NO342059B1 - Rakettdyse-sammenstilling - Google Patents

Abstract

I ett eksempel er det vist en rakettdysesammenstilling som har stuede og utfelte posisjoner, og inkluderer en kappe inkludert en ytre vegg og en indre overflate, minst en del av den indre overflaten definerende en divergerende region, hvor kappen definerer et flertall finne-spor, og hvor hver av de flere finne-sporene strekker seg gjennom den ytre veggen til kappen og den indre overflaten til kappen, og hvor den divergerende regionen definerer en bjelleformet kontur. Sammenstillingen inkluderer videre flere finner dreibart engasjert til kappen, hvor i 10 den stuede posisjonen, hver av de flere finnene strekker seg inn i den divergerende regionen gjennom ett av de respektive finne-sporene, og hvor i den utfelte posisjonen, hver av de flere finnene strekker seg utover fra kappen.

Description

TEKNISK OMRÅDE

Fremstillingen angår høyhastighetsprosjektiler og, mer spesifikt, rakettdyser.

BAKGRUNN

Generelt inkluderer en rakettdyse tre seksjoner: en konvergerende seksjon, en divergerende seksjon, og en strupeseksjon posisjonert mellom de konvergerende og divergerende seksjonene. Forbrenningsprodukter fra en rakettmotor går inn i rakettdysen ved den konvergerende seksjonen, under generering av høytrykks-, høytemperatursgasser som strømmer ut av den konvergerende seksjonen via strupeseksjonen. Strupeseksjonen er et innsnevret område som tvinger gassen til å akselerere når den går inn i den divergerende seksjonen.

Ettersom gassen passerer gjennom den divergerende seksjonen reduseres trykket og temperaturen til gassen, men hastigheten til gassen øker kraftig. Hastigheten til gassen ved utløpet til den divergerende seksjonen, eller eksoshastigheten, multiplisert med hastigheten ved hvilken masse blir kastet ut fra den divergerende seksjonen, eller massestrømningshastighet, er lik en del av den totale skyvekraften til raketten, nemlig momentskyvekraften, som driver raketten. Avhengig av utformingen av dysen og høyden ved hvilken rakett opererer, kan den totale skyvekraften til raketten ytterligere inkludere en skyvekraftskomponent referert til som trykkskyvekraft. Trykkskyvekraft er en funksjon av arealet til dyseutgangen og forskjellen i trykk mellom gassen ved dyseutgangen og atmosfæretrykket.

Raketter inkluderer ofte finner som kan være knyttet til rakettdysen. Finnene øker stabiliteten til raketten og tilveiebringer løft for å øke rekkevidden til raketten.

SAMMENDRAG

Denne fremvisningen generelt beskriver en rakettdyse med langsgående spor som har en kontur utformet for å minimere mengden uønsket skyvekraftsvektorering forårsaket av spor-asymmetrier. Ved å bruke forskjellige teknikker ifølge denne fremvisningen, kan hvilke som helst skyvekraftsasymmetrier forårsaket av de langsgående sporene bli redusert. I tillegg tillater rakettdysesammenstillingen ifølge denne fremvisningen at langsgående finner blir stuet inne i rakettdysen før tenning, for dermed å for eksempel tillate bruk av større finner.

I ett eksempel er denne fremvisningen rettet mot en rakettdysesammenstilling som har en stuet posisjon og en utfelt posisjon, sammenstillingen omfattende en kappe omfattende en ytre vegg og en indre overflate, minst en del av den indre overflaten definerende en divergerende region, hvor kappen definerer flere langsgående finnespor, og hvor hver av de flere finne-sporene strekker seg gjennom den ytre veggen til kappen og den indre overflaten til kappen, og hvor den divergerende regionen definerer en bjelleformet kontur. Sammenstillingen omfatter videre flere finner dreibart festet til kappen, hvor i den stuede posisjonen, hver av de flere finnene strekker seg inn i den divergerende regionen gjennom ett av de respektive finnesporene, og hvor i den utfelte posisjonen, hver av de flere finnene strekker seg utover fra kappen.

I et annet eksempel er denne fremvisningen rettet mot en liten taktisk rakett omfattende en rakettdysesammenstilling som beskrevet over.

I et eksempel av den lille taktiske raketten, definerer den divergerende regionen en støtfri bjellekontur.

I et annet eksempel er denne fremvisningen rettet mot en rakettdysesammenstilling som har en stuet posisjon og en utfelt posisjon, sammenstillingen omfattende en kappe omfattende en ytre vegg og en dyseinnsattsstruktur posisjonert inne i kappen. Innsatsstrukturen omfatter en indre overflate, minst en del av den indre overflaten til innsatsstrukturen definerende en divergerende region, hvor kappen og innsatsstrukturen definerer flere langsgående finne-spor, og hvor hver av de flere finne-sporene strekker seg gjennom den ytre veggen til kappen og den indre overflaten til innsatsstrukturen, og hvor den divergerende regionen definerer en bjelleformet kontur. Sammenstillingen omfatter videre flere finner dreibart festet til kappen, hvor i den stuede posisjonen, hver av de flere finnene strekker seg inn i den divergerende regionen gjennom respektive finne-spor, og hvor i den utfelte posisjonen, hver av de flere finnene strekker seg utover fra kappen.

Detaljene til en eller flere aspekter av fremstillingen er vist i de medfølgende tegningene og beskrivelsen under. Andre trekk, formål, og fordeler vil være åpenbare fra beskrivelsen og tegningene, og fra kravene.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGER

FIGS. 1A-1D viser fire eksempler på rakettdysekonturer.

FIG. 2 er en graf som viser dyseveggtrykk for forskjellige dysekonturer.

FIG. 3 er en graf som viser dyseveggtemperaturer for forskjellige dysekonturer

FIG. 4 er en graf som viser skyvekraftfeilinnstillingsvinkler for forskjellige dysekonturer.

FIG. 5A er et isometrisk riss av en eksempelvis rakettdysesammenstilling i en stuet posisjon, ifølge denne fremvisningen.

FIG. 5B er et enderiss til rakettsammenstillingen vist i FIG.5A.

FIG. 5C er et snitt av rakettsammenstillingen vist i FIG. 5A.

FIG. 6A er et isometrisk riss av en eksempelvis rakettdysesammenstilling i en utfelt posisjon, ifølge denne fremvisningen.

FIG. 6B er et enderiss av rakettsammenstillingen vist i FIG. 6A.

FIG. 6C er et snitt av rakettsammenstillingen vist i FIG. 6B.

FIG. 7 er et snitt av kappen til rakettsammenstillingen vist i FIG. 5A.

FIG. 8 er et isometrisk riss av en eksempelvis liten taktisk rakett som inkluderer rakettsammenstillingen i FIG.5A.

DETALJERT BESKRIVELSE

Generelt beskriver denne fremvisningen en rakettdyse med langsgående spor for en rakett, f.eks., en liten taktisk rakett, som har en kontur utformet for å minimere mengden uønsket skyvekraftsvektorering forårsaket av langsgående finnesporasymmetrier. De langsgående finne-sporene tilveiebringer, blant annet, ekspansjonsoptimalisering og oppbevaring av finner før tenning på supersonisk konvergerende-divergerende rakettdyser. Asymmetrier i de langsgående finnesporene, f.eks., forårsaket av sporvidde-toleranser, kan lede til store skyvekraftsasymmetrier og utvikle stor, uønsket skyvekraftsvektorering som kan negativt påvirke ytelsen til prosjektilet. Ifølge visse teknikker beskrevet i denne fremvisningen kan skyvekraftsasymmetrier bli redusert ved å benytte en bjelleformet dysekontur som minimerer det interne dysetrykk-integralet over veggen til dysen, eller veggen til utløpskonusen.

En skyvekraftsvektor til en rakettdyse er generelt i retningen til rakettens langsgående akse og går gjennom rakettens tyngdepunkt. Feiljustering av skyvekraft, forårsaket av skyvekraftsasymmetrier, er skyvekraft rettet i en uønsket retning, som kan resultere i rakettustabilitet ved å forårsake et uønsket rotasjonsmoment om rakettens tyngdepunkt. Å redusere skyvekraftsasymmetrier kan medføre betydelig forbedring flyge-egenskapene til et prosjektil som benytter en rakettdyseutforming som minimerer uønsket skyvekraftsvektorering mens den beholder fordelene med dyseutformingen med langsgående spor.

Langsgående finne-spor produserer transvers skyvekraft som, hvis den ikke blir balansert av en motsatt skyvekraft, resulterer i en skyvekraftfeilinnstilling. Kilden til skyvekraftfeilinnstillingen er en funksjon av to hovedfaktorer: eksterne strømningsasymmetrier og maskineringsasymmetrier. De eksterne strømningsasymmetriene blir forårsaket av angrepsvinkelen til raketten og rulleorientering, begge er utenfor omfanget til denne fremvisningen.

Maskineringsasymmetriene er en funksjon av trykkfordelingen langs med dyseoverflatene, både internt og eksternt, så vel som akseptable og realistiske maskineringstoleranser for finne-sporene. Ved å bruke visse teknikker beskrevet i denne fremvisningen blir skyvekraftsasymmetrier forårsaket av maskineringsasymmetriene til finne-sporene minimert ved å benytte en bjelleform for konturen til den divergerende regionen til dysen. Spesielt minimerer den bjelleformede konturen, til den divergerende regionen til dysen, trykkforskjellen mellom den interne dysestrømningen og det eksterne omgivelsestrykket, for derfor å minimere krysstrømningen gjennom det langsgående finne-sporet.

På grunn av tendensen til eksosstrømmen til å separere fra dyseveggen i tilfellet av ekstreme eller brå ekspansjonsvinkler i den divergerende seksjonen, ble en todimensjonal beregnende fluiddynamikk-analyse anvendt for å forutse trykkprofilene på dyseveggen, inkludert separasjonspunktene og totale trykktap grunnet støt. For å estimere den transversale kraften skapt av eksosstrømmen gjennom asymmetrisk maskinerte dysespor, er den to-dimensjonale trykkprofilen integrert over radiusen til dysen som beskrevet under med hensyn til ligninger (1)-(5).

Den transversale kraften opplevd av dysen kan bli uttrykt som det følgende:

(1)

hvor P er trykket på et areal A av dyseveggen.

Ligning (1) kan bli skrevet som det følgende:

(2)

hvor z er den aksielle retningen langs med senterlinjen til dysen, y er en vilkårlig omkretsakse akse, Pnozer det interne dysetrykket, og Patmrepresenterer atmosfæretrykket. I Ligning (2) bør det bemerkes at dzdy er differensialarealet til et langsgående spor. Skyvekraftfeilinnstillingen er representert ved (Pnoz-Patm)-uttrykket i Ligning (2). Når (Pnoz-Patm) er minimert blir skyvekraftsasymmetrier forårsaket av fysiske asymmetrier i det langsgående finne-sporet minimert.

Under antagelse av at trykkfordelingen rundt radiusen til dysen er symmetrisk, kan integralet av trykket med hensyn til to x bli ansett å være en konstant, c. Det projiserte differensialarealet i den transversale retningen av interesse dy kan bli uttrykt som det følgende:

(3)

hvor θ er vinkelen fra retningen av interesse og r er radiusen fra senterlinjen til dysen til punktet for påføring av trykkraften.

Ved å substituere disse sammenhengene inn i Ligning (1), blir uttrykket:

(4)

hvor θ1og θ2representerer radielle vinkler gjennom hvilke trykkprofilen vil bli integrert.

Integrering av Ligning (4) resulterer i det følgende:

(5)

hvor r er retningen til skyvekraftfeilinnstilling.

Ved å bruke resultatet over, og trykkintegralet beregnet ved å bruke en beregnende fluiddynamikk (CFD) analyse, ble vinkelen på skyvekraftfeilinnstillingen anslått for fire forskjellige dysekonturer med forskjellige sporvidder og sporviddetoleranser, ved utvidelse av tre spor til deres maksimale toleranseverdi og ved å snevre de motstående sporene til deres minima. Som beskrevet under og som sett grafisk i FIG. 2-4, resulterer bruken av en optimalisert bjelleformet kontur i det laveste dyseveggtrykket, den laveste dyseveggtemperaturen, og den minste vinkelen for skyvekraftfeilinnstilling for alle fire utformingene. En optimalisert bjelleformet kontur er en kontur som følger en ekstrem strømlinje til eksosgassen som går ut av dysen. Med en optimalisert bjelleformet kontur forblir eksosstrømmen knyttet til veggen til dysen, og konturen minimerer trykket inne i dyseutgangskonusen ved enhver gitt aksiell posisjon i dysen. Sammenlignet med den analyserte ikkeoptimaliserte bjelleformede konturen, har den optimaliserte bjelleformede konturen blitt matematisk vist å produsere den kortest mulige dysen for et gitt ekspansjonsforhold uten å lage et skråstilt støt. Uttrykkene optimalisert bjelleformet kontur og “støtfri bjellekontur” er brukt om hverandre gjennom hele denne fremvisningen.

FIGS. 1A-1D viser fire rakettdysekonturer. FIG. 1A viser en konisk dysekontur, vist generelt ved 8A. FIG. 1B viser en sylindrisk dysekontur, vist generelt ved 8B. FIG. 1C viser en ikke-optimalisert bjellekontur, vist generelt ved 8C. Til slutt viser FIG. 1D en optimalisert bjellekontur, eller støtfri bjellekontur, vist generelt ved 8D.

Som beskrevet i detalj under tilveiebringer optimalisert bjellekontur 8D i FIG. 1D en dyse som inkluderer langsgående finne-spor med den laveste skyvekraftfeilinnstillingen blant de fire dysekonturene vist i FIGURER. 1A-1D.

FIG. 2 er en graf som viser dyseveggtrykk for forskjellige dysekonturer til en liten taktisk rakett som inkorporerer langsgående finne-spor. I FIG.2 representerer yaksen normaliserte trykk og x-aksen representerer normaliserte dyseaksekoordinater. FIG. 2 viser trykkfordelingen fra den aksielle plasseringen til sporinngangen til dyseutgangsplanet beregnet for tre dysekonturer ved å bruke en to-dimensjonal CFD analyse. Ifølge denne fremvisningen har den optimaliserte bjellekonturen, eller støtfrie bjellekonturen, den minste trykkintegralverdien over dyselengden, mens de koniske og sylindriske konturene utviser betydelig høyere trykkintegralverdier over dyselengden.

FIG. 3 er en graf som viser dyseveggtemperaturer for forskjellige dysekonturer til en liten taktisk rakett som inkorporerer langsgående finne-spor. I FIG. 3 representerer y-aksen normaliserte temperaturer og x-aksen representerer normaliserte dyseakse-koordinater i tommer. FIG. 3 viser dysetemperaturprofiler beregnet for tre dysekonturer ved å bruke den to-dimensjonale CFD analysen. Som sett i FIG. 3, utviser veggen til den sylindriske konturen temperaturer ved noen koordinater som er mer enn 34% høyere enn den til den optimaliserte bjelleformede, eller støtfrie bjellekonturen, bestemt ved å bruke visse teknikker ifølge denne fremvisningen.

FIG. 4 er en graf som viser vinkler for skyvekraftfeilinnstilling for forskjellige dysekonturer til en liten taktisk rakett som inkorporerer langsgående finne-spor. I FIG. 4 representerer y-aksen normaliserte vinkler for skyvekraftfeilinnstilling og xaksen representerer normaliserte sporviddetoleranser. FIG. 4 viser vinkelen til skyvekraftfeilinnstillingen vurdert over en rekke sporviddetoleranser for tre dysekonturer, nemlig konisk, sylindrisk, og optimalisert bjellekontur. Som sett i FIG. 4, ifølge denne fremvisningen, produserer den optimaliserte bjellekonturen, eller støtfrie bjellekonturen, de minste vinklene for skyvekraftfeilinnstilling av alle konturene over helle rekken av vurderte sporviddetoleranser.

Den klassiske koniske dysekonturen, som blir brukt på mange små taktiske rakettdyser, skaper de største verdiene for skyvekraftfeilinnstilling av alle de vurderte konturene. Bruken av den optimaliserte bjelleformede konturen, eller den støtfrie bjellekonturen, i en liten taktisk rakettdyse, ifølge denne fremvisningen, reduserer effektivt den transversale skyvekraften til dysen forårsaket av tilføringen av det langsgående finne-sporet med 56%, den største reduksjonen av alle de vurderte dysekonturene.

Både de sylindriske og ikke-optimaliserte bjellekonturene fremviser reduserte transversale skyvekrefter, men strømningsseparasjon ble vist for begge disse dyseutformingene. Strømningsseparasjon fremvist av de sylindriske og ikkeoptimaliserte bjellekonturene resulterte i tap av dyse-effektivitet så vel som sjansen for forsterket erosjon av dysen ved separasjonspunktet og støtinteraksjon med dyseveggen. Sjansen for forsterket erosjon av dysen er på grunn av den økte temperaturen, oppholdelsestid, og varmeoverføring ved disse stedene. Som sådan minimerer bruken av den optimaliserte bjellekonturen, eller støtfrie bjellekonturen, med en liten taktisk rakettdyse, skyvekraftfeilinnstillingen assosiert med asymmetrier i langsgående finne-spor.

FIG. 5A er et isometrisk riss av en eksempelvis rakettdysesammenstilling i en stuet posisjon, ifølge denne fremvisningen. Spesielt viser FIG. 5A en eksempelvis rakettdysesammenstilling i en stuet posisjon før tenning, vist generelt ved 10, som inkluderer langsgående finner stuet i rakettdysen. Rakettsammenstilling 10 inkluderer kappe 12 som har yttervegg 14, fremre ende 16, og bakre ende 18.

Eksempelmaterialer fra hvilke kappe 12 kan bli lagd, inkluderer stål, andre metaller, og/eller komposittmaterialer.

Rakettsammenstilling 10 inkluderer videre et flertall langsgående finner, f.eks., finner 20A-20F, dreibart festet til kappe 12. Finner 20A-20F blir samlet referert til i denne fremvisningen som “finner 20”. Selv om FIG. 5A viser seks finner, i noen eksempelvise konfigurasjoner kan det være flere, eller færre finner, avhengig av rakettanvendelsen.

Ifølge denne fremvisningen er finner 20 stuet inne i dysen til rakettsammenstilling 10 før tenning, som vist og beskrevet i mere detalj under. Flertallet finner, f.eks., finner 20A-20F, strekker seg inn i dysen gjennom et korresponderende flertall av langsgående finnespor definert minst delvis av kappe 12. Bare to langsgående finne-spor er vist i FIG.5A, f.eks., finne-spor 22A og 22B, som korresponderer med finner 20A og 20B.

Som nevnt over, øker finner rakettstabilitet og tilveiebringer løft for å øke rekkevidden til raketten. Ved å benytte visse teknikker ifølge denne fremvisningen kan finner bli lagret inne i dysen til rakettsammenstillingen, for dermed å tillate finnene å være større i størrelse enn utforminger som ikke stuer finnene inne i dysen. Denne økte finnestørrelsen kan tilveiebringe ytterligere løft til raketten og således tilveiebringe en økning i rekkevidde over andre rakettsammenstillingsutforminger.

I den eksempelvise sammenstillingen 10 vist i FIG. 5A, strekker finner 20 bortenfor bakre ende 18. I andre eksempelvise konfigurasjoner kan imidlertid finner 20 være kortere og avgrenset inne i kappe 12 i en stuet posisjon slik at de ikke strekker seg bortenfor bakre ende 18.

FIG. 5B er et enderiss til rakettsammenstillingen vist i FIG. 5A. Som sett i FIG. 5B, strekker finner 20A-20F seg gjennom korresponderende langsgående finne-spor 22A-22F (samlet referert til i denne fremvisningen som “finne-spor 22” eller “spor 22”) og inn til dyse 24 til sammenstilling 10. I den eksempelvise konfigurasjonen vist i FIG. 5B, er finne-spor 22 plassert symmetrisk rundt kappe 12 og om langsgående akse 25 til sammenstilling 10 og danner par med diametralt motstående finne-spor. For eksempel danner finne-spor 22A og 22D a pair of diametralt motstående finne-spor. I den eksempelvise konfigurasjonen i FIG. 5B, inkluderer sammenstilling 10 tre par med diametralt motstående finnespor 22 og tre par med finner 20. I andre eksempelvise konfigurasjoner kan sammenstilling 10 inkludere to par, eller fire eller flere par, med diametralt motstående finnespor 22 og finner 20.

I andre eksempelvise konfigurasjoner er finne-spor 22 plassert symmetrisk rundt kappe 12 og om langsgående akse 25 til sammenstilling 10 og danner ikke par med diametralt motstående finne-spor. For eksempel kan sammenstilling 10 inkludere tre finne-spor, og tre korresponderende finner, adskilt fra hverandre med 120 grader. I en annen spesifikk eksempelvis konfigurasjon inkluderer sammenstilling 10 fem finne-spor og fem finner. Selvfølgelig er disse bare to spesifikke eksempler på finne og finne-spor konfigurasjoner; fremstillingen er ikke begrenset til slike eksempelvise konfigurasjoner. I stedet er det mange andre eksempelvise symmetriske konfigurasjoner som er innenfor omfanget av denne fremvisningen og ikke spesifikt nevnt.

FIG. 5C er et snitt til rakettsammenstillingen vist i FIG. 5A. Spesielt er FIG. 5C et tverrsnitt tatt langs med linje A-A i FIG. 5B. Som nevnt over, er finner 20A og 20D roterbart festet til kappe 12 via respektive hengsler 26A og 26D (samlet referert til i denne fremvisningen som “hengsler 26”), slik at ved utfelling kan finner 20 åpne utover ut av dysen, vist generelt ved 24. I den eksempelvise konfigurasjonen vist i FIG. 5C er dyse 24 definert ved dyseinnføringsstruktur 27, som sitter inne i kappe 12.

Dyseinnføringsstruktur 27 har indre overflate 28 som definerer en konvergerende/divergerende passasje med en struperegion med begrenset tverrsnittsareal. Spesielt definerer den indre overflate 28 til dyseinnføringsstruktur konvergerende seksjon 30, divergerende seksjon 32, og strupeseksjon 34 posisjonert mellom konvergerende seksjon 30 og divergerende seksjon 32. Ved operasjon av rakettsammenstillingen 10, blir forbrenningsprodukter, inkludert varme eksosgasser, generert av rakettsammenstillingen 10 og passert gjennom strupeseksjon 34.

Konvergerende seksjon 30, divergerende seksjon 32, og strupeseksjon 34 er disponert ko-aksielt langs dysens langsgående akse 36.

Dyseinnføringsstruktur 27 er utformet for å motstå de forhøyede temperaturer og trykk generert av drivstofforbrenning og de eroderende virkningene forårsaket av de høye hastighetene ved hvilke forbrenningsproduktene passerer over indre overflate 28 til dyseinnføringsstruktur 27. Generelt er valget av dyseinnføringsstruktur 27 materiale avhengig av oppdragsparameter til rakettsammenstillingen 10 (f.eks., tid og trykk) og valget av drivstoff. Karbon-baserte og silika-baserte materialer er fordelaktig for bruk som dyseinnføringsstruktur 27 på grunn av deres ablative egenskaper, rimelige kostnad, og relativt lave vekt. Karbon-baserte og silika-baserte materialer inkluderer, men er ikke begrenset til, karbon, silika, eller grafitt bulk- og komposittmaterialer utsatt for karbonisering eller grafittisering (kjent som karbon/karbon eller grafitt/karbon duk), fiber-fylte eller pulver-fylte fenoliske kompositter, og også en lang rekke metaller eller silikonkarbider. Motstandsdyktige (eng. refractory) metaller og metallegeringer blir også av og til brukt i rakettmotorer som dyseinnføringsstrukturer 27 på grunn av deres høye motstandsdyktighet mot erosjon. Eksempler på slike motstandsdyktige materialer er wolfram, rhenium, tantal, og legeringer som inneholder ett eller flere av disse motstandsdyktige metallene. Dyseinnføringsstruktur 27 kan også være lagd av lag med forskjellige materialer. For eksempel kan et karbon- eller silika-basert materiale danne et annulært substrat, med ett eller flere motstandsdyktige metaller eller legeringer påført (f.eks., ved en vakuum-plasmasprayeteknikk) som et radielt indre skall på substratets radielt indre overflate. Dyseinnføringsstruktur 27 kan også bli lagd av sammensettinger av forskjellige over-beskrevne materialer i hver av de konvergerende, strupe, og/eller divergerende regioner.

Som sett i FIG. 5C og ifølge denne fremvisningen er en del av finner 20 stuet inne i dyse 24 før tenning. Spesielt er en del av finner 20 stuet inne i divergerende seksjon 32 til dyse 24. Som vist og beskrevet i mer detalj under, strekker finne-spor 22 (ikke vist i FIG. 5C) seg gjennom yttervegg 14 til kappe 12 og indre overflate 28 til dyseinnføringsstruktur 27. I den stuede posisjonen, som vist i FIGS.5A-5C, strekker finner 20 seg gjennom kappe 12 og dyseinnføringsstruktur 27 og inn i divergerende seksjon 32 til dyse 24. Ved å benytte det indre rommet til divergerende seksjon 32 til dyse 24, tillater teknikkene til denne fremvisningen at viddene til finner 20 blir maksimert, hvis nødvendig, for å tilveiebringe ytterligere løft og, følgelig økt rekkevidde for raketten. Dette er i motsetning til andre utforminger av rakettdysesammenstillinger som stuer finner 20 på utsiden av dyse 24.

Det bør bemerkes at teknikkene til denne fremvisningen kan bli implementert av en dyse uten en dyseinnsatsstruktur. Det vil si i stedet for å bruke en dyseinnsatsstruktur blir kappen til dysen, f.eks., kappe 12, brukt for å definere den konvergerende/divergerende passasjen med en struperegion med begrenset tverrsnittsareal. Et slikt eksempel er vist og beskrevet i mer detalj under med hensyn til FIG. 7.

FIG. 6A er et isometrisk riss av en eksempelvis rakettdysesammenstilling i en utfelt posisjon, ifølge denne fremvisningen. Spesielt, i den utfelte posisjonen, dreier hver av finner 20 rundt respektive hengsler 26 festet til kappe 12 og felles ut gjennom respektive finne-spor 22. For eksempel feller finn 20A ut gjennom langsgående finne-spor 22A. På denne måten strekker hver av de flere finnene 20 seg utover fra kappe 12 i den utfelte posisjonen.

FIG. 6B er et enderiss til rakettsammenstillingen vist i FIG. 6A. I FIG.6B har finner 20 rotert utover fra dyse 24 og inn i en utfelt posisjon.

FIG. 6C er et snitt til rakettsammenstillingen vist i FIG. 6B. Spesielt er FIG. 6C et tverrsnitt tatt langs med linje C-C i FIG. 6B. Som beskrevet i detalj over resulterer maskineringstoleransene til finne-spor 22 i fysiske asymmetrier mellom finne-spor 22 som forårsaker uønsket skyvekraftsvektorering. Imidlertid resulterer bruk av en optimalisert bjellekontur, eller støtfri bjellekontur, for dysen, ifølge denne fremvisningen og som vist i FIG.6C, i en så liten som mulig vinkel for skyvekraftfeilinnretning for enhver gitt asymmetri i et finne-spor.

En optimalisert bjellekontur, eller støtfri bjellekontur, er en kontur som følger en ekstrem strømlinje til eksosgassen som går ut av dysen. Som sett i FIG. 6C følger indre overflate 28 til dyse 24 den optimaliserte bjellekontur vist ved 8D i FIG. 1A. Med en optimalisert bjellekontur forblir eksosstrømmen knyttet til indre overflate 28 av dyse 24, og konturen minimerer trykket inne i divergerende seksjon 32 ved enhver gitt langsgående posisjon i dysen. Ved å minimere trykket inne i divergerende seksjon 32 ved enhver gitt langsgående posisjon, og således minimere forskjellen i trykk mellom det interne dysetrykket (Pnoz) og atmosfæretrykket (Patm), blir skyvekraftfeilinnstillingen minimert for enhver gitt fysisk asymmetri i et finnespor. Følgelig, ved å bruke teknikkene beskrevet i denne fremvisningen tilveiebringes en rakettsammenstilling som inkluderer langsgående finne-spor som tillater finner å bli stuet inne i en dyse til rakettsammenstillingen før tenning, og som inkluderer en støtfri bjellekontur som minimerer enhver uønsket skyvekraftsvektorering som kan resultere fra fysiske asymmetrier i finne-sporene. Teknikkene til denne fremvisningen er spesielt egnet for, for eksempel, små taktiske raketter. Generelt sagt er en liten taktisk rakett en rakett som bruker fast brennstoff, har en diameter mindre enn omtrent 10 tommer, og blir anvendt i taktiske

kampsituasjoner.

FIG. 7 er et snitt av en kappe til rakettsammenstillingen som kan bli anvendt for å implementere forskjellige teknikker i denne fremvisningen. Som nevnt over kan kappen til dysen, f.eks., kappe 12, i stedet for en dyseinnsatsstruktur, bli brukt for å definere den konvergerende/divergerende passasjen med en struperegion med begrenset tverrsnittsareal. Som sett i FIG. 7 inkluderer rakettdysesammenstilling 10 dyse 24 som har en optimalisert bjellekontur, eller støtfri bjellekontur, definert ved indre overflate 40 til kappe 12. Krummingen til indre overflate 40, som skaper den støtfrie bjellekonturen, minimerer trykket inne i divergent seksjon 32, eller Pnozi Ligning (5) over, ved enhver gitt langsgående posisjon i dysen. Som beskrevet over; å minimere Pnozi Ligning (5) minimerer skyvekraftsasymmetrier forårsaket av fysiske asymmetrier i de langsgående finne-sporene. Det bør bemerkes at matematikken som definerer krummingen av indre overflate 40, eller indre overflate 28 i FIG. 6C, er utenfor omfanget av denne fremvisningen.

Som sett i FIG. 7 inkluderer kappe 12 yttervegg 14 og indre overflate 40. En del av indre overflate 40 definerer divergerende seksjon 32. Kappe 12 definerer flere langsgående finne-spor, f.eks., finne-spor 22A-22C. Hver av de flere finne-sporene strekker seg gjennom yttervegg 14 og indre overflate 40. Rakettsammenstilling 10 i FIG. 7 inkluderer videre flere finner dreibart festet til kappen, hvor i den stuede posisjonen, hver av de flere finnene strekker seg inn i den divergerende regionen gjennom ett av de respektive finne-sporene, og hvor i den utfelte posisjonen, hver av de flere finnene strekker seg utover fra kappen, som vist og beskrevet over med hensyn til FIGURER 5A-5C og FIGURER 6A-6C.

FIG. 8 er et isometrisk riss av en eksempelvis liten taktisk rakett som inkluderer rakettsammenstillingen i FIG. 5A. Spesielt viser FIG. 8 taktisk rakett 50 som inkluderer rakettdysesammenstilling 10 (beskrevet i detalj over), nyttelastseksjon 52, og brennstoffseksjon 54. Rakettdysesammenstilling 10 er vist i en utfelt posisjon, som beskrevet over med hensyn til FIGURER 6A-6C.

Forskjellige aspekter av fremstillingen har blitt beskrevet. Disse og andre aspekter er innenfor omfanget av de følgende kravene.

Claims (10)

KRAV:

1. En rakettdysesammenstilling (10) som har en stuet posisjon og en utfelt posisjon, sammenstillingen omfattende:

en kappe (12) omfattende en ytre vegg (14) og en indre overflate (28), minst en del av den indre overflaten definerende en divergerende region (32),

hvor kappen definerer flere langsgående finne-spor (22A-22F), og hvor hver av de flere finne-sporene strekker seg gjennom den ytre veggen til kappen og den indre overflaten til kappen, og

hvor den divergerende regionen definerer en bjelleformet kontur (8D); og flere finner (20A-20F) dreibart festet til kappen,

hvor i den stuede posisjonen, hver av de flere finnene strekker seg inn i den divergerende regionen gjennom ett av de respektive finne-sporene, og

hvor i den utfelte posisjonen, hver av de flere finnene strekker seg utover fra kappen.

2. Sammenstillingen ifølge krav 1, hvor den bjelleformede konturen er en støtfri bjellekontur.

3. Sammenstillingen ifølge krav 1, hvor finne-sporene er fordelt symmetrisk rundt kappen.

4. Sammenstillingen ifølge krav 3, hvor finne-sporene danner diametralt motstående par med finne-spor.

5. Sammenstillingen ifølge krav 1, hvor de flere finnene omfatter seks finner.

6. Sammenstillingen ifølge krav 1, hvor i den stuede posisjonen, hver av de flere finnene strekker seg distalt fra en distal ende til kappen.

7. Sammenstillingen ifølge krav 1, hvor kappen er festet til en liten taktisk rakett.

8. En liten taktisk rakett omfattende:

en rakettdysesammenstilling ifølge hvilket som helst av kravene 1 og 3-7.

9. Taktisk rakett ifølge krav 8, hvor den divergerende regionen definerer en støtfri bjellekontur.

10. En rakettdysesammenstilling (10) som har en stuet posisjon og en utfelt posisjon, sammenstillingen omfattende:

en kappe (12) omfattende en ytre vegg;

en dyseinnsatsstruktur (27) posisjonert inne i kappen, innsatsstrukturen omfattende en indre overflate (28), minst en del av den indre overflaten til innsatsstrukturen definerende en divergerende region (32),

hvor kappen og innsatsstrukturen definerer flere langsgående finne-spor (22A-22F), og hvor hver av de flere finne-sporene strekker seg gjennom den ytre veggen til kappen og den indre overflaten til innsatsstrukturen, og

hvor den divergerende regionen definerer en bjelleformet kontur (8D); og flere finner dreibart festet til kappen,

hvor i den stuede posisjonen, hver av de flere finnene strekker seg inn i den divergerende regionen gjennom de respektive finne-sporene, og

hvor i den utfelte posisjonen, hver av de flere finnene strekker seg utover fra kappen.