RU2198315C2 - Nozzle with variable expansion ratio - Google Patents
Nozzle with variable expansion ratio Download PDFInfo
- Publication number
- RU2198315C2 RU2198315C2 RU99105019/06A RU99105019A RU2198315C2 RU 2198315 C2 RU2198315 C2 RU 2198315C2 RU 99105019/06 A RU99105019/06 A RU 99105019/06A RU 99105019 A RU99105019 A RU 99105019A RU 2198315 C2 RU2198315 C2 RU 2198315C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- nozzle
- frame
- links
- petals
- stationary part
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Toys (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к аэрокосмической технике и может быть использовано при создании сопловых блоков ракетных и реактивных двигателей. The invention relates to aerospace engineering and can be used to create nozzle blocks of rocket and jet engines.
Применение в ракетных двигателях сопла с переменной степенью расширения, которое в транспортном положении занимает минимальные габариты, а после снятия габаритных ограничений (отделение космического аппарата от ракеты-носителя, разделение ступеней, сход с транспортно-пусковых установок и т.п.) превращается в полноразмерное сопло, позволяет решить две задачи:
- уменьшить габариты двигательной установки или (при неизменных габаритах) разместить дополнительное топливо;
- увеличить в условиях космического пространства тягу двигателя за счет использования сопла с диаметром выходного сечения, выходящим за мидель двигателя.The use of nozzles in rocket engines with a variable degree of expansion, which in the transport position occupies the minimum dimensions, and after removing the dimensional restrictions (separation of the spacecraft from the launch vehicle, separation of stages, exit from the transport launchers, etc.) turns into a full-sized nozzle allows you to solve two problems:
- reduce the dimensions of the propulsion system or (with constant dimensions) place additional fuel;
- increase in thrust in outer space engine thrust due to the use of a nozzle with a diameter of the output section extending beyond the midship of the engine.
Один из самых эффективных способов решения этих задач реализуют сопла с лепестковыми насадками [Фахрутдинов И. Х., Котельников А.В. Конструкция и проектирование РДТТ: Учебник для машиностроительных вузов. - М.: Машиностроение, 1987. - 328 с.: ил. (см.стр. 145-146)]. Однако большинство известных схем лепестковых насадков требует сложных устройств синхронного раскрытия с одновременным разворотом лепестков (см., например, там же рис.6.20). Топология складки лепестков в известных схемах, проектируемая в угоду стремлению упростить устройства раздвижки, далека от совершенства и слабо реализует потенциальные возможности уменьшения габаритов лепесткового насадка (если лепестки сложить стопкой, они будут занимать габариты и объем в десятки раз меньше, чем сложенный телескопический раздвижной секционный насадок (там же, стр.142, рис.6.14). One of the most effective ways to solve these problems is realized by nozzles with petal nozzles [Fakhrutdinov I. Kh., Kotelnikov AV Construction and design of solid propellant rocket engines: Textbook for engineering universities. - M.: Mechanical Engineering, 1987. - 328 p.: Ill. (see pages 145-146)]. However, most of the known schemes of petal nozzles require complex devices of synchronous opening with simultaneous rotation of the petals (see, for example, Fig. 6.20). The topology of the petal fold in the well-known schemes, designed to please the desire to simplify the sliding device, is far from perfect and poorly realizes the potential for reducing the dimensions of the petal nozzle (if you stack the petals in a stack, they will occupy the dimensions and volume ten times smaller than a folded telescopic sliding sectional nozzle (ibid., p. 142, Fig. 6.14).
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту к предлагаемому изобретению является решение по заявке Японии N 58-51149 от 15.11.83 (МКИ F 02 K 9/97) "Телескопическое сопло", по которому к стационарной части сопла шарнирно присоединены продольные пластины (лепестки), образующие газовый тракт закритической части сопла. На срезе сопла лепестки шарнирами скреплены со шпангоутом. Уменьшение осевых габаритов сопла происходит за счет деформации лепестков при осевом смещении с поворотом вокруг своей оси шпангоута. The closest in technical essence and the achieved positive effect to the proposed invention is the solution according to the application of Japan N 58-51149 from 11/15/83 (MKI F 02 K 9/97) "Telescopic nozzle", through which longitudinal plates are pivotally attached to the stationary part of the nozzle ( petals) forming the gas path of the supercritical part of the nozzle. At the nozzle exit, the petals are hinged together with a frame. The decrease in the axial dimensions of the nozzle occurs due to deformation of the lobes during axial displacement with rotation around the frame axis.
Недостатком этой схемы является деформативность лепестков. Требования деформативности в комплексе с требованиями по эрозионной и тепловой стойкости являются труднореализуемыми, приводящими к снижению надежности и усложнению конструкции. The disadvantage of this scheme is the deformability of the petals. The deformability requirements in conjunction with the requirements for erosion and heat resistance are difficult to implement, leading to a decrease in reliability and design complexity.
Технической задачей настоящего изобретения является упрощение конструкции сопла и повышение его надежности при максимальном сокращении габаритов в осевом и радиальном направлениях. An object of the present invention is to simplify the design of the nozzle and increase its reliability while minimizing overall dimensions in the axial and radial directions.
Сущность изобретения заключается в том, что в известном сопле с переменной степенью расширения, содержащем стационарную часть и складывающийся насадок, образованный набором продольных лепестков, шарнирно соединенных со стационарной частью, и шпангоутом, шпангоут соединен с лепестками при помощи звеньев, расположенных в радиальных плоскостях. Шарниры в стыке лепестков со стационарной частью и звеньями выполнены сферическими или карданными, а в стыке звеньев со шпангоутом - цилиндрическими с расположением оси вращения перпендикулярно соответствующим радиальным плоскостям сопла. The essence of the invention lies in the fact that in the known nozzle with a variable degree of expansion containing a stationary part and a folding nozzle formed by a set of longitudinal petals pivotally connected to the stationary part, and a frame, the frame is connected to the petals using links located in radial planes. The hinges at the junction of the petals with the stationary part and the links are made spherical or cardan, and at the junction of the links with the frame - cylindrical with the axis of rotation perpendicular to the corresponding radial planes of the nozzle.
Технический результат достигается за счет того, что предлагаемая топология расположения лепестков позволяет
1) выполнять лепестки в виде жестких пластин, т.е. из материалов, обладающих необходимой эрозионной и тепловой стойкостью, а также выполнять все остальные узлы и детали сопла жесткими из традиционных для подобных конструкций материалов;
2) уменьшить осевые габариты сложенного сопла при упрощении кинематики его раздвижки и соответствующем упрощении устройств раздвижки;
3) уменьшить радиальные габариты сложенного сопла за счет введения между лепестком и шпангоутом звеньев при сохранении простоты и надежности раздвижки по п.(2).The technical result is achieved due to the fact that the proposed topology of the arrangement of the petals allows
1) make the petals in the form of rigid plates, i.e. from materials possessing the necessary erosion and heat resistance, and also to perform all other nodes and details of the nozzle rigid from materials traditional for such designs;
2) reduce the axial dimensions of the folded nozzle while simplifying the kinematics of its sliding and the corresponding simplification of the sliding devices;
3) to reduce the radial dimensions of the folded nozzle due to the introduction of links between the petal and the frame while maintaining the simplicity and reliability of the extension according to paragraph (2).
Уменьшение осевых габаритов сложенного сопла по п.(2) для простоты рассуждении первоначально будем рассматривать при условии жесткого закрепления звеньев в шпангоуте (т.е. звенья являются частью шпангоута). При этом сферические шарниры позволяют насадку, имеющему коническую (или близкую к конической) форму (см. фиг.1), при провороте шпангоута относительно стационарной части вокруг продольной оси на угол φ превращаться в однополостной гиперболоид вращения с переменной длиной l, являющейся функцией от угла разворота φ:
где L - длина лепестков;
r - радиус среза стационарной части сопла;
ρ = R/r - относительный радиуса
R - радиус шпангоута (см., например, патент РФ N2109158).For simplicity of reasoning, we will initially consider reducing the axial dimensions of the folded nozzle according to item (2), provided that the links are rigidly fixed in the frame (i.e., the links are part of the frame). In this case, the spherical hinges allow the nozzle having a conical (or close to conical) shape (see Fig. 1) when turning the frame relative to the stationary part around the longitudinal axis by an angle φ to turn into a single-cavity rotation hyperboloid with a variable length l, which is a function of the angle reversal φ:
where L is the length of the petals;
r is the cut radius of the stationary part of the nozzle;
ρ = R / r - relative radius
R is the radius of the frame (see, for example, RF patent N2109158).
График зависимости l=f(φ) представлен на фиг.2. The graph of l = f (φ) is shown in Fig.2.
Как видно из графика, теоретически длина насадка, приобретающего при закрутке форму гиперболоида, может сокращаться до нуля. Минимальная практическая длина такого гиперболоида определяется моментом соприкосновения соседних лепестков (с учетом стрелы прогиба их сечения, определяемой шириной, и их толщины) и составляет 10-20% от длины насадка в рабочем положении. As can be seen from the graph, theoretically, the length of the nozzle, which acquires the shape of a hyperboloid when twisted, can be reduced to zero. The minimum practical length of such a hyperboloid is determined by the moment of contact of adjacent petals (taking into account the arrow of deflection of their cross section, determined by the width and their thickness) and is 10-20% of the length of the nozzle in the working position.
Отметим, что при истечении газа через раструб создается внутреннее, переменное по длине соплового насадка, давление. При этом, по оценкам, проведенным авторами, момент сил MR, стремящихся развернуть гиперболоид в конус, относится к противодействующему ему моменту сил MQ, стремящихся сложить раструб, в раздвинутом положении сопла как
где α - угол полураствора конического раструба, т.е. условием устойчивости раструба при его работе является α<45o.Note that when the gas flows through the bell, an internal pressure that is variable along the length of the nozzle nozzle is created. Moreover, according to estimates made by the authors, the moment of forces M R , tending to deploy the hyperboloid into a cone, refers to the opposing moment of forces M Q , tending to fold the bell, in the extended position of the nozzle as
where α is the half-angle of the conical socket, i.e. the condition for the stability of the bell during its operation is α <45 o .
Важным достоинством схемы является пространственная жесткость конструкции как в крайних, так и в любом промежуточном положении. Покажем, что система, представленная на фиг.1, имеет только одну степень свободы - возможность движения точек шпангоута по винтовой линии. Подвижность механизма (число степеней свободы) определяется по структурной формуле А.П. Малышева [Л. Н. Решетов. "Конструирование рациональных механизмов". - М.: Машиностроение, 1987]
W=6n-(Σp-q)-r,
где W - число степеней свободы механизма;
n - число подвижных звеньев;
Σp - число связей;
q - число избыточных связей, устранение которых не влияет на подвижность механизма;
r - число лишних степеней свободы, не влияющих на общую подвижность механизма.An important advantage of the scheme is the spatial rigidity of the structure both in the extreme and in any intermediate position. We show that the system shown in Fig. 1 has only one degree of freedom - the ability to move the frame points along a helix. The mobility of the mechanism (the number of degrees of freedom) is determined by the structural formula of A.P. Malysheva [L. N. Reshetov. "Designing rational mechanisms." - M.: Mechanical Engineering, 1987]
W = 6n- (Σp-q) -r,
where W is the number of degrees of freedom of the mechanism;
n is the number of movable links;
Σp is the number of bonds;
q is the number of excess bonds, the elimination of which does not affect the mobility of the mechanism;
r is the number of extra degrees of freedom that do not affect the overall mobility of the mechanism.
Кроме того, взаимовлияние связей друг на друга может накладывать дополнительные связи, не выявленные при формальном структурном анализе механизма, т. к. "Подвижность механизма практически устанавливается при внешнем осмотре, исходя из общих рассуждении (получается проще и надежнее, чем по структурной формуле Малышева)" [там же, cтр.9]. Выявленные при общих рассуждениях нереализуемые (вследствие взаимовлияния связей) степени свободы следует вычитать из общего числа степеней свободы, формально определенных по формуле Малышева. In addition, the mutual influence of the bonds on each other can impose additional bonds that were not revealed during the formal structural analysis of the mechanism, because "The mobility of the mechanism is practically established during external examination, based on general considerations (it is simpler and more reliable than according to Malyshev's structural formula) "[ibid., p. 9]. Unrealizable degrees of freedom revealed by general reasoning (due to mutual influence of bonds) should be subtracted from the total number of degrees of freedom formally determined by the Malyshev formula.
Представим гиперболоид (фиг.1) в виде двух колец (подвижного и неподвижного), шарнирно связанных стержнями, количество которых "m" (см. фиг.3). Определим по формуле А.П. Малышева число степеней свободы гиперболоида, состоящего из двух стержней (фиг.3а)
m=2 число звеньев n=3;
число связей Σp=4•3 (4 сферических, т.е. трехстепенных шарнира);
число избыточных связей q=0;
число лишних степеней свободы r=2 (вращение стержней вокруг своих осей);
число степеней свободы механизма W=6•3-(4•3-0)-2=4
(в плоскостях XOУ, ZОУ, вокруг оси ОУ, вокруг оси A'B').Imagine a hyperboloid (Fig. 1) in the form of two rings (movable and stationary) pivotally connected by rods, the number of which is "m" (see Fig. 3). Define by the formula A.P. Malysheva number of degrees of freedom of a hyperboloid consisting of two rods (figa)
m = 2 the number of links n = 3;
the number of bonds Σp = 4 • 3 (4 spherical, i.e. three-degree joints);
the number of excess bonds q = 0;
the number of extra degrees of freedom r = 2 (rotation of the rods around their axes);
the number of degrees of freedom of the mechanism W = 6 • 3- (4 • 3-0) -2 = 4
(in the planes XOU, ZOU, around the axis of the OS, around the axis A'B ').
Определим число степеней свободы гиперболоида, состоящего из трех стержней (фиг.3б):
m=3 число звеньев n=4;
число связей ΣP=6•3 (6 сферических шарниров);
число избыточных связей q=0;
число лишних степеней свободы r=3 (вращение стержней вокруг своих осей);
число степеней свободы механизма W=6•4-(6•3-0)-3=3
(вокруг оси ОУ, в двух разных произвольно выбранных плоскостях, например в плоскости ⊥AB и в плоскости ⊥BC).Define the number of degrees of freedom of the hyperboloid, consisting of three rods (figb):
m = 3 the number of links n = 4;
the number of bonds ΣP = 6 • 3 (6 spherical joints);
the number of excess bonds q = 0;
the number of extra degrees of freedom r = 3 (rotation of the rods around their axes);
the number of degrees of freedom of the mechanism W = 6 • 4- (6 • 3-0) -3 = 3
(around the axis of the OS, in two different arbitrarily selected planes, for example, in the ⊥AB plane and in the ⊥BC plane).
Определим число степеней свободы гиперболоида, состоящего из четырех стержней (фиг.3в):
m=4 число звеньев n=5;
число связей ΣP=8•3 (8 сферических шарниров);
число избыточных связей q=1 (четвертый стержень не влияет на подвижность механизма);
число лишних степеней свободы r=4 (вращение стержней вокруг своих осей);
число степеней свободы механизма W=6•5-(8•3-1)-4=3
(вокруг оси ОУ, в двух разных произвольно выбранных плоскостях, например, в плоскости ⊥AB и в плоскости ⊥BC).Define the number of degrees of freedom of the hyperboloid, consisting of four rods (pigv):
m = 4 the number of links n = 5;
the number of bonds ΣP = 8 • 3 (8 spherical joints);
the number of excess bonds q = 1 (the fourth rod does not affect the mobility of the mechanism);
the number of extra degrees of freedom r = 4 (rotation of the rods around their axes);
the number of degrees of freedom of the mechanism W = 6 • 5- (8 • 3-1) -4 = 3
(around the axis of the OS, in two different arbitrarily selected planes, for example, in the ⊥AB plane and in the ⊥BC plane).
Определим число степеней свободы гиперболоида, состоящего из пяти стержней (фиг.3г):
m=5 число звеньев n=6;
число связей ΣP=10•3 (10 сферических шарниров);
число избыточных связей
число лишних степеней свободы r=5 (вращение стержней вокруг своих осей);
число степеней свободы механизма
Дальнейшее увеличение количества стержней каждый раз прибавляет 6 степеней свободы и 6 ограничений (связей), одну избыточную связь и одну лишнюю степень свободы, т.е. не меняет подвижность.Define the number of degrees of freedom of the hyperboloid, consisting of five rods (Fig.3g):
m = 5 the number of links n = 6;
the number of bonds ΣP = 10 • 3 (10 spherical joints);
number of excess links
the number of extra degrees of freedom r = 5 (rotation of the rods around their axes);
number of degrees of freedom of the mechanism
A further increase in the number of rods each time adds 6 degrees of freedom and 6 restrictions (bonds), one excess bond and one extra degree of freedom, i.e. does not change mobility.
Из приведенных рассуждении следует, что пространственной жесткостью (одной степенью свободы) при зафиксированных относительно шпангоута звеньях (т. е. при неизменном миделе сопла) обладает сопловой насадок, имеющий не менее 5 лепестков и R≠r. From the above reasoning, it follows that spatial rigidity (one degree of freedom) for the links fixed relative to the frame (i.e., with the nozzle unchanged mid-section) has a nozzle nozzle having at least 5 petals and R ≠ r.
Рассмотрим уменьшение радиальных габаритов сложенного сопла при расфиксированных относительно шпангоута звеньях. Уменьшение радиальных габаритов достигается за счет того, что радиус геометрического места точки В (сферического шарнира) в рабочем (раздвинутом) положении сопла (см. фиг.4в) больше радиуса геометрического места точки В в транспортном положении сопла (см. фиг. 4а). На фиг.4 изображена связь стационарной части сопла со шпангоутом посредством одного лепестка и одного звена. Остальные лепестки и звенья условно не показаны, но при рассуждениях будем учитывать их действие на пространственное положение механизма. С целью наглядности процесса раздвижки на фиг.4 шпангоут считается неподвижным, а раздвижка сопла происходит за счет того, что стационарная часть сопла (и весь двигатель) вращается вокруг неподвижного шпангоута. Угол закрутки φ стационарной части сопла относительно шпангоута по сравнению с первоначальным положением (фиг.4в) для простоты и наглядности рассуждении на фиг.4а равен 180o (лепесток находится в плоскости чертежа). В реальной конструкции угол закрутки φ не может быть больше 165o-176o из-за влияния соседних лепестков.Let us consider a decrease in the radial dimensions of a folded nozzle with links uncovered relative to the frame. The decrease in radial dimensions is achieved due to the fact that the radius of the geometrical location of point B (spherical joint) in the working (extended) position of the nozzle (see Fig. 4c) is greater than the radius of the geometrical location of point B in the transport position of the nozzle (see Fig. 4a). Figure 4 shows the connection of the stationary part of the nozzle with the frame by means of one lobe and one link. The remaining petals and links are conditionally not shown, but in the discussion we will take into account their effect on the spatial position of the mechanism. In order to illustrate the process of sliding in figure 4, the frame is considered stationary, and the extension of the nozzle occurs due to the fact that the stationary part of the nozzle (and the entire engine) rotates around the stationary frame. The swirl angle φ of the stationary part of the nozzle relative to the frame compared to the initial position (figv) for simplicity and clarity, the reasoning in figa is equal to 180 o (the lobe is in the plane of the drawing). In a real design, the twist angle φ cannot be greater than 165 o -176 o due to the influence of neighboring petals.
Вопрос раздвижки механизма, представленного на фиг.4, связан с вопросом определения числа его степеней свободы. На фиг.5 показан перпендикулярный плоскости чертежа шпангоут АХ, соединенный посредством звеньев АВ, ХУ и лепестков ОВ, УL со стационарной частью сопла ОL. Т.к. угол разворота φ равен 180o, все указанные отрезки лежат в плоскости чертежа. Очевидно, что в общем случае, когда радиус точки В не равен радиусу точки А, шпангоут АХ не может совершать плоскопараллельного движения при неизменном расстоянии до стационарной части ОL (|MK|=const).The issue of sliding mechanism shown in figure 4, is associated with the issue of determining the number of its degrees of freedom. Figure 5 shows the frame AX, perpendicular to the plane of the drawing, connected by means of the links AB, XU and the lobes OB, UL with the stationary part of the nozzle OL. Because the turning angle φ is equal to 180 o , all of these segments lie in the plane of the drawing. Obviously, in the general case, when the radius of point B is not equal to the radius of point A, the AX frame cannot perform plane-parallel motion at a constant distance from the stationary part OL (| MK | = const).
Двухлепестковый механизм при неизменном расстоянии до стационарной части OL (|MK|= const) допускает поворот шпангоута АХ вокруг точки М. При этом механизм занимает положение LХ1У1А1В1О (см. фиг.5). Покажем, что четырехлепестковый механизм такого поворота не допускает. Допустим, что в результате поворота шпангоут занял положение А1Х1. Зафиксированное на шпангоуте посредством цилиндрического шарнира звено МN при таком повороте занимает положение MN1, а лепесток КN занимает положение KN1. Заметим, что длина отрезка |KN1| меньше длины отрезка |KN|. Компенсировать уменьшение длины отрезка КN1 может увеличение длины проекции звена МN (т.е. увеличение длины |MN1|). Это может произойти при повороте звена MN в цилиндрическом шарнире М. Звено MN может поворачиваться только в плоскости, перпендикулярной плоскости чертежа (след этой плоскости - линия МN1). С другой стороны, звено МN может поворачиваться только в плоскости треугольника KMN1. Но плоскость треугольника КМN1 совпадает о плоскостью, следом которой является линия MN1, только в том случае, если точки N1 и N совпадают. Это доказывает невозможность поворота шпангоута АХ четырех- (и более) лепесткового механизма.The two-leaf mechanism with a constant distance to the stationary part OL (| MK | = const) allows rotation of the AX frame around point M. Moreover, the mechanism occupies the position LX 1 U 1 A 1 B 1 O (see figure 5). We show that the four-petal mechanism does not allow such a rotation. Assume that as a result of rotation, the frame has taken the position A 1 X 1 . Fixed on the frame by means of a cylindrical hinge link MN with this rotation takes the position of MN 1 , and the lobe KN takes the position of KN 1 . Note that the length of the segment | KN 1 | less than the length of the segment | KN |. To compensate for the decrease in the length of the segment KN 1 can increase the length of the projection of the link MN (ie, increase the length | MN 1 |). This can happen when the MN link rotates in the cylindrical joint M. The MN link can rotate only in a plane perpendicular to the plane of the drawing (the trace of this plane is line MN 1 ). On the other hand, the link MN can only rotate in the plane of the triangle KMN 1 . But the plane of the triangle KMN 1 coincides with the plane, followed by the line MN 1 , only if the points N 1 and N coincide. This proves the impossibility of turning the AX frame of the four- (or more) flap mechanism.
Таким образом, данный механизм характеризуется невозможностью при |MK|= const плоскопараллельного отклонения от оси вращения в двух взаимно перпендикулярных направлениях и невозможностью перекоса шпангоута в этих же направлениях, т. е. имеет 4 нереализуемые (вследствие взаимовлияния связей) степени свободы. Thus, this mechanism is characterized by the impossibility at | MK | = const of plane-parallel deviation from the axis of rotation in two mutually perpendicular directions and the impossibility of skewing the frame in the same directions, that is, it has 4 unrealizable (due to the interaction of the bonds) degrees of freedom.
Определим по формуле А.П. Малышева число степеней свободы рассматриваемого механизма с числом лепестков "m":
m=4 число звеньев n=9;
число связей ΣP=8•3+4•5 (8 сферических, т.е. трехстепенных шарнира и 4 цилиндрических, т.е. одностепенных шарнира);
число избыточных связей q=0;
число лишних степеней свободы r=4 (вращение 4-х лепестков вокруг своих осей); формально число степеней свободы механизма W=9•6-(8•3+4•5-0)-4=6, а с учетом 4-х нереализуемых степеней свободы W=2 (вращение шпангоута (т.е. движение его точек по винтовой линии) и осевое плоскопараллельное перемещение шпангоута без его вращения).Define by the formula A.P. Malysheva, the number of degrees of freedom of the considered mechanism with the number of petals "m":
m = 4 the number of links n = 9;
the number of bonds ΣP = 8 • 3 + 4 • 5 (8 spherical, i.e. three-degree hinges and 4 cylindrical, i.e. single-degree hinges);
the number of excess bonds q = 0;
the number of extra degrees of freedom r = 4 (rotation of 4 petals around their axes); formally, the number of degrees of freedom of the mechanism W = 9 • 6- (8 • 3 + 4 • 5-0) -4 = 6, and taking into
Увеличение количества лепестков каждый раз прибавляет 12 степеней свободы, 11 ограничений (связей) и одну лишнюю степень свободы, т.е. не меняет подвижность (число степеней свободы) механизма. Избыточные связи отсутствуют, т.к. устранение одного из лепестков увеличивало бы число степеней свободы механизма на число степеней свободы того звена, к которому был присоединен лепесток. An increase in the number of petals each time adds 12 degrees of freedom, 11 restrictions (connections) and one extra degree of freedom, i.e. does not change the mobility (number of degrees of freedom) of the mechanism. There are no redundant links because elimination of one of the petals would increase the number of degrees of freedom of the mechanism by the number of degrees of freedom of the link to which the petal was attached.
Заметим, что при формальной неопределенности траектории движения точек механизма при раздвижке, связанной с наличием двух его степеней свободы, есть основания признать кинематическую простоту раздвижки, т.к. она не требует дополнительных направляющих устройств или пантографов. В самом деле, одна из степеней свободы (осевое плоскопараллельное перемещение шпангоута) направлена вдоль другой (движение шпангоута по винтовой линии). Поэтому шпангоут двигается только вдоль оси вращения сопла, без перекосов. При этом все лепестки поворачиваются синхронно на один и тот же угол. Неопределимость системы заключается в том, что промежуточное положение шпангоута неодназначно определяет этот угол (в статике при данном промежуточном положении шпангоута лепестки могут отклоняться в обе стороны (но обязательно синхронно) вокруг некоторого угла). Это не влияет на работоспособность и надежность механизма, тем более, что его крайние положения (независимо от промежуточной траектории) являются однозначными (начальное - по условию закрепления стопорно-фиксирующими устройствами, конечное - с упором лепестков в шпангоуте обусловлено центробежными силами, возникающими при раздвижке, стремящимися прижать лепестки к шпангоуту, и газодинамическим прижатием при запуске двигателя). При желании можно свести к минимуму неопределенность траектории раздвижки, например, посредством подпружинивания шарниров (хотя бы части из них). Note that with formal uncertainty in the trajectory of the movement of the mechanism points during the sliding, associated with the presence of its two degrees of freedom, there is reason to recognize the kinematic simplicity of the sliding, because it does not require additional guiding devices or pantographs. In fact, one of the degrees of freedom (axial plane-parallel movement of the frame) is directed along the other (movement of the frame along a helix). Therefore, the frame moves only along the axis of rotation of the nozzle, without distortions. In this case, all the petals rotate synchronously at the same angle. The indeterminacy of the system lies in the fact that the intermediate position of the frame does not purposefully determine this angle (in statics, for this intermediate position of the frame, the petals can deviate in both directions (but always synchronously) around a certain angle). This does not affect the operability and reliability of the mechanism, especially since its extreme positions (regardless of the intermediate trajectory) are unambiguous (the initial - by the condition of fixing with locking-fixing devices, the final - with the emphasis of the petals in the frame due to centrifugal forces arising from the extension, tending to press the petals to the frame, and gas-dynamic pressing when starting the engine). If desired, it is possible to minimize the uncertainty of the sliding path, for example, by springing the hinges (at least some of them).
Указанное техническое решение неизвестно из патентной и технической литературы. The specified technical solution is unknown from the patent and technical literature.
Изобретение поясняется следующим графическим материалом:
На фиг.1 представлена схема лепесткового насадка, у которого лепестки со шпангоутом соединены только посредством цилиндрических шарниров (звенья условно отсутствуют, точнее, они жестко закреплены в шпангоуте).The invention is illustrated by the following graphic material:
Figure 1 presents a diagram of the petal nozzle, in which the petals with the frame are connected only by means of cylindrical hinges (the links are conditionally missing, more precisely, they are rigidly fixed in the frame).
На фиг.2 представлены графики зависимости длины l=f(φ) лепесткового насадка, изображенного на фиг.1, от угла разворота шпангоута φ;
На фиг. 3а, б,в,г представлены соответственно 2-, 3-, 4- и 5-стержневая модели механизма лепесткового насадка по фиг.1.Figure 2 presents graphs of the dependence of the length l = f (φ) of the petal nozzle shown in figure 1, from the angle of rotation of the frame φ;
In FIG. 3a, b, c, d show, respectively, 2-, 3-, 4- and 5-rod models of the mechanism of the petal nozzle of figure 1.
На фиг. 4а, б, в, представлены соответственно начальное (транспортное), промежуточное и конечное (рабочее) положение одного из лепестков соплового насадка при условии обратимого движения раздвижки (стационарная часть сопла вращается вокруг шпангоута);
На фиг.5 представлено геометрическое доказательство прямолинейного движения шпангоута.In FIG. 4a, b, c, respectively, the initial (transport), intermediate and final (working) position of one of the petals of the nozzle nozzle is provided, provided that the sliding movement is reversible (the stationary part of the nozzle rotates around the frame);
Figure 5 presents a geometric proof of the rectilinear movement of the frame.
Сопло с переменной степенью расширения содержит стационарную часть 1 (см. фиг. 4), с которой посредством сферических шарниров 2 (или карданов) соединены лепестки 3, соединенные на некотором расстоянии от среза сопла посредством сферических шарниров 4 (или карданов) со звеньями 5. Звенья 5 соединены со шпангоутом 6 посредством цилиндрических шарниров 7. Шпангоут 6 относительно стационарной части 1 сопла в транспортном положении (фиг.4а) соединен посредством какого-либо из известных стопорно-фиксирующих устройств (не показано). Приводом сопла могут являться микро-РДТТ, размещенные по касательной на шпангоуте 6 (не показаны). The nozzle with a variable degree of expansion contains a stationary part 1 (see Fig. 4), to which, through spherical joints 2 (or cardans),
Устройство работает следующим образом. По команде от системы управления происходит расфиксация стопорно-фиксирующих устройств и срабатывание микро-РДТТ, установленных на шпангоуте 6 (или срабатывание какого-либо другого из известных приводов раздвижки). В результате возникшего момента сил начинается раскрутка шпангоута 6 вокруг оси вращения с соответствующим разворачиванием гиперболоида в конус. Вращение шпангоута 6 приводит к тому, что на лепестки 3 и звенья 5 действуют центробежные силы. Действие центробежных сил, реакций в связях и подпружинивания шарниров (если такое имеется) приводит к стремлению лепестков 3 приблизиться к шпангоуту 6 вплоть до упора в него в крайнем (рабочем) положении насадка. Запуск двигателя после раздвижки насадка приводит к появлению газодинамических сил, фиксирующих насадок в рабочем положении. The device operates as follows. On command from the control system, the locking and locking devices are released and the micro-solid propellant rocket mounted on the frame 6 (or triggered by some other known sliding drive) is triggered. As a result of the moment of forces, the promotion of the
Технико-экономическая эффективность предлагаемого изобретения по сравнению с прототипом, в качестве которого выбрано "телескопическое сопло" по заявке Японии N 58-51148 от 15.11.83 заключается в упрощении конструкции сопла и повышении его надежности при максимальном сокращении габаритов в осевом и радиальном направлениях. The technical and economic efficiency of the invention in comparison with the prototype, which is selected as the "telescopic nozzle" according to Japanese application N 58-51148 of 11/15/83 consists in simplifying the design of the nozzle and increasing its reliability while minimizing the dimensions in the axial and radial directions.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU99105019/06A RU2198315C2 (en) | 1999-03-10 | 1999-03-10 | Nozzle with variable expansion ratio |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU99105019/06A RU2198315C2 (en) | 1999-03-10 | 1999-03-10 | Nozzle with variable expansion ratio |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU99105019A RU99105019A (en) | 2001-01-10 |
| RU2198315C2 true RU2198315C2 (en) | 2003-02-10 |
Family
ID=20217060
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU99105019/06A RU2198315C2 (en) | 1999-03-10 | 1999-03-10 | Nozzle with variable expansion ratio |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2198315C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2455517C1 (en) * | 2011-03-02 | 2012-07-10 | Открытое акционерное общество Научно-производственное объединение "Искра" | Nozzle of variable expansion degree |
-
1999
- 1999-03-10 RU RU99105019/06A patent/RU2198315C2/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ФАХРУТДИНОВ И.Х. и др. Конструкция и проектирование ракетных двигателей твердого топлива. - М.: Машиностроение, 1987, с.142, рис.6.14. ФАХРУТДИНОВ И.Х. и др. Конструкция и проектирование ракетных двигателей твердого топлива. - М.: Машиностроение, 1987, с.145, рис.6.20. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2455517C1 (en) * | 2011-03-02 | 2012-07-10 | Открытое акционерное общество Научно-производственное объединение "Искра" | Nozzle of variable expansion degree |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0557229B1 (en) | Thrust vectoring variable geometry exhaust nozzle for gas turbines | |
| US4349155A (en) | Unfoldable divergent nozzle for a rocket engine | |
| US4994660A (en) | Axisymmetric vectoring exhaust nozzle | |
| US9464594B2 (en) | Compact actuation system for flow nozzle | |
| US5050803A (en) | Actuation system for positioning a vectoring exhaust nozzle | |
| US5437411A (en) | Vectoring exhaust nozzle flap and seal positioning apparatus | |
| US2926491A (en) | Actuating means for variable nozzles | |
| CN106058415A (en) | Scissors type hexagonal-prism-shaped extensible unit and space extensible mechanism formed by the same | |
| US4676436A (en) | Rocket motor nozzle extension system | |
| US9739235B2 (en) | Thrust reverser for a turbofan engine | |
| CN106707496B (en) | A kind of deployable shade of quadrangle | |
| JP4070238B2 (en) | Extendable expandable tailpipe for propulsion device | |
| CA2122536C (en) | Orientable axisymmetric nozzle of variable geometry for gas turbine propulsors | |
| CN108871103A (en) | A kind of miniature missile folds the delay unfolding mechanism of rudder piece | |
| JPH10131805A (en) | Thrust inverting device of turbofan engine with obstacle connected to main cover | |
| RU2198315C2 (en) | Nozzle with variable expansion ratio | |
| US4052845A (en) | Variable ratio bypass gas turbine engine with flow diverter valve | |
| US4295611A (en) | Two-dimensional nozzle | |
| US5245823A (en) | External flap vectoring mechanism | |
| US8371324B1 (en) | Collapsible supersonic inlet centerbody | |
| US6360527B1 (en) | Axisymmetric, converging-diverging exhaust nozzle swiveled by a guided ring | |
| ES2224580T3 (en) | MECHANISM OF CONTROL OF THE OUTPUT AREA IN CONVERGENT-DIVERGENT TOWNS. | |
| RU2184260C2 (en) | Axisymmetric rotating supersonic reaction nozzle | |
| RU2729568C1 (en) | Sfre nozzle block | |
| US3534908A (en) | Variable geometry nozzle |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20050311 |