84 vinkelposisjon. Finnene gjør det slik mulig å orientere en skyvekraftvektor generert av strømmen av gass gjennom dysen 61. Hver av finnene 81, 82, 83 og 84 omfatter to hovedoverflater, Sg3A, Sg3B, vendt mot hverandre og forbundet ved hjelp av hovedkanter, en første kant 101, 102, 103 og 104, kalt ledende kant, orientert mot innløpsseksjonen Sa til dysen 61, og en andre kant 101f, 102f, 103f og 104f, kalt etterhengende kant, orientert mot dysens 61 utløpsseksjon Sb-
Ifølge oppfinnelsen omfatter dysen 61 også fire deflektorer 111, 112, 113 og 114 festet til det divergente elementet 7. Deflektorene 111, 112, 113 og 114 er henholdsvis plassert oppstrøms av finnene 81, 82, 83 og 84 i forhold til strømmen av gass. Hver av deflektorene gjør det mulig, ved hjelp av sin form og sin plassering i det divergente elementet, å avbøye en gasstrømsdel som ellers er rettet mot den ledende kanten av hver finne; idet de behørig konfigurerte deflektorene gjør det mulig å strukturere strømmen av gass oppstrøms av finnene. Som angitt i figurene har deflektorene foretrukket i det vesentlige plan form og i det vesentlige rommet i de to tidligere beskrevne ortogonale planene; der de ortogonale planene inneholder finnenes rotasjonsakser.
I en første utførelsesform vist i figurene 2a, 2b og 2c, er deflektorene 111, 112, 113 og 114, som har form av en tynn styringsoverflate, festet til den i det vesentlige avsmalnede indre overflaten 71 ved hjelp av en første kant. Deflektorene 111, 112, 113 og 114 omfatter en andre kant i det vesentlige parallell med aksen Z og utsatt for strømmen av gass, og en tredje kant 121, 122, 123 og 124 i det vesentlige parallell med den ledende kanten, henholdsvis 101, 102, 103 og 104, av finnen som vender mot deflektoren, henholdsvis 81, 82, 83 og 84. Deflektorene tar form av en styringsoverflate, hvis ledende kant, som tilsvarer den andre kanten som er i det vesentlige parallell med Z-aksen, strekker seg fra innløpsseksjonen Sa til det divergente elementet, det vil si i nærheten av dysens hals, mot utløpsseksjonen Sb til det divergente elementet 7.
Som tidligere beskrevet anvendes uttrykket "finnestilling med innfallsvinkel null" for å beskrive stillingen til en finne som minimerer avbøyingen av strømmen av gass. Dette er typisk tilfelle i figur 2b til finnene 81, 82 og 83 for hvilke hovedoverflatene Sg3Aog Sg3Ber i det vesentlige parallelle til strømmen av gass. Når alle finnene er plassert med innfallsvinkel null, er skyvekraftvektoren generert av strømmen av gass innrettet på aksen Z.
I denne første utførelsesformen beskyttes de ledende kantene 101, 102, 103 og 104 til finnene 81, 82, 83 og 84 plassert med innfallsvinkel null som vist i figur 2b, mot strømmen av gass ved hjelp av deflektorenes 111, 112, 113 og 114 kanter 121, 122, 123 og 124.
Når en finne ikke er i en stilling med innfallsvinkel null, det vil si når den drives i rotasjon for å tillate avbøying av strømmen av gass, slik det for eksempel er tilfelle for finnen 82 i figur 2c, utsettes finnens ledende kant 102 minst delvis for strømmen av gass.
Med andre ord omfatter dysen 61 et antall deflektorer 111, 112, 113 og 114 festet til det divergente elementet 7 og utsatt for strømmen av gass mellom innløpsseksjonen Sa og utløpsseksjonen Sb og plassert oppstrøms av finnene 81, 82, 83 og 84 i forhold til strømmen av gass, for minst delvis å beskytte den ledende kanten 101, 102, 103 og 104 til finnene 81, 82, 83 og 84 ved avbøying av en gasstrømdel rettet mot den ledende kanten 101, 102, 103 og 104. Styringsoverflateformen til deflektorene som strekker seg fra det divergente elementets innløpsseksjon, er særlig fordelaktig. I praksis gjør denne spesielle formen det mulig å strukturere strømmen av gass oppstrøms av finnene i den supersoniske delen. Ved å utgå fra innløpsseksjonen Sa til det divergente elementet, i forlengelsen av dysens hals, reduserer ikke deflektorene den effektive seksjonen til dysens hals. Ved hjelp av denne spesielle formen og plasseringen gjør deflektorene det mulig å strukturere strømmen av gass oppstrøms av finnene og derfor beskytte sistnevnte. De gjør det også mulig å begrense både tapene i skyvekraft og erosjonen forårsaket av strømmen av gass, som ville følge av en plassering der deflektorene utgår oppstrøms av innløpsseksjonen Sa til det divergente elementet, i dysens hals. På lignende måte, ved å gjøre det mulig å strukturere strømmen av gass oppstrøms av finnene, gjør denne implementasjonen av deflektorene det mulig å minimere tapene ved hjelp av sjokkbølger på nivå med finnene når styringen er null.
For hver av finnene 81, 82, 83 og 84 er den ledende kanten 101, 102, 103 og 104 fordelaktig fullstendig beskyttet mot strømmen av gass ved hjelp av en deflektor 111, 112, 113, 114 når finnen er i en stilling som minimerer avbøyingen av strømmen av gass, kalt stilling med innfallsvinkel null. For eksempel for en finne 83 i en stilling med innfallsvinkel null, ettersom hovedoverflatene Sg3Aog Sg3Btil finnen 83 i det vesentlige er innrettet med en gasstrømtransportakse Z, har deflektoren 113 en kant 123 som er i det vesentlige parallell med den ledende kanten 103 til finnen 83 som er plassert med innfallsvinkel null, og med en lengde som er i det vesentlige lik lengden til den ledende kanten 103 til finnen 83.
Fordelaktig kan minst én av deflektorene konfigureres slik at den utsettes med en del av sin overflate for en subsonisk strøm av gass, i nærheten av inngangen til strømmen av gass inn i dysen, og med en del av sin overflate for en supersonisk strøm av gass i nærheten av utgangen til gasstrøm i dysen.
Fordelaktig omfatter dysen 61 fire finner 81, 82, 83 og 84, forbundet til en i det vesentlige avsmalnet indre overflate 71 til det divergente elementet 7 ved hjelp av fire forbindelsesledd 91, 92, 93 og 94, rommet i to innbyrdes ortogonale plan inneholdende aksen Z. Dysen 61 omfatter også en deflektor 111, 112, 113 og 114, plassert slik at de vender mot hver av de fire finnene 81, 82, 83 og 84, har i det vesentlige plan form og rommet i samme plan som finnen; der hver av de fire deflektorene 111, 112, 113 og 114 omfatter en første kant som er festet til den indre overflaten 71 til det divergente elementet 7, en andre langlinjet kant i det vesentlige parallell med gasstrømtransportaksen Z og en tredje langlinjet kant 121, 122, 123 og 124 i det vesentlige parallell med den ledende kanten til den berørte finnen 81, 82, 83 eller 84.
Denne første utførelsesformen er særlig fordelaktig ettersom den gjør det mulig å beskytte den ledende kanten til en finne plassert med innfallsvinkel null. Denne implementasjonen gjør det mulig å redusere tapet av kraft med innfallsvinkel null betydelig. Ved å utgå nedstrøms av dysens hals gjør deflektorene det mulig å strukturere strømmen av gass for å beskytte finnene uten å generere et betydelig tap av skyvekraft.
Fordelaktig har finnene implementert i denne første utførelsesformen en første del av sin overflate plassert oppstrøms av rotasjonsaksen og en andre del av sin overflate plassert nedstrøms av rotasjonsaksen. Denne implementasjonen er særlig fordelaktig ettersom den gjør det mulig å begrense dreiemomentet som skal påføres for at finnen skal rotere; ettersom kreftene som påføres av strømmen av gass over den første delen av overflaten delvis kompenseres av kreftene som påføres av strømmen av gass over den andre delen av overflaten.
Figurene 3a, 3b og 3c viser en andre implementasjon av en dyse tilveiebrakt med et divergent element med stråledeflektor ifølge oppfinnelsen.
I denne andre implementasjonen omfatter en dyse 62 de samme komponentene som beskrevet tidligere for den første implementasjonen vist i figurene 2a, 2b og 2c. Denne andre implementasjonen er forskjellig fra den første når det gjelder formen til finnene og deflektorene.
De fire finnene har henvisningstegn 81b, 82b, 83b og 84b. De ledende kantene til finnene har henvisningstegn 101b, 102b, 103b og 104b. De fire deflektorene har henvisningstegn 111b, 112b, 113b og 114b. Kantene til deflektorene som vender mot finnene 81b, 82b, 83b og 84b er i det vesentlige parallelle til den ledende kanten til finnene 101b, 102b, 103b og 104b og har henholdsvis henvisningstegn 121b, 122b, 123b og 124b.
I denne andre utførelsesformen er hver av finnene 81b, 82b, 83b og 84b konfigurert slik at den ledende kanten 101b, 102b, 103b eller 104b er i det vesentlige innrettet på finnens rotasjonsakse. Til forskjell fra den første utførelsesformen er finnens overflate hovedsakelig plassert nedstrøms av rotasjonsaksen.
Følgelig, når en finne 81b, 82b, 83b eller 84b er i en stilling med innfallsvinkel null, er den ledende kanten fullstendig beskyttet mot strømmen av gass ved hjelp av en deflektor 111b, 112b, 113b eller 114b. På lignende vis, når en finne er styrt, som for eksempel finnen 82b i figur 3 c, forblir dens ledende kant 102b fullstendig beskyttet mot strømmen av gass ved hjelp av deflektoren 112b.
Med andre ord er hver av finnene 81b, 82b, 83b og 84b konfigurert slik at dens ledende kant 101b, 102b, 103b og 104b er i det vesentlige innrettet med finnens 81b, 82b, 83b og 84b rotasjonsakse XI, X2, X3 og X4, noe som gjør det mulig for deflektorene 111b, 112b, 113b og 114b å fullstendig beskytte finnens 81b, 82b, 83b og 84b ledende kant 101b, 102b, 103b og 104b uavhengig av førstnevntes vinkelposisjon. Figurene 4a og 4b viser finnene til et divergent element ifølge de to tidligere beskrevne implementasjonene. Figur 4a viser en finne 81 implementert i en dyse 61 for den første implementasjonen beskrevet i figurene 2a, 2b og 2c. Finnen 81 har følgelig en første del av sin overflate plassert oppstrøms av rotasjonsaksen XI og en andre del av sin overflate plassert nedstrøms av rotasjonsaksen XI, noe som gjør det mulig å begrense dreiemomentet som skal påføres for at finnen skal rotere. Figuren 4b viser en finne 81b implementert i en dyse 62 for den første implementasjonen beskrevet i figurene 3a, 3b og 3c. Finnens 81b overflate er følgelig hovedsakelig plassert nedstrøms av rotasjonsaksen XI, noe som gjør det mulig å beskytte fullstendig dens ledende kant 101b, uavhengig av finnens orientering. En liten overflate forblir nødvendigvis oppstrøms av rotasjonsaksen XI for implementasjonen av rotasjonsforbindelsesleddet mellom finnen og det divergente elementet 7.
Figur 5 viser en deflektor og dens festemiddel på et divergent element i en variant ifølge oppfinnelsen.
Ettersom deflektoren 111b, som i det vesentlige har form av en tynn styringsflate, omfatter en første kant 221b festet til det divergente elementet 7, en andre kant 321b i det vesentlige parallell med aksen Z og en tredje kant 121b. Denne kanten 121b er i det vesentlige parallell med den ledende kanten 101b til en finne 81b som tidligere beskrevet for figurene 3a, 3b og 3c.
Fordelaktig kan deflektorene konfigureres slik at en oppstrøms del av deres overflate utsettes for en subsonisk strøm av gass i nærheten av en innløpsseksjon til dysen, og en nedstrøms del av deres overflate utsattes for en supersonisk strøm av gass; der oppstrøms og nedstrøms er definert i forhold til strømmen av gass.
Strømmen av gass avbøyes følgelig av deflektorene i et område oppstrøms av det divergente elementet; idet de behørig konfigurerte deflektorene gjør det mulig å strukturere strømmen av gass oppstrøms av finnene. Strømmen av gass brytes da svakere i et område nedstrøms av det divergente elementet ved hjelp av deflektorene og også finnene plassert med innfallsvinkel null. Denne implementasjonen er særlig fordelaktig ettersom den gjør det mulig å begrense turbulensen generert av finnene i en stilling med innfallsvinkel null. Skyvekrafrvektorens krafttap er følgelig begrenset idet disse krafttapene er en tradisjonell begrensning i divergente elementer med stråledeflektorer. Typisk oppnås et krafttap på 0,5 til 2 % med innfallsvinkel null i et divergent element ifølge oppfinnelsen, sammenlignet med et tap på 1 til 3 % i et divergent element kjent fra kjent teknikk.
I en første utførelsesf orm av oppfinnelsen danner det divergente elementet 7 og deflektorene en monolittisk sammenstilling oppnådd ved hjelp av direkte støping eller maskinering. Materialet som danner den indre overflaten av det divergente elementet som er i kontakt med forbrenningsgassene, er et materiale som er resistent mot erosjon.
I en andre utførelsesf orm av oppfinnelsen som beskrevet i figur 5 omfatter deflektorene en indre struktur, for eksempel metallisk, og et materiale som er resistent mot erosjon og som utsettes for strømmen av gass. Den indre strukturen kan festes direkte til en indre struktur av det divergente elementet 7 eller festes til det divergente elementet 7 ved hjelp av ett eller flere festemidler. Som vist i figuren er en deflektor, for eksempel tilveiebrakt med to festemidler 202 og 203 plassert på kanten 221b. Festemidlene er for eksempel av skruemuttertypen eller nagletypen. I dette tilfellet kan materialet som er i kontakt med forbrenningsgassene, og som er resistent mot erosjon, inkorporeres direkte i materialet som danner det divergente elementets 7 indre overflate 71 (direkte støping) eller senere festes til det divergente elementet.
Fordelaktig omfatter deflektoren et materiale som er resistent mot erosjon, og som består av fenolglass, fenolsilika, fenolkarbon eller kjeramikk. Alternativt erstattes fenolharpiksen til det ablative materialet (fenolglass, fenolsilika, fenolkarbon) av en harpiks som har brannresistente egenskaper og temperaturresistente egenskaper som likner fenolharpikser. Materialer av cyanat-ester-typen er følgelig særlig egnet til deflektorene ifølge oppfinnelsen. Til slutt vurderes også materialer basert på karbon- og/eller silikonkarbid. Fordelaktig vil materialer med de registrerte merkenavnene Sepcarb(<RTM>) eller Sepcarbinox(RTM), som er kommersielt tilgjengelige, også anvendes.
Et antall fremgangsmåter har blitt utviklet til fremstilling av en dyse ifølge oppfinnelsen. I en første mulig fremstillingsfremgangsmåte produseres deflektorene ved hjelp av direkte støping, også kalt integral støping (eng.: integral moulding), idet en preform inkorporeres i formen til det divergente elementet.
I en andre mulig fremstillingsfremgangsmåte produseres deflektorene ved hjelp av støping adskilt fra støpingen av det divergente elementet. De festes deretter til det divergente elementets indre overflate ved hjelp av et lim, et skruemuttersystem eller et naglesystem.
En fremstillingsfremgangsmåte ifølge oppfinnelsen består følgelig i å produsere et divergent element og deflektorer omfattende en metallisk indre struktur og et materiale som er resistent mot erosjon, og deretter feste deflektorene til det divergente elementet via den metalliske indre strukturen.
Oppfinnelsen vedrører også en fremdriftsenhet med fast last, omfattende en dyse 61 eller 62 som har de tidligere beskrevne trekkene.

Claims (13)

1. En dyse (61; 62) for en fremdriftsenhet med fast last omfattende et divergent element (5B) gjennom hvilket en strøm av forbrenningsgass for en fast last (3) kan passere mellom en innløpsseksjon (Sa) og en utløpsseksjon (Sb), og omfattende et antall finner (81, 82, 83, 84; 81b, 82b, 83b, 84b) utsatt for strømmen av gass mellom innløpsseksjonen (Sa) og utløpsseksjonen (Sb), hver forbundet med det divergente elementet (5B) og dreibart festet til det divergente elementet (5B) for slik å dreie fra en innfallsvinkel null rotasjonsposisjon hvor finnens største overflater er i det vesentlige parallelle med strømmen med gass og finnen minimerer dens avbøying av strømmen av gass; der hver av finnene (83) omfatter en første kant (103), kalt ledende kant, orientert mot innløpsseksjonen (Sa) til dysen (61), karakterisert vedat den omfatter et antall deflektorer (111, 112, 113, 114; 111b, 112b, 113b, 114b) festet til det divergente elementet (5B), plassert mellom innløpsseksjonen (Sa) og utløpsseksjonen (Sb) og oppstrøms av finnene (81, 82, 83,
84; 81b, 82b, 83b, 84b) i forhold til strømmen av gass, slik at de beskytter finnenes (81, 82, 83, 84; 81b, 82b, 83b, 84b) ledende kant (121, 122, 123, 124; 121b, 122b, 123b, 124b) når finnene er i deres innfallsvinkel null-stilling ved hjelp av avbøying av en gasstrømsdel rettet mot den ledende kanten (121, 122, 123, 124; 121b, 122b, 123b, 124b); idet deflektorene gjør det mulig å strukturere strømmen av gass oppstrøms av finnene uten å begrense dysens (61) innløpsseksjon (Sa).
2. En dyse (61; 62) ifølge krav 1, hvori hver deflektor (113) har en kant (123) som er i det vesentlige parallell med den ledende kanten (103) til den respektive finnen (83) når den er i dens innfallsvinkel null-stilling, deflektorkantens lengde er i det vesentlige lik lengden til finnens (83) ledende kant (103).
3. En dyse (62) ifølge krav 2, hvori hver av finnene (81b, 82b, 83b og 84b) er konfigurert slik at dens ledende kant (101b, 102b, 103b og 104b) er i det vesentlige innrettet med finnens (81b, 82b, 83b og 84b) rotasjonsakse (XI, X2, X3 og X4), hvorved deflektorene (111b, 112b, 113b og 114b) beskytter finnens (81b, 82b, 83b og 84b) ledende kant (101b, 102b, 103b og 104b) uavhengig av førstnevntes vinkelposisjon.
4. En dyse (61; 62) ifølge ethvert av de foregående kravene, hvori minst én av deflektorene (111, 112, 113, 114; 111b, 112b, 113b, 114b) omfatter et materiale som er resistent mot erosjon og utsatt for strømmen av forbrenningsgass og en metallisk indre struktur.
5. En dyse (61; 62) ifølge krav 4, hvori minst én av deflektorene (111, 112, 113, 114; 111b, 112b, 113b, 114b) er festet til det divergente elementet (5B) via sin metalliske indre struktur ved hjelp av ett eller flere festemidler (202, 203).
6. En dyse (61; 62) ifølge ethvert av de foregående kravene, hvori minst én av deflektorene (111, 112, 113, 114; 111b, 112b, 113b, 114b) omfatter et materiale som er resistent mot erosjon, og som består av glass, silika, fenolkarbon eller kjeramikk
7. En dyse (61; 62) ifølge ett av de foregående kravene,karakterisert vedat minst én av deflektorene (111, 112, 113, 114; 111b, 112b, 113b, 114b) omfatter et materiale basert på karbon og/eller silikonkarbid.
8. En dyse (61; 62) ifølge ethvert av de foregående kravene, hvori den omfatter fire finner (81, 82, 83, 84; 81b, 82b, 83b, 84b), forbundet til en i det vesentlige avsmalnet indre overflate (71) av det divergente elementet (5B), ved hjelp av fire forbindelsesledd (91, 92, 93, 94; 91b, 92b, 93b, 94b) rommet i to innbyrdes ortogonale plan inneholdende en gasstrømtransportakse (Z), og ved at den omfatter fire deflektorer (111, 112, 113, 114; 111b, 112b, 113b, 114b) som hver vender mot henholdsvis en av de fire finnene (81, 82, 83, 84; 81b, 82b, 83b, 84b); hver deflektor har en i det vesentlige plan form og er rommet i det samme planet som den respektive motstående finnen.
9. En dyse (61; 62) ifølge ethvert av de foregående kravene, hvori den omfatter en deflektor (111, 112, 113, 114; 111b, 112b, 113b, 114b) som vender mot henholdsvis hver av finnene (81, 82, 83, 84; 81b, 82b, 83b, 84b); der hver deflektor (111, 112, 113, 114; 111b, 112b, 113b, 114b) omfatter en første kant festet til den indre overflaten av det divergente elementet (5B), en andre rettlinjet kant i det vesentlige parallell med gasstrømtransportaksen (Z) og en tredje rettlinjet kant (121, 122, 123, 124, 121b, 122b, 123b 124b) i det vesentlige parallell med den ledende kanten (101, 102, 103, 104; 101b, 102b, 103b, 104b) til den respektive finnen (81, 82, 83, 84 ; 81b, 82b, 83b, 84b).
10. En fremdriftsenhet (1) med fast last omfattende en dyse (61; 62) ifølge ethvert av de foregående kravene.
11. En fremgangsmåte for å fremstille en dyse (61; 62) ifølge ethvert av kravene 1 til 9,karakterisert vedat deflektorene (111, 112, 113, 114; 111b, 112b, 113b, 114b) er fremstilt ved støping.
12. En fremgangsmåte ifølge krav 11, som avhengig av krav 1, 2 eller 3, hvori støpingen av deflektorene (111, 112, 113, 114; 111b, 112b, 113b, 114b) er ved direkte støping; idet en preform er inkorporert i formen til det divergente elementet (5B).
13. En fremgangsmåte ifølge krav 11, hvori støpingen av deflektorene er ved separat støping og deretter feste deflektorene til det divergente elementet (5B) ved hjelp av et lim, et skruemuttersystem (202, 203) eller et naglesystem.
NO20131268A 2012-09-21 2013-09-20 Divergent rør med stråledeflektorer for fremdriftsenheter med fast last NO341284B1 (no)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1202504A FR2995941B1 (fr) 2012-09-21 2012-09-21 Divergent a deviateurs de jet pour propulseurs a charge solide

Publications (2)

Publication Number Publication Date
NO20131268A1 NO20131268A1 (no) 2014-03-24
NO341284B1 true NO341284B1 (no) 2017-10-02

Family

ID=47750734

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
NO20131268A NO341284B1 (no) 2012-09-21 2013-09-20 Divergent rør med stråledeflektorer for fremdriftsenheter med fast last

Country Status (5)

Country Link
DE (1) DE102013110435A1 (no)
FR (1) FR2995941B1 (no)
GB (1) GB2509349B8 (no)
IT (1) ITTO20130764A1 (no)
NO (1) NO341284B1 (no)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2631370C1 (ru) * 2016-05-04 2017-09-21 Акционерное общество "Конструкторское бюро химавтоматики" Жидкостный ракетный двигатель с секторами дефлектора на срезе сопла
FR3056559B1 (fr) * 2016-09-26 2018-11-23 Airbus Safran Launchers Sas Systeme de gouvernes ameliore pour lanceur d'engin spatial
CN107620653B (zh) * 2017-09-27 2018-11-02 西北工业大学 一种用于固体火箭燃气超燃冲压发动机的扰流装置
US11512669B2 (en) * 2020-06-24 2022-11-29 Raytheon Company Distributed airfoil aerospike rocket nozzle

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002073118A1 (en) * 2001-03-13 2002-09-19 Raytheon Company Dissolvable thrust vector control vane
WO2005028844A1 (en) * 2003-09-24 2005-03-31 Nammo Raufoss As Rocket engine having guide vanes in the nozzle of the engine
US20100272577A1 (en) * 2004-07-27 2010-10-28 Deutsches Zentrum Fuer Luft-Und Raumfahrt E.V. Jet vane and method for manufacturing a jet vane

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3635404A (en) * 1970-06-18 1972-01-18 Us Navy Spin stabilizing rocket nozzle
US5511745A (en) * 1994-12-30 1996-04-30 Thiokol Corporation Vectorable nozzle having jet vanes
JP3891622B2 (ja) * 1996-12-20 2007-03-14 株式会社アイ・エイチ・アイ・エアロスペース 飛翔体
FR2888211B1 (fr) * 2005-07-06 2008-11-14 Snecma Propulsion Solide Sa Dispositif et procede de pilotage en lacets pour tuyere a section de sortie rectangulaire

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002073118A1 (en) * 2001-03-13 2002-09-19 Raytheon Company Dissolvable thrust vector control vane
WO2005028844A1 (en) * 2003-09-24 2005-03-31 Nammo Raufoss As Rocket engine having guide vanes in the nozzle of the engine
US20100272577A1 (en) * 2004-07-27 2010-10-28 Deutsches Zentrum Fuer Luft-Und Raumfahrt E.V. Jet vane and method for manufacturing a jet vane

Also Published As

Publication number Publication date
NO20131268A1 (no) 2014-03-24
DE102013110435A1 (de) 2014-03-27
GB2509349A (en) 2014-07-02
GB2509349B (en) 2015-03-11
FR2995941A1 (fr) 2014-03-28
GB201316836D0 (en) 2013-11-06
GB2509349B8 (en) 2015-03-25
FR2995941B1 (fr) 2018-08-31
ITTO20130764A1 (it) 2014-03-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
NO341284B1 (no) Divergent rør med stråledeflektorer for fremdriftsenheter med fast last
US7628356B2 (en) Yaw control device for a nozzle having a rectangular outlet section
US8371104B2 (en) System and apparatus for vectoring nozzle exhaust plume from a nozzle
US5524827A (en) Method and nozzle for producing thrust
US9200593B2 (en) Energy absorbing fan blade spacer
BR112013016821A2 (pt) porta para um reversor de empuxo de uma nacela de uma aeronave, sistema reversor de empuxo e nacela para um motor turbojato
JPH07509038A (ja) 先細／末広ノズル用末広シール装置
NO342059B1 (no) Rakettdyse-sammenstilling
US10316796B2 (en) Combustion gas discharge nozzle for a rocket engine provided with a sealing device between a stationary part and a moving part of the nozzle
US7692127B1 (en) MEMS type thermally actuated out-of-plane lever
US5273237A (en) Forebody nozzle for aircraft directional control
ZA200603229B (en) Rocket engine having guide vanes inthe nozzle of the engine
US20050229587A1 (en) Adapter device for a rocket engine nozzle having a movable diverging portion
US6543717B1 (en) Compact optimal and modulatable thrust device for controlling aerospace vehicles
KR102015618B1 (ko) 추진기관의 추력 조절 장치
EP2998556B1 (en) Variable nozzle for aeronautic gas turbine engine
DeSpirito Transient lateral jet interaction effects on a generic fin-stabilized projectile
US20150102129A1 (en) Mounting assembly
He et al. Influence of secondary injection parameters on performance of shock vector control nozzle
USH932H (en) Projectile fin
US20100275763A1 (en) Nozzle
Kasahara et al. The effect of acceleration and exit velocity on hypersonic projectiles launched by a ground-based railgun
Corriveau et al. Side Force Generation Mechanism for a Missile with Nose-Mounted Micro-Structures
CN116398320A (zh) 一种射流控制一体化推力矢量喷管
Hong et al. Numerical Analysis on the Flow Characteristics of Side Jet Thruster

Legal Events

Date Code Title Description
MM1K Lapsed by not paying the annual fees