RU167750U1

RU167750U1 - LAVAL HEIGHT NOZZLE

Info

Publication number: RU167750U1
Application number: RU2016109228U
Authority: RU
Inventors: Владимир Георгиевич Базаров; Василий Васильевич Семенов
Priority date: 2016-03-15
Filing date: 2016-03-15
Publication date: 2017-01-10

Abstract

Высотное сопло Лаваля, содержащее земное круглое сопло и соосно с ним установленный круглый высотный насадок, соединенные друг с другом с образованием излома контура и кольцевой щели. В кольцевой щели установлена перегородка, в которой по всему периметру выполнены отверстия в форме пазов. Кольцевая щель, образованная в месте излома контура, снабжена профилированным дефлектором, установленным снаружи земного круглого сопла. При этом вогнутая сторона дефлектора направлена в сторону выходного сечения высотного круглого насадка. Изобретение направлено на повышение удельного импульса двигателя ракеты и защиты ее днища. 1 з.п. ф-лы, 3 илл.A high-pressure Laval nozzle containing an earthly circular nozzle and a round high-altitude nozzle coaxially mounted with it, connected to each other with the formation of a fracture of the contour and an annular gap. A partition is installed in the annular gap in which grooved holes are made around the entire perimeter. An annular gap formed at the fracture point of the contour is equipped with a profiled deflector mounted outside the earth’s circular nozzle. In this case, the concave side of the deflector is directed toward the output section of the high-altitude round nozzle. The invention is aimed at increasing the specific impulse of the rocket engine and protecting its bottom. 1 s.p. f-ly, 3 ill.

Description

Предлагаемая полезная модель относится к области ракетостроения и может найти применение, в частности, в ракетных двигателях первых и вторых ступеней ракет, работающих со старта на Земле.The proposed utility model relates to the field of rocket science and can find application, in particular, in rocket engines of the first and second stages of rockets operating from the start on Earth.

Известно высотное круглое сопло с изломом контура, состоящее из земного круглого сопла и высотного круглого насадка, соединенные друг с другом с образованием излома и кольцевой щели, в которой установлена перегородка, а в перегородке по всему периметру выполнены отверстия в форме пазов (см. патент РФ №2326259, МПК F02К 9/97, 2008).A high-altitude round nozzle with a kink of the contour is known, consisting of an earth round nozzle and a high-altitude round nozzle connected to each other to form a kink and an annular gap in which a partition is installed, and holes in the form of grooves are made in the partition along the entire perimeter (see RF patent No. 23266259, IPC F02K 9/97, 2008).

Недостатком известного сопла является то, что при его работе на высоте (в разреженной среде) через отверстия, выполненные в перегородке кольцевой щели, происходит утечка горячих продуктов сгорания (газа), что приводит к потере мощности и может привести к прогару днища ракеты-носителя.A disadvantage of the known nozzle is that when it is operated at a height (in a rarefied medium) through the holes made in the partition of the annular gap, hot products of combustion (gas) leak, which leads to a loss of power and can lead to burnout of the bottom of the launch vehicle.

Задачей данной полезной модели является повышение удельного импульса двигателя ракеты и защита от прогара ее днища.The objective of this utility model is to increase the specific impulse of the rocket engine and protect it from burnout of its bottom.

Техническим результатом, достигаемым предлагаемой полезной моделью, является повышение удельного импульса двигателя ракеты и защита ее днища от прогара, которые достигаются за счет установки профилированного дефлектора, размещенного снаружи земного сопла, при этом вогнутая сторона дефлектора направлена в сторону выходного сечения высотного круглого насадка.The technical result achieved by the proposed utility model is to increase the specific impulse of the rocket engine and protect its bottom from burnout, which is achieved by installing a profiled deflector located outside the earth nozzle, while the concave side of the deflector is directed toward the output section of the high-altitude round nozzle.

Поставленная задача решается за счет того, что в высотном сопле Лаваля, содержащем земное круглое сопло и соосно с ним установленный высотный круглый насадок, соединенные друг с другом с образованием излома контура и кольцевой щели, в которой установлена перегородка, а в перегородке по всему периметру выполнены отверстия в форме пазов, согласно полезной модели кольцевая щель, образованная в месте излома контура, снабжена профилированным дефлектором, установленным снаружи земного круглого сопла, при этом вогнутая сторона дефлектора направлена в сторону выходного сечения высотного круглого насадка.The problem is solved due to the fact that in the high-pressure nozzle of Laval, containing the earth’s circular nozzle and coaxially mounted with the high-altitude round nozzle, connected to each other with the formation of a fracture of the contour and the annular gap in which the partition is installed, and in the partition along the entire perimeter holes in the shape of grooves, according to a useful model, the annular gap formed at the point of contour break is equipped with a profiled deflector mounted outside the earth’s round nozzle, while the concave side of the deflector avlena in the direction of the output section of the high-altitude round nozzle.

На фиг. 1 изображено продольное сечение высотного сопла Лаваля.In FIG. 1 shows a longitudinal section of a high-altitude Laval nozzle.

На фиг. 2 изображено поперечное сечение по линии А-АIn FIG. 2 shows a cross section along line AA

На фиг. 3 приведена высотная характеристика высотного сопла Лаваля.In FIG. 3 shows the altitude characteristic of the high-altitude Laval nozzle.

Высотное сопло Лаваля содержит круглое земное сопло 1 и соосно с ним установленный высотный круглый насадок 2, соединенные друг с другом с образованием кольцевой щели 3. В перегородке 4 кольцевой щели 3 по всему периметру выполнены отверстия в форме пазов 5, а снаружи круглого земного сопла на его срезе установлен профилированный дефлектор 6, вогнутая сторона которого направлена в сторону выходного сечения круглого насадка 2.The Laval high-altitude nozzle contains a round earth nozzle 1 and a high-altitude round nozzle 2 coaxially mounted with it, connected to each other to form an annular gap 3. In the partition 4 of the annular gap 3, openings are made in the form of grooves 5 around the entire perimeter, and outside the circular earth nozzle its section has a profiled deflector 6 installed, the concave side of which is directed towards the output section of the round nozzle 2.

Высотное сопло Лаваля работает следующим образом.Laval high-pressure nozzle works as follows.

При старте ракеты-носителя с Земли и полете ее в плотных слоях атмосферы внешнее давление превышает внутреннее в зоне излома контура, в результате чего атмосферное давление через отверстия в форме пазов 5, организованные в перегородке 4 кольцевой щели 3, передается внутрь сопла. В этом случае за счет передачи атмосферного давления на срезе круглого земного сопла 1 происходит принудительный отрыв потока газа. Благодаря отрыву потока, в высотном сопле Лаваля уменьшается перерасширение газа. Высотный круглый насадок 2 за кольцевой щелью 3 как бы отключается (он не создает тягу и не вносит потерь), в результате высотное сопло Лаваля работает близко к расчетному режиму.When the launch vehicle starts from the Earth and flies in dense layers of the atmosphere, the external pressure exceeds the internal pressure in the zone of contour break, as a result of which atmospheric pressure is transmitted through the grooves in the form of grooves 5 organized in the partition 4 of the annular gap 3 to the inside of the nozzle. In this case, due to the transmission of atmospheric pressure at the cut of the round earth nozzle 1, a forced separation of the gas flow occurs. Due to flow separation, gas over-expansion in the high-pressure Laval nozzle is reduced. The high-altitude round nozzle 2 behind the annular gap 3, as it were, turns off (it does not create traction and does not introduce losses), as a result, the high-pressure Laval nozzle works close to the design mode.

При полете в верхних слоях атмосферы и снижении внешнего давления скачок уплотнения уходит с кромки круглого сопла 1 и садится на срез высотного круглого насадка 2. В этом случае высотный круглый насадок 2 включается в работу и высотное сопло Лаваля работает полностью.When flying in the upper atmosphere and reducing external pressure, the shock wave leaves the edge of the round nozzle 1 and sits on a section of the high-altitude round nozzle 2. In this case, the high-altitude round nozzle 2 is turned on and the high-pressure Laval nozzle is fully operational.

Благодаря последовательному включению в работу сначала земного круглого сопла 1, а затем высотного круглого насадка 2, высотная характеристика высотного сопла Лаваля близка к характеристике идеального сопла с непрерывно регулируемой высотностью.Due to the sequential inclusion of the first earth round nozzle 1, and then the high-altitude round nozzle 2, the altitude characteristic of the high-pressure Laval nozzle is close to the characteristic of an ideal nozzle with continuously adjustable height.

Кроме того, благодаря тому, что профилированный дефлектор 6 вогнутой стороной направлен в сторону выходного сечения высотного курглого насадка 2, при работе высотного сопла Лаваля на высоте, когда происходит утечка горячего газа через отверстия в форме пазов 5, организованных в перегородке 4 кольцевой щели 3, профилированный дефлектор создает дополнительную реактивную силу и защищает днище ракеты, т.к. струя будет направлена в противоположную сторону движения ракеты.In addition, due to the fact that the profiled deflector 6 with the concave side is directed towards the output section of the high-height kruglovy nozzle 2, when the high-pressure Laval nozzle is at a height when hot gas leaks through openings in the form of grooves 5 organized in the partition 4 of the annular gap 3, profiled deflector creates additional reactive power and protects the bottom of the rocket, because the jet will be directed in the opposite direction of the rocket movement.

На фиг. 3 поз. 3 представлена высотная характеристика высотного сопла Лаваля с изломом контура от режима его работы. По оси ординат отложен прирост тяги сопла, отнесенный к тяге гладкого круглого сопла, а по оси абсцисс - высота полета ракеты. Из графика видно, что при использовании предлагаемого высотного сопла Лаваля обеспечивается прирост тяги в широком диапазоне изменения высоты полета ракеты.In FIG. 3 poses Figure 3 shows the altitude characteristic of the Laval high-altitude nozzle with a kink in the contour from its operation mode. The ordinate axis shows the increase in nozzle thrust attributed to the thrust of a smooth round nozzle, and the abscissa axis shows the height of the rocket’s flight. The graph shows that when using the proposed high-altitude Laval nozzle provides an increase in thrust in a wide range of changes in the height of the flight of the rocket.

Расчеты показывают, что в высотном сопле Лаваля с изломом контура по сравнению с гладким соплом с давлением на срезе р_а=0.06 МПа (Фиг 3 поз. 1 -высотная характеристика земного сопла) выигрыш тяги в космосе может составить до 9% за счет увеличения геометрической степени расширения (Фиг 3 поз. 3 - высотная характеристика сопла с изломом контура). Тяги же круглого сопла с давлением на срезе р_а=0.06 МПа и высотного сопла Лаваля с изломом контура при их работе на Земле одинаковые, так как контур земного сопла и контур высотного сопла Лаваля до излома рассчитаны на одинаковую степень расширения (фиг. 3). На фиг 3 поз. 2 - эта высотная характеристика сопла двигателя 2-ой ступни ракеты.Calculations show that in a high-pressure Laval nozzle with a fracture of the contour compared to a smooth nozzle with a pressure at the cutoff р _а = 0.06 MPa (Fig. 3 pos. 1 - altitude characteristic of the earth nozzle), the thrust gain in space can be up to 9% due to an increase in geometric degree of expansion (Fig 3 pos. 3 - altitude characteristic of the nozzle with a fracture of the circuit). The thrusts of a round nozzle with a cut-off pressure p _a = 0.06 MPa and a high-pressure Laval nozzle with a kink in the loop when they work on the Earth are the same, since the contour of the earth nozzle and the contour of a high-pressure Laval nozzle before a kink are designed for the same degree of expansion (Fig. 3). In Fig 3 pos. 2 - this altitude characteristic of the nozzle of the engine of the second foot of the rocket.

Предлагаемая полезная модель обеспечивает возможность увеличения полезного груза, выводимого ракетой на околоземную Орбиту, или дальности полета за счет прироста тяги двигателя, создаваемого профилированным дефлектором, а также повышает надежность ракеты за счет устранения прогара днища путем установки профилированного дефлектора, все это, несомненно, дает экономический эффект.The proposed utility model provides the possibility of increasing the payload brought by the rocket to the near-Earth Orbit, or flight range due to the increase in engine thrust created by the profiled deflector, and also increases the reliability of the rocket by eliminating burnout of the bottom by installing a profiled deflector, all this undoubtedly gives economic Effect.

Claims

A Laval high-altitude nozzle containing an earth circular nozzle and a round high-altitude nozzle coaxially mounted with it, connected to each other to form a fracture of the contour and an annular gap in which a partition is installed, and grooved holes are made in the partition along the entire perimeter, characterized in that the annular gap formed at the fracture point of the contour is equipped with a profiled deflector mounted outside the earth’s round nozzle, while the concave side of the deflector is directed towards the output section of the high-altitude round th nozzle.