RU2065984C1

RU2065984C1 - Vortex nozzle

Info

Publication number: RU2065984C1
Application number: RU93014200A
Authority: RU
Inventors: Виталий Васильевич Чиканов
Original assignee: Виталий Васильевич Чиканов
Priority date: 1993-03-19
Filing date: 1993-03-19
Publication date: 1996-08-27

Abstract

FIELD: jet engines. SUBSTANCE: nozzle has body with walls symmetrical relative to central axis which are helix-shaped. Adjacent loops create two passages of variable cross section. Passages are inclined relative to body central axis at angle varying from 0 to 90 degrees. EFFECT: high efficiency. 5 dwg

Description

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано для конструирования реактивного двигателя, сообщающего одновременно поступательное и вращательное движение перемещаемому аппарату или механизму. The invention relates to engine building and can be used to design a jet engine, which simultaneously communicates translational and rotational motion to a moving apparatus or mechanism.

В качестве ближайшего аналога устройства предполагается твердотопливный реактивный двигатель для ускорения вдоль пусковой трубы, профилированный элемент которого образует центральную часть кольцевого сопла (заявка Великобритании N 1586109, кл. F 02 K 9/97, 1981). As the closest analogue of the device, a solid-propellant jet engine is proposed for acceleration along the launch tube, the profiled element of which forms the central part of the annular nozzle (UK application N 1586109, CL F 02 K 9/97, 1981).

Ближайший аналог характеризуется совокупностью признаков, сходных с совокупностью существенных признаков изобретения, по содержанию корпуса сопла с симметричными относительно центральной оси стенками. The closest analogue is characterized by a combination of features similar to the set of essential features of the invention in terms of the contents of the nozzle body with walls symmetrical with respect to the central axis.

К недостатку аналога следует отнести ограниченные его функциональные возможности, определяемые сообщением соплом реактивному двигателю только поступательного движения. The disadvantage of the analogue should be attributed to its limited functionality, determined by the communication of the jet engine nozzle only translational motion.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей сопла без увеличения потерь кинетической энергии истекающей струи, обеспечением соплом реактивному двигателю одновременно с поступательным вращательного движения. The aim of the invention is to expand the functionality of the nozzle without increasing the loss of kinetic energy of the flowing jet, providing the nozzle to the jet engine simultaneously with the translational rotational motion.

Технический результат достигается тем, что в сопле стенки корпуса выполнены в виде винтовой спирали, соседними витками которой образованы два канала переменного сечения, при этом величина угла наклона каналов к центральной оси корпуса находится в диапазоне от 0 до 90^o.The technical result is achieved by the fact that in the nozzle the walls of the housing are made in the form of a helical spiral, adjacent turns of which two channels of variable section are formed, while the angle of inclination of the channels to the central axis of the housing is in the range from 0 to 90 ^o .

Если использовать термины и определения по ГОСТ 17655-89 для жидкостных ракетных двигателей, то общее определение вихревого сопла может быть сформулировано в следующей редакции:
вихревое сопло, в котором любое нормальное оси симметрии сечение потока продуктов сгорания представляет собой осесимметричный источник газа, имеющее осевую и тангенциальную составляющую компонент скорости.If we use the terms and definitions in accordance with GOST 17655-89 for liquid rocket engines, then the general definition of a vortex nozzle can be formulated as follows:
a vortex nozzle in which any section of the flow of combustion products that is normal to the axis of symmetry is an axisymmetric gas source having an axial and tangential velocity component.

На фиг.1 изображен общий вид сопла, выполненного на цилиндрической поверхности; на фиг.2 сечение сопла по его оси симметрии; на фиг.3 контур сопла, образованный сечением по нормали к винтовой поверхности канала переменного сечения; на фиг.4 суммарный вектор скорости потока истекающего газа в выходном сечении сопла и его проекции на оси координат; на фиг.5 - общий вид сопла, выполненного на конической поверхности. Figure 1 shows a General view of the nozzle made on a cylindrical surface; figure 2 section of the nozzle along its axis of symmetry; figure 3 contour of the nozzle formed by a section normal to the helical surface of the channel of variable cross section; figure 4 the total velocity vector of the flow of the outgoing gas in the output section of the nozzle and its projection on the coordinate axis; figure 5 is a General view of the nozzle made on a conical surface.

Вихревое сопло (фиг. 2) содержит корпус 1 с симметричными относительно центральной оси стенками. Заднее днище двигателя скреплено с корпусом сопла рейками 2. The vortex nozzle (Fig. 2) comprises a housing 1 with walls symmetrical with respect to the central axis. The rear bottom of the engine is bonded to the nozzle body with rails 2.

Работает вихревое сопло следующим образом. The vortex nozzle operates as follows.

Рабочее тело (газ) поступает (фиг.3) через критическое сечение шириной h. Длина канала вдоль винтовой линии определяется площадью критического сечения F_кр. Газ разгоняется до скорости

. Расчет текущих значений точек контура может вестись от оси симметрии сопла 1 или 2, отстоящих от угловой точки в критическом сечении на расстоянии радиуса R или R' соответственно.The working fluid (gas) enters (Fig. 3) through a critical section of width h. The length of the channel along the helix is determined by the critical section area F _cr . Gas accelerates to speed

. The calculation of the current values of the contour points can be carried out from the axis of symmetry of the

nozzle

1 or 2, spaced from the corner point in the critical section at a distance of radius R or R ', respectively.

Современный вектор скорости элементарной частицы газа ( фиг.4) в выходном сечении одного из каналов сопла V и его проекции на оси декартовых координат V_x, V_y, V_z пропорциональны тяге и ее составляющим P, P_x, P_y, P_z соответственно. Если Р_x и P_y обеспечивают осевую и тангенциальную составляющие тяги, то P_z создает эксцентриситет, который парируется тягой, возникающей с диаметрально противоположной стороны второго канала переменного сечения (тип двухзаходного винта).The modern velocity vector of the elementary gas particle (Fig. 4) in the output section of one of the channels of the nozzle V and its projection on the axis of the Cartesian coordinates V _x , V _y , V _{z are} proportional to the thrust and its components P, P _x , P _y , P _z, respectively . If P _x and P _y provide the axial and tangential components of the thrust, then P _z creates an eccentricity that is counteracted by the thrust arising from the diametrically opposite side of the second channel of variable cross-section (type of double-screw).

Максимальную осевую составляющую тяги P_x можно получить, если вихревое сопло размещено на конической поверхности (фиг.5). В этом случае со стороны потока продуктов сгорания каналы переменного сечения имеют вид спирали Архимеда.The maximum axial component of the thrust P _x can be obtained if the vortex nozzle is placed on a conical surface (figure 5). In this case, from the side of the flow of combustion products, the channels of variable cross-section have the form of a spiral of Archimedes.

Кроме решения поставленной задачи, вихревое сопло из-за возможности размещения большой площади критического сечения на корпусе двигателя позволяет его использовать при больших расходах рабочего тела, например, дешевых быстрогорящих порохов, увеличивая его энергетические характеристики. ЫЫЫ2 ЫЫЫ4 In addition to solving the problem, the vortex nozzle, due to the possibility of placing a large critical section area on the engine casing, allows it to be used at high flow rates of the working fluid, for example, cheap quick-burning gunpowders, increasing its energy characteristics. YYY2 YYY4

Claims

A vortex nozzle containing a casing with walls symmetrical with respect to the central axis, characterized in that the casing walls are made in the form of a helical spiral, two adjacent channels of variable cross section are formed by adjacent turns, while the angle of inclination of the channels to the central axis of the casing is in the range of 0 90 ^o .