RU2657400C1 - Liquid rocket engine with a nozzle of carbon-carbon composite material (cccm) - Google Patents
Liquid rocket engine with a nozzle of carbon-carbon composite material (cccm) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2657400C1 RU2657400C1 RU2017124521A RU2017124521A RU2657400C1 RU 2657400 C1 RU2657400 C1 RU 2657400C1 RU 2017124521 A RU2017124521 A RU 2017124521A RU 2017124521 A RU2017124521 A RU 2017124521A RU 2657400 C1 RU2657400 C1 RU 2657400C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- nozzle
- carbon
- deflector
- composite material
- cooled
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02K—JET-PROPULSION PLANTS
- F02K9/00—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof
- F02K9/80—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof characterised by thrust or thrust vector control
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02K—JET-PROPULSION PLANTS
- F02K9/00—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof
- F02K9/80—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof characterised by thrust or thrust vector control
- F02K9/90—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof characterised by thrust or thrust vector control using deflectors
Abstract
Description
Изобретение относится к ракетным двигателям, в которых для управления вектором тяги в полете используются различные органы управления, расположенные у среза сопла или внутри его.The invention relates to rocket engines in which to control the thrust vector in flight, various controls are used located at the nozzle exit or inside it.
Известно, что на заре развития жидкостных ракетных двигателей (ЖРД) в немецкой ракете ФАУ-2 для управления вектором тяги использовались газовые рули, выполненные из графита и расположенные на срезе сопла. При повороте этих рулей вокруг оси с увеличением площади натекания создается боковое усилие. Развитие ракетной техники потребовало создание более надежных и эффективных органов управления вектором тяги.It is known that at the dawn of the development of liquid-propellant rocket engines (LRE) in the German FAU-2 rocket, gas rudders made of graphite and located at the nozzle exit were used to control the thrust vector. When these rudders rotate around the axis with increasing leakage area, a lateral force is created. The development of rocketry required the creation of more reliable and efficient thrust vector controls.
Известны газовые рули по патенту США №3251555 и по книге «Конструкция ракетных двигателей на твердом топливе» под общей редакцией Л.Н. Лаврова. - М.: Машиностроение, 1993, стр. 145, которые расположены в полости истекающей струи.Known gas rudders according to US patent No. 3251555 and from the book "Design of solid propellant rocket engines" edited by L.N. Lavrov. - M.: Mechanical Engineering, 1993, p. 145, which are located in the cavity of the expiring jet.
Недостатком является условие работы этих газовых рулей:The disadvantage is the working condition of these gas rudders:
- тепловые и эрозионные воздействия высокотемпературного газового потока в течение всего времени работы двигателя;- thermal and erosive effects of high-temperature gas flow during the entire time the engine is running;
- наличие механических нагрузок от сверхзвукового потока в течение всего времени работы двигателя.- the presence of mechanical loads from supersonic flow during the entire time the engine is running.
Известен газовый руль ракетного двигателя, содержащий перо, тарель с цилиндрическим выступом, вал, хвостовик которого с помощью кольцевой выточки через посредство разжимного кольца насажен на выступ тарели. В этой конструкции тарель и перо выполнены из разных деталей (патент РФ №2251013, F02K 9/80, 2003).Known gas steering wheel of a rocket engine containing a pen, a plate with a cylindrical protrusion, a shaft, the shank of which, with the help of an annular groove through a spacer ring, is mounted on the protrusion of the plate. In this design, the plate and pen are made of different parts (RF patent No. 2251013,
Недостатком данной конструкции является:The disadvantage of this design is:
- низкая надежность органов управления, так как они все время находятся в высокотемпературном газовом потоке, что приводит к их эрозии и быстрому выгоранию;- low reliability of the controls, since they are always in the high-temperature gas stream, which leads to their erosion and rapid burnout;
- нахождение газовых рулей все время в потоке сопровождается наличием их лобового сопротивления, что снижает удельные энергетические характеристики;- the presence of gas rudders all the time in the stream is accompanied by the presence of their drag, which reduces the specific energy characteristics;
- невозможность получения большой величины бокового управляющего усилия из-за небольшой рабочей поверхности органов управления;- the impossibility of obtaining a large amount of lateral control effort due to the small working surface of the controls;
- значительные усилия на рулевых органах;- significant effort on the steering organs;
- необходимость иметь на срезе сопла четыре газовых руля и четыре привода для их поворота в струю газа.- the need to have at the nozzle exit four gas rudders and four drives for turning them into a gas stream.
Известен жидкостный ракетный двигатель с дефлектором на срезе сопла, выбранный за прототип, содержащий камеру с охлаждаемой сверхзвуковой частью сопла, неохлаждаемый насадок из углерод-углеродного композиционного материала (УУКМ), рулевые агрегаты, раму и дефлектор из УУКМ, состоящий из двух частей соединенных между собой при помощи фланцевого соединения с уплотнением из терморасширенного графита.Known liquid rocket engine with a deflector at the nozzle exit, selected for the prototype, containing a chamber with a cooled supersonic part of the nozzle, uncooled nozzles made of carbon-carbon composite material (CCCM), steering units, a frame and a deflector made of CCCM, consisting of two parts interconnected by flange connection with thermally expanded graphite seal.
Внутренняя поверхность дефлектора имеет сферическую форму эквидистантную сферической поверхности неохлаждаемого насадка, а на наружной поверхности выполнены проушины для закрепления к рулевым агрегатам (патент РФ №2579294, F02K 9/80, 2015).The inner surface of the deflector has a spherical shape equidistant to the spherical surface of the uncooled nozzle, and the eyes are made on the outer surface for fastening to the steering units (RF patent No. 2579294,
Недостатком данной конструкции является:The disadvantage of this design is:
- увеличенная масса из-за необходимости выполнения сферической поверхности для установки дефлектора и расположения дефлектора на срезе сопла неохлаждаемого насадка;- increased mass due to the need to perform a spherical surface for installing the deflector and the location of the deflector on the nozzle exit of the uncooled nozzle;
- низкая эффективность управляющего усилия при расположении дефлектора на срезе сопла. При этом основная доля усилия реализуется за счет повышения давления на поверхности дефлектора, а в зоне сопла перед дефлектором повышение давления незначительное, что требует приложения большего усилия на рулевые агрегаты.- low efficiency of the control effort when the deflector is located on the nozzle exit. In this case, the bulk of the effort is realized by increasing the pressure on the surface of the deflector, and in the nozzle area in front of the deflector, the pressure increase is insignificant, which requires more effort on the steering units.
Предлагаемое изобретение устраняет указанные недостатки прототипа и решает техническую задачу снижения массы конструкции, повышения эффективности управляющего усилия и уменьшения усилия на рулевые агрегаты.The present invention eliminates these disadvantages of the prototype and solves the technical problem of reducing the mass of the structure, increasing the efficiency of the control effort and reducing the effort on the steering units.
Поставленная техническая задача решается тем, что в ЖРД, содержащем камеру с охлаждаемой сверхзвуковой частью сопла, неохлаждаемый насадок из углерод-углеродного композиционного материала, соединенных между собой с помощью разъемного соединения, рулевые агрегаты и раму, согласно изложению, на охлаждаемой части сопла и неохлаждаемом насадке выполнены бурты округлой формы и имеющие эквидистантные поверхности с графитовым покрытием, между которыми установлены, в двух взаимно перпендикулярно-расположенных плоскостях четыре дефлектора округлой формы из углерод-углеродного композиционного материала, внутренние и наружные поверхности которых идентичны по форме поверхностям буртов, с осью вращения, расположенной на оси охлаждаемой части сопла, и торцевой поверхностью дефлектора, являющейся продолжением профилированной поверхности сопла при их нахождении в исходном положении.The stated technical problem is solved in that in an LRE containing a chamber with a cooled supersonic part of the nozzle, uncooled nozzles made of carbon-carbon composite material interconnected by a detachable connection, steering units and a frame, according to the statement, on the cooled part of the nozzle and uncooled nozzle round shoulders are made and have equidistant surfaces with a graphite coating, between which four deflectors are installed in two mutually perpendicular planes round shape of carbon-carbon composite material, the inner and outer surfaces which are identical in shape turners surfaces, with an axis of rotation situated on the axis of the cooled portion of the nozzle and the end surface of the deflector, which is a continuation of the profiled surface of the nozzle when in a rest position.
Такое исполнение ЖРД позволяет реализовать следующие процессы:This performance of the rocket engine allows you to implement the following processes:
- когда не требуется боковое управляющее усилие, сектора дефлектора находятся в исходном положении, и обтекается газом только торцевая поверхность, находящаяся заподлицо с частью поверхности сопла;- when a lateral control force is not required, the deflector sectors are in the initial position and only the end surface flush with the gas is flush with the part of the nozzle surface;
- при необходимости получения бокового усилия в определенной плоскости подается команда на соответствующие рулевые агрегаты. Рулевым агрегатом сектор дефлектора погружается в газовый поток. Боковое управляющее усилие будет реализовываться из двух составляющих: усилия от распределения давления на поверхности дефлектора и усилия от повышения давления в зоне сопла перед дефлектором.- if it is necessary to obtain lateral force in a certain plane, a command is sent to the corresponding steering units. The steering unit of the deflector sector is immersed in the gas stream. Lateral control effort will be realized from two components: efforts from pressure distribution on the deflector surface and efforts from pressure increase in the nozzle area in front of the deflector.
При расположении дефлектора между охлаждаемой сверхзвуковой частью сопла и неохлаждаемым насадком из УУКМ доля усилия от повышения давления в зоне сопла перед дефлектором будет существенно выше, чем если дефлектор расположить на срезе сопла неохлаждаемого насадка. Кроме того, повышенное давление на поверхности дефлектора позволяет погрузить его в газовый поток на меньший угол, что уменьшает расстояние приложения суммарного управляющего усилия и тем самым снижает управляющее усилие в рулевых агрегатах.When the deflector is located between the cooled supersonic part of the nozzle and the uncooled nozzle from the CCM, the proportion of the force from increasing the pressure in the nozzle zone in front of the deflector will be significantly higher than if the deflector is placed on the nozzle exit of the uncooled nozzle. In addition, the increased pressure on the surface of the deflector allows you to immerse it in the gas stream at a smaller angle, which reduces the distance of application of the total control force and thereby reduces the control force in the steering units.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется схемами, показанными на фиг. 1, 2, 3, 4, 5.The essence of the invention is illustrated by the circuits shown in FIG. 1, 2, 3, 4, 5.
ЖРД (фиг. 1) содержит камеру с охлаждаемой частью сопла 1, округлый бурт на сопле 2, округлый бурт 3 на насадке 4, дефлектор 5, расположенный между эквидистантными поверхностями буртов с графитовым покрытием данных поверхностей, проушины (кронштейны) 6, рулевые агрегаты 7, раму двигателя 8.The liquid propellant rocket engine (Fig. 1) contains a chamber with a cooled part of the nozzle 1, a round collar on the
На фиг. 2 показано место соединения камеры с охлаждаемой частью сопла 1 с неохлаждаемым насадком 4 при помощи болтового соединения 9.In FIG. 2 shows the connection between the chamber and the cooled part of the nozzle 1 with the uncooled nozzle 4 by means of a bolted
На фиг. 3 показано расположение четырех дефлекторов 5 в двух взаимно перпендикулярно-расположенных плоскостях относительно камеры с охлаждаемой частью сопла 1.In FIG. 3 shows the location of four
На фиг. 4 показана физическая картина получения бокового усилия. При погружении дефлектора 5 в газовую струю за скачком уплотнения А на поверхности охлаждаемой части сопла камеры 1, прилегающей к дефлектору 5, образуется зона с повышенным давлением Pi. При этом на поверхность дефлектора 5 действует давление Рг.In FIG. 4 shows a physical picture of lateral force production. When the
На фиг. 5 показана зона Б с повышенным давлением перед дефлектором 5.In FIG. 5 shows a zone B with increased pressure in front of the
ЖРД с органами управления вектором тяги (дефлектором) работает следующим образом.LRE with thrust vector controls (deflector) works as follows.
По команде от системы управления РН подается сигнал на соответствующие рулевые агрегаты 7, которые через проушину 6 поворачивают дефлектор 5 вокруг оси охлаждаемой части сопла камеры 1. Соответствующий дефлектор 5 погружается в струю газа, истекающую из сопла камеры 1. В результате погружения дефлектора 5 в газовую струю на поверхности дефлектора и сопловой части, примыкающей к дефлектору, повышается статическое давление, которое существенно выше давления на противоположной части сопла, в результате создается боковое управляющее усилие.On command from the control system of the PH, a signal is sent to the corresponding steering units 7, which through the
Таким образом, использование дефлектора из УУКМ, расположенного между охлаждаемой сверхзвуковой частью сопла и неохлаждаемым насадком из УУКМ, позволяет получить увеличенное управляющие усилие, уменьшить потери в осевой тяге при получении бокового усилия, уменьшить усилие на рулевые агрегаты и уменьшить массу конструкции за счет изменения расположения дефлектора относительно неохлаждаемого насадка.Thus, the use of a CCM deflector located between the cooled supersonic part of the nozzle and the uncooled CCM nozzle makes it possible to obtain an increased control force, reduce axial thrust losses when receiving lateral force, reduce the force on the steering units and reduce the weight of the structure by changing the location of the deflector relatively uncooled nozzle.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017124521A RU2657400C1 (en) | 2017-07-10 | 2017-07-10 | Liquid rocket engine with a nozzle of carbon-carbon composite material (cccm) |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017124521A RU2657400C1 (en) | 2017-07-10 | 2017-07-10 | Liquid rocket engine with a nozzle of carbon-carbon composite material (cccm) |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2657400C1 true RU2657400C1 (en) | 2018-06-13 |
Family
ID=62620434
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017124521A RU2657400C1 (en) | 2017-07-10 | 2017-07-10 | Liquid rocket engine with a nozzle of carbon-carbon composite material (cccm) |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2657400C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2686367C1 (en) * | 2018-08-08 | 2019-04-25 | Акционерное общество "Конструкторское бюро химавтоматики" | Liquid-propellant rocket engine with deflector inside nozzle |
RU2774753C1 (en) * | 2022-02-01 | 2022-06-22 | Акционерное общество "Конструкторское бюро химавтоматики" | Lps chamber with supersonic nozzle from aluminum alloy |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3743184A (en) * | 1972-07-07 | 1973-07-03 | Us Navy | Cylindrical throat nozzle with movable sonic blades for obtaining dual area throat and thrust vector control |
US4589594A (en) * | 1983-05-13 | 1986-05-20 | Messerschmitt-Boelkow-Blohm Gesellschaft Mit Beschraenkter Haftung | Thrust nozzle system |
US4957249A (en) * | 1988-04-07 | 1990-09-18 | Messerschmitt-Boelkow-Blohm Gmbh | Thrust vector control flap with a merging convex, concave inner contour, for jet aircraft and method for operating the same |
RU2527798C2 (en) * | 2012-11-28 | 2014-09-10 | Михаил Никитович Алексенко | Jet engine thrust vector control device |
RU2579294C1 (en) * | 2015-06-16 | 2016-04-10 | Акционерное общество "Конструкторское бюро химавтоматики" | Liquid rocket engine with baffle at nozzle section |
-
2017
- 2017-07-10 RU RU2017124521A patent/RU2657400C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3743184A (en) * | 1972-07-07 | 1973-07-03 | Us Navy | Cylindrical throat nozzle with movable sonic blades for obtaining dual area throat and thrust vector control |
US4589594A (en) * | 1983-05-13 | 1986-05-20 | Messerschmitt-Boelkow-Blohm Gesellschaft Mit Beschraenkter Haftung | Thrust nozzle system |
US4957249A (en) * | 1988-04-07 | 1990-09-18 | Messerschmitt-Boelkow-Blohm Gmbh | Thrust vector control flap with a merging convex, concave inner contour, for jet aircraft and method for operating the same |
RU2527798C2 (en) * | 2012-11-28 | 2014-09-10 | Михаил Никитович Алексенко | Jet engine thrust vector control device |
RU2579294C1 (en) * | 2015-06-16 | 2016-04-10 | Акционерное общество "Конструкторское бюро химавтоматики" | Liquid rocket engine with baffle at nozzle section |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2686367C1 (en) * | 2018-08-08 | 2019-04-25 | Акционерное общество "Конструкторское бюро химавтоматики" | Liquid-propellant rocket engine with deflector inside nozzle |
RU2774753C1 (en) * | 2022-02-01 | 2022-06-22 | Акционерное общество "Конструкторское бюро химавтоматики" | Lps chamber with supersonic nozzle from aluminum alloy |
RU2793869C1 (en) * | 2022-04-27 | 2023-04-07 | Акционерное общество "Конструкторское бюро химавтоматики" | Chamber of a liquid processor engine (lpe) with a uncooled nozzle |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5351888A (en) | Multi-axis vectorable exhaust nozzle | |
US8015794B2 (en) | Variable area flow duct employing secondary flows, and method therefor | |
US3726480A (en) | Thrust vectoring control system for rocket nozzles | |
RU2579294C1 (en) | Liquid rocket engine with baffle at nozzle section | |
US3806064A (en) | Missile configurations, controls and utilization techniques | |
US3142153A (en) | Solid propellant rocket thrust vectoring system | |
JP5016052B2 (en) | Pintle control propulsion system with external dynamic seal | |
CN112431694B (en) | Expandable spray pipe using flexible material and external truss structure | |
US3270505A (en) | Control system for rocket vehicles | |
Herman et al. | Performance of plug-type rocket exhaust nozzles | |
US3192714A (en) | Variable thrust rocket engine incorporating thrust vector control | |
JP7046104B2 (en) | Flight vehicle air engine with isolator with bulge | |
US3151446A (en) | Propulsion devices | |
RU2657400C1 (en) | Liquid rocket engine with a nozzle of carbon-carbon composite material (cccm) | |
JP2010523866A (en) | Pintle control propulsion system with external ring actuator | |
US2753684A (en) | Thrust reversal and variable orifice for jet engines | |
US3144751A (en) | Hybrid rocket | |
RU2673032C2 (en) | Combustion gas discharge nozzle for rocket engine, rocket engine with such nozzle and aircraft with said engine | |
US2986002A (en) | Leaky-type exhaust nozzle for jet propulsion devices | |
US3210937A (en) | Thrust control apparatus | |
US3534908A (en) | Variable geometry nozzle | |
KR20150094606A (en) | Combined steering and drag-reduction device | |
US3069852A (en) | Thrust vectoring apparatus | |
US3048010A (en) | Swiveling nozzle for solid rocket | |
RU2686367C1 (en) | Liquid-propellant rocket engine with deflector inside nozzle |