RU185255U1

RU185255U1 - Laval high-pressure nozzle

Info

Publication number: RU185255U1
Application number: RU2018115194U
Authority: RU
Inventors: Василий Васильевич Семенов; Александр Александрович Сергиенко; Светлана Николаевна Перминова
Priority date: 2018-04-24
Filing date: 2018-04-24
Publication date: 2018-11-28

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 пластинами, установленными на шарнирах изнутри насадка по всему его периметру. При этом пластины установлены с возможностью качания для перекрытия кольцевой щели и выполнены в виде трапеции, а также они расположены изначально параллельно оси сопла. 4 ил.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 provided with plates mounted on hinges from the inside of the nozzle along its entire perimeter. In this case, the plates are mounted with the possibility of swinging to cover the annular gap and are made in the form of a trapezoid, and they are also located initially parallel to the axis of the nozzle. 4 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 F02K 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 to protect it from burnout of its bottom.

Техническим результатом, достигаемым предлагаемой полезной моделью, является защита днища ракеты от прогара, который достигается за счет того, что кольцевая щель, образованная в месте излома контура, снабжена пластинами, размещенными на шарнирах изнутри насадка по всему его периметру с возможностью качания для перекрытия кольцевой щели, при этом пластины выполнены в виде трапеции.The technical result achieved by the proposed utility model is to protect the bottom of the rocket from burnout, which is achieved due to the fact that the annular gap formed at the break point of the contour is equipped with plates placed on hinges from the inside of the nozzle along its entire perimeter with the possibility of swinging to cover the annular gap while the plates are made in the form of a trapezoid.

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 пластинами, установленными на шарнирах изнутри насадка по всему его периметру с возможностью качания для перекрытия кольцевой щели.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 form of grooves, according to a useful model, the annular gap formed at the point of break of the contour is equipped with plates mounted on hinges from the inside of the nozzle along its entire perimeter with the possibility of swinging to overlap silt cracks.

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-А.In FIG. 2 shows a cross section along line AA.

На фиг. 3 изображена пластина (вид сверху).In FIG. 3 shows a plate (top view).

На фиг. 4 приведена высотная характеристика высотного сопла Лаваля.In FIG. 4 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 на срезе круглого земного сопла 1 установлены на шарнирах 6 изнутри насадка 2 пластины 7 по всему его периметру с возможностью качания для перекрытия кольцевой щели 3, при этом пластины 7 выполнены в видетрапеции.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 baffle 4 of the annular gap 3, openings are made in the form of grooves 5 around the entire perimeter, and a round earth nozzle is cut along the perimeter 1 mounted on hinges 6 from the inside, the nozzle 2 of the plate 7 around its entire perimeter with the possibility of swinging to overlap the annular gap 3, while the plate 7 is made in trapezoid.

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 кромках пластин 7, установленных на шарнирах 6 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 edges of the plates 7 mounted on the hinges 6 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 ракеты в верхних слоях атмосферы и снижении внешнего давления пластины 7, установленные на шарнирах 6, прилипают к внутренней стенке высотного насадка 2, вследствие чего скачок уплотнения с кромок пластин 7 уходит 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 a rocket in the upper atmosphere and lowering the external pressure, the plates 7 mounted on hinges 6 adhere to the inner wall of the high-altitude nozzle 2, as a result of which the shock wave from the edges of the plates 7 goes away and sits on a section of the high-altitude round nozzle 2. In this case, the high-altitude round nozzles 2 is included in the work and the high-pressure nozzle of Laval is fully operational.

Благодаря последовательному включению в работу сначала земного круглого сопла 1, а затем высотного круглого насадка 2, происходит двухступенчатое регулирование высотности сопла Лаваля и, таким образом, высотная характеристика высотного сопла Лаваля становится близкой 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 two-stage control of the height of the Laval nozzle takes place and, thus, the height characteristic of the high-pressure Laval nozzle becomes close to the characteristic of an ideal nozzle with continuously adjustable height.

Кроме того, благодаря тому, что при работе сопла 1 на высоте пластины 7, установленные на шарнирах 6 на срезе круглого земного сопла 1, перекрывают кольцевую щель 3, не происходит утечки горячего газа через отверстия в форме пазов 5, организованных в перегородке 4 кольцевой щели 3, что защищает днище ракеты от теплового воздействия горячих струй газа.In addition, due to the fact that during operation of the nozzle 1 at the height of the plate 7, mounted on the hinges 6 at the cut of the round earth nozzle 1, overlap the annular gap 3, there is no leakage of hot gas through the holes in the form of grooves 5 organized in the partition 4 of the annular gap 3, which protects the bottom of the rocket from the thermal effects of hot jets of gas.

Благодаря тому, что пластины 7 выполнены в виде трапеции (фиг. 3), при развороте пластин 7 на шарнирах 6 изнутри насадка 2 полностью перекрывается кольцевая щель 3, что обеспечивает отсутствие утечки горячего газа через отверстия в форме пазов 5, организованных в перегородке 4 кольцевой щели 3.Due to the fact that the plates 7 are made in the form of a trapezoid (Fig. 3), when the plates 7 are turned on the hinges 6 from the inside, the nozzle 2 completely overlaps the annular gap 3, which ensures that there is no leakage of hot gas through openings in the form of grooves 5 arranged in the annular partition 4 slots 3.

На фиг. 4 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. 4 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 p_a=0.06 МПа (Фиг. 4 поз. 1 - высотная характеристика земного сопла) выигрыш тяги в космосе может составить до 9% за счет увеличения геометрической степени расширения (Фиг. 4 поз. 3 - высотная характеристика сопла с изломом контура). Тяги же круглого сопла с давлением на срезе p_a=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. 4). На фиг. 4 поз. 2 - эта высотная характеристика сопла двигателя 2-ой ступни ракеты.Calculations show that in a high-pressure Laval nozzle with a kink in the contour compared to a smooth nozzle with a shear pressure p _a = 0.06 MPa (Fig. 4 pos. 1 - altitude characteristic of the earth nozzle), the thrust gain in space can be up to 9% due to an increase geometric degree of expansion (Fig. 4 pos. 3 - height 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-altitude Laval nozzle with a kink in the contour are the same when they are working on the Earth, since the contour of the earth nozzle and the contour of a high-pressure Laval nozzle are designed for the same degree of expansion before kink (Fig. 4). In FIG. 4 poses 2 - this altitude characteristic of the nozzle of the engine of the second foot of the rocket.

Предлагаемая полезная модель повышает надежность ракеты за счет устранения прогара днища путем установки пластин, предназначенных для перекрытия кольцевой щели, что, несомненно, дает экономический эффект.The proposed utility model improves the reliability of the rocket by eliminating burnout of the bottom by installing plates designed to cover the annular gap, which undoubtedly gives an 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 plates mounted on hinges from the inside of the nozzle along its entire perimeter with the possibility of swinging to overlap the annular gap.