RU2791932C1 - Nozzle - Google Patents

Nozzle Download PDF

Info

Publication number
RU2791932C1
RU2791932C1 RU2022116062A RU2022116062A RU2791932C1 RU 2791932 C1 RU2791932 C1 RU 2791932C1 RU 2022116062 A RU2022116062 A RU 2022116062A RU 2022116062 A RU2022116062 A RU 2022116062A RU 2791932 C1 RU2791932 C1 RU 2791932C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
nozzle
injection
working fluid
oval
control
Prior art date
Application number
RU2022116062A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Игорь Евгеньевич Новиков
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Балтийский государственный технический университет "ВОЕНМЕХ" им. Д.Ф.Устинова
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Балтийский государственный технический университет "ВОЕНМЕХ" им. Д.Ф.Устинова filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Балтийский государственный технический университет "ВОЕНМЕХ" им. Д.Ф.Устинова
Application granted granted Critical
Publication of RU2791932C1 publication Critical patent/RU2791932C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: aviation and rocket technology.
SUBSTANCE: invention relates in particular to systems for controlling the thrust vector of an aircraft engine by injecting a working fluid into the supersonic part of a nozzle containing a rocket nozzle and injection controls. The nozzle contains 4 injection controls, each of which is a valve, through the openings of which the working fluid is fed into the nozzle, which has an oval cross-sectional shape of its supersonic part. The valve openings are located with their axes perpendicular to the tangents to the oval formed by the intersection of the inner surface of the nozzle and the injection plane of the working fluid, and their axes form a certain angle with the major semi-axis of this oval in projection onto this plane at a set angle γ from 30 to 60°.
EFFECT: invention provides control of the thrust vector of a jet engine in pitch, yaw and roll, using a single control system, makes it possible to increase reliability by simplifying the design, reducing structural elements and increasing efficiency by reducing dynamic gas losses during injection of the working fluid.
4 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к авиационно-ракетной технике, в частности к системам управления вектором тяги (УВТ) двигателя летательного аппарата (ЛА).The invention relates to aviation and rocket technology, in particular to thrust vector control systems (UVT) of an aircraft engine (LA).

Известен способ управления вектором тяги двигателя путем вдува газа или впрыска жидкости в сверхзвуковую часть сопла. Принцип создания управляющих усилий, следующий: при несимметричном вдуве газа в сверхзвуковую часть сопла, возникает боковая сила, имеющая две составляющие - реактивная сила вторичной струи и сила, образующаяся за счет перераспределения давления на стенке сопла в зоне возмущения, причиной которого является взаимодействие основного и вторичного потоков. В месте вдува вторичный газ образует струйное препятствие, в результате происходит отрыв пограничного слоя с образованием в газовом потоке сложной системы скачков уплотненияA known method of controlling the engine thrust vector by blowing gas or liquid injection into the supersonic part of the nozzle. The principle of creating control forces is as follows: with an asymmetric gas injection into the supersonic part of the nozzle, a lateral force arises that has two components - the reactive force of the secondary jet and the force generated due to the redistribution of pressure on the nozzle wall in the perturbation zone, the cause of which is the interaction of the main and secondary streams. At the point of injection, the secondary gas forms a jet obstacle, as a result, the boundary layer is separated and a complex system of shock waves is formed in the gas flow.

Такое техническое решение реализовано в системах УВТ для двигателей на твердом топливе. Известны системы управления вектором тяги с вдувом газа в сверхзвуковую часть сопла (патенты США №3426972, 11.02.1969, №3296799, 10.01.1967), содержащие клапаны вдува, трубопроводы для подачи газа, источники газа. При этом система управления вектором тяги обеспечивает управление только по каналам тангажа и рыскания.This technical solution is implemented in UHT systems for solid fuel engines. Known thrust vector control systems with blowing gas into the supersonic part of the nozzle (US patents No. 3426972, 11.02.1969, No. 3296799, 10.01.1967), containing injection valves, pipelines for gas supply, gas sources. In this case, the thrust vector control system provides control only through the pitch and yaw channels.

Также существует система управления вектором тяги жидкостного ракетного двигателя (ЖРД), обеспечивающая управление по крену при вдуве газа в сверхзвуковую часть сопла (патент США №3229461, 18.01.1966), содержащая коллектор, сопла вдува, трубопроводы подачи газа, клапаны вдува, клапаны подачи газа и систему управления их работой. При этом вдув газа осуществляется через сопла, имеющие одну наклонную и одну прямую стенки, такая геометрия создает нецентральную тягу, которая в сочетании с косым срезом, возникающим в зоне пересечения сопла вдува с внутренней поверхностью сопла двигателя и поперечной струей, прижимающей поток к насадку, создает момент сил относительно оси сопла, то есть обеспечивает управление по крену. Клапаны подачи газа обеспечивают дискретный режим работы управляющих сопел.There is also a system for controlling the thrust vector of a liquid-propellant rocket engine (LRE), which provides roll control when gas is blown into the supersonic part of the nozzle (US patent No. gas and control system for their work. At the same time, gas is injected through nozzles having one inclined and one straight wall, such geometry creates an off-center thrust, which, in combination with an oblique cut that occurs in the zone of intersection of the injection nozzle with the inner surface of the engine nozzle and the transverse jet pressing the flow against the nozzle, creates the moment of forces relative to the axis of the nozzle, that is, it provides roll control. Gas supply valves provide a discrete mode of operation of the control nozzles.

Основной недостаток в данном техническом решении - это невозможность управления по каналам тангажа и рыскания.The main disadvantage of this technical solution is the inability to control the pitch and yaw channels.

Наиболее близким аналогом к предлагаемому изобретению является система управления вектором тяги жидкостного ракетного двигателя, обеспечивающая управление по крену, тангажу и рысканию при вдуве газа в сверхзвуковую часть сопла (патент RU 2594844 С1, МПК F02K 9/82), состоящая из коллектора, трубопроводов и газодинамических органов управления. Система содержит 8 газодинамических органов управления, каждый из которых представляет собой клапан, через который подается газ в сопло. При этом клапаны располагаются парами равномерно на наружной поверхности сверхзвуковой части сопла в плоскости инжекции газа, перпендикулярной продольной оси сопла. Клапаны в двух парах симметричны плоскости тангажа, а в двух других парах -плоскости рыскания. Причем для исключения взаимного влияния возмущений при вдуве оси клапанов в каждой паре пересекаются под углом 40°÷60°, а точка их пересечения находится на расстоянии 1/3R…2/3R от центра окружности, образованной пересечением внутренней поверхности сопла с плоскостью инжекции газа, где R - радиус этой окружности.The closest analogue to the proposed invention is a thrust vector control system for a liquid rocket engine that provides roll, pitch and yaw control when gas is blown into the supersonic part of the nozzle (patent RU 2594844 C1, IPC F02K 9/82), consisting of a manifold, pipelines and gas-dynamic governing bodies. The system contains 8 gas-dynamic controls, each of which is a valve through which gas is supplied to the nozzle. In this case, the valves are arranged in pairs evenly on the outer surface of the supersonic part of the nozzle in the plane of gas injection, perpendicular to the longitudinal axis of the nozzle. The valves in two pairs are symmetrical to the pitch plane, and in the other two pairs, to the yaw plane. Moreover, to exclude the mutual influence of disturbances during injection, the valve axes in each pair intersect at an angle of 40°÷60°, and the point of their intersection is at a distance of 1/3R…2/3R from the center of the circle formed by the intersection of the inner surface of the nozzle with the gas injection plane, where R is the radius of this circle.

Основными недостатками данного технического решения являются большое количество газодинамических органов управления и вдув под углом к перпендикуляру касательной к окружности в плоскости вдува. 8 газодинамических органов управления приводит увеличению массы конструкции относительно использования 4-х, а также увеличение количества элементов повышает сложность конструкции и снижает надежность. Вдув под углом, т.е. с тангенциальной составляющей, приводит к неравномерности параметров зоны возмущения, связанными с этим газодинамическими потерями и к увеличению расхода вдуваемого газа для достижения того же управляющего усилия, что при перпендикулярном вдуве. Также недостатком является невозможность применения данной системы в ракетных двигателях других типов.The main disadvantages of this technical solution are a large number of gas-dynamic controls and blowing at an angle to the perpendicular of the tangent to the circle in the blowing plane. 8 gas-dynamic controls leads to an increase in the mass of the structure relative to the use of 4, as well as an increase in the number of elements increases the complexity of the design and reduces reliability. Blowing at an angle, i.e. with a tangential component, leads to non-uniformity of the parameters of the perturbation zone, associated with this gas-dynamic losses and to an increase in the flow rate of the blown gas to achieve the same control force as with a perpendicular injection. Another disadvantage is the impossibility of using this system in rocket engines of other types.

Технической задачей, вытекающей из критики аналогов, является увеличение надежности и уменьшение потерь на управляющие усилия и момент при инжекции рабочего тела в сверхзвуковую часть сопла.The technical task arising from the criticism of analogues is to increase reliability and reduce losses for control forces and torque during the injection of the working fluid into the supersonic part of the nozzle.

Для решения задачи и обеспечения технического результата предложено сопло, состоящее из сопла и инжекционных органов управления. Данное сопло имеет овальную форму поперечного сечения его сверхзвуковой части, соотношение а/b от 1,001 до 3, где а - длина большой полуоси, b - длина малой полуоси овала, образованного пересечением внутренней поверхностью сопла и плоскостью среза сопла, содержит 4 инжекционных органа управления, отверстия клапанов расположены своими осями перпендикулярно к касательным к овалу, образованного пересечением внутренней поверхности сопла и плоскостью инжекции рабочего тела, и своими осями образующие с большой полуосью этого овала в проекции на данную плоскость угол γ от 30° до 60°.To solve the problem and ensure the technical result, a nozzle is proposed, consisting of a nozzle and injection controls. This nozzle has an oval cross-sectional shape of its supersonic part, the ratio a/b is from 1.001 to 3, where a is the length of the major semi-axis, b is the length of the minor semi-axis of the oval formed by the intersection of the inner surface of the nozzle and the nozzle cut plane, contains 4 injection controls, valve openings are located with their axes perpendicular to the tangents to the oval formed by the intersection of the inner surface of the nozzle and the plane of injection of the working fluid, and with their axes forming with the major semi-axis of this oval in the projection on this plane an angle γ from 30° to 60°.

Угол γ в сопле может быть равен строго 45°.The angle γ in the nozzle can be exactly 45°.

Соотношение среза сопла а/b, для уменьшения газодинамических потерь, может принимать значения от 1,001 до 1,2.The ratio of the nozzle cut a / b, to reduce gas-dynamic losses, can take values from 1.001 to 1.2.

Форма поперечного сечения сверхзвуковой части сопла может выполняться в форме эллипса.The cross-sectional shape of the supersonic part of the nozzle can be in the form of an ellipse.

Овальная форма поперечного сечения сопла позволяет создать плечо между вектором управляющей силы, создаваемой инжекцией рабочего тела, и осью сопла что приводит к появлению момента. В сравнении с потребными управляющими усилиями по рысканию и тангажу ЛА потребный управляющий момент невелик, учитывая что силы и момент создаются инжекцией через одни и те же отверстия и при помощи одних и тех же устройств, для создания необходимого момента, плечо между осью сопла и вектором управляющей силы должно так же быть небольшим, и, следовательно, отношение осей овала поперечного сечения а/b достаточно мало (менее 1, 2), что приводит к весьма незначительным потерям тяги из-за неравномерности потока по срезу сопла.The oval cross-sectional shape of the nozzle makes it possible to create a shoulder between the vector of the control force generated by the injection of the working fluid and the axis of the nozzle, which leads to the appearance of a moment. In comparison with the required control forces for the yaw and pitch of the aircraft, the required control moment is small, given that the forces and moment are created by injection through the same holes and using the same devices, to create the necessary moment, the shoulder between the axis of the nozzle and the control vector forces should also be small, and, consequently, the ratio of the axes of the cross-sectional oval a/b is quite small (less than 1, 2), which leads to very small thrust losses due to uneven flow along the nozzle exit.

Инжекция рабочего тела происходит перпендикулярно стенке сопла т.е. без тангенциальной составляющей, что позволяет уменьшить газодинамические потери и массовый расход, необходимый для создания управляющего усилия, тем самым повышая эффективность системы управления.The injection of the working fluid occurs perpendicular to the nozzle wall, i.e. without a tangential component, which allows to reduce gas-dynamic losses and mass flow required to generate a control force, thereby increasing the efficiency of the control system.

Технический результат, достигаемый в результате реализации изобретения -это увеличение надежности за счет упрощения конструкции, уменьшения элементов конструкции и повышение эффективности за счет уменьшения газодинамических потерь при инжекции рабочего тела.The technical result achieved as a result of the invention is an increase in reliability by simplifying the design, reducing structural elements and increasing efficiency by reducing gas-dynamic losses during the injection of the working fluid.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами:The present invention is illustrated by drawings:

Фиг. 1. Сопло вид сбоку;Fig. 1. Nozzle side view;

Фиг. 2. Сопло вид спереди;Fig. 2. Nozzle front view;

Фиг. 3. Сечение сопла А-А по месту расположения отверстий инжекции рабочего тела.Fig. Fig. 3. Section of the nozzle A-A at the location of the injection holes of the working fluid.

На фиг. 1, 2, 3 обозначены: Сопло 1, критическое сечение сопла 2, срез сопла 3, отверстия клапанов 4, 5, 6, 7, через которые подается рабочее тело, возмущенная зона 8.In FIG. 1, 2, 3 are marked: Nozzle 1, nozzle throat 2, nozzle exit 3, valve openings 4, 5, 6, 7 through which the working fluid is supplied, perturbed zone 8.

Сопло Новикова осуществляет управление вектором тяги реактивного двигателя по трем необходимым углам за счет повышения давления на боковой поверхности сопла 1 в зоне 8 (см. фиг. 3) и возникновении реактивной силы вторичной струи путем поперечной инжекции рабочего тела в его сверхзвуковую часть. Сечение сверхзвуковой части сопла 1 имеет овальную форму и определенное расположение отверстий клапанов 4, 5, 6 и 7 позволяет управлять тягой в двух перпендикулярных направлениях и создавать момент М вокруг оси сопла 1.The Novikov nozzle controls the thrust vector of the jet engine at three required angles by increasing the pressure on the side surface of the nozzle 1 in zone 8 (see Fig. 3) and generating the reactive force of the secondary jet by transverse injection of the working fluid into its supersonic part. The cross section of the supersonic part of the nozzle 1 has an oval shape and a certain arrangement of the openings of the valves 4, 5, 6 and 7 allows you to control the thrust in two perpendicular directions and create a moment M around the axis of the nozzle 1.

Отношение длин полуосей овала среза сопла 3 а/b (см. фиг. 2) рассчитывается исходя из соотношения потребных управляющих усилий по рысканию и тангажу и потребного момента по крену. Если выполнить форму поперечного сечения сопла 1 в виде эллипса, который является частным случаем овала, и принять угол γ=45°, то геометрические параметры среза сопла 3 можно найти из следующей системы уравнений:The ratio of the lengths of the semi-axes of the oval of the nozzle exit 3 a/b (see Fig. 2) is calculated based on the ratio of the required control efforts for yaw and pitch and the required roll moment. If you make the cross-sectional shape of the nozzle 1 in the form of an ellipse, which is a special case of an oval, and take the angle γ=45°, then the geometrical parameters of the nozzle exit 3 can be found from the following system of equations:

Figure 00000001
Figure 00000001

где Р - проекция силы на плоскость поперечного сечения, создаваемой инжекцией рабочего тела через одно отверстие; Рт -управляющее усилие по тангажу; l - расчетное плечо, необходимое для создания момента; k(1…, 5) -коэффициент учитывающий перераспределение давления по стенке сопла 1 в поперечном сечении из-за овальности поперечного сечения сопла 1 и уменьшение плеча из-за удаления плоскости инжекции от среза сопла 3; М - потребный момент; х,у - координаты пересечения плоскостью, в которой лежат оси отверстий инжекции и параллельной оси сопла, среза сопла; а,b - длины полуосей овала; Fa- площадь среза сопла.where P is the projection of the force on the plane of the cross section, created by the injection of the working fluid through one hole; P t - control effort in pitch; l - calculated leverage required to create a moment; k(1…, 5) - coefficient taking into account the redistribution of pressure along the wall of the nozzle 1 in the cross section due to the ovality of the cross section of the nozzle 1 and the reduction of the shoulder due to the removal of the injection plane from the nozzle exit 3; M - required moment; x, y are the coordinates of the intersection of the plane in which the axes of the injection holes lie and parallel to the axis of the nozzle, the nozzle exit; a, b - the length of the semi-axes of the oval; F a - area of the nozzle cut.

Овальная форма поперечного сечения сверхзвуковой части сопла 1 и расположение отверстий клапанов 4-7 в проекции на плоскость этого сечения под определенным углом γ к большой полуоси овала и перпендикулярно к касательным к овалу создает плечо l между вектором силы, полученной за счет поперечной инжекции рабочего тела в закритическую часть сопла 1, и осью сопла 1, что в итоге приводит возникновению момента М, позволяющего управлять ЛА по углу крена (см. фиг. 3).The oval shape of the cross section of the supersonic part of the nozzle 1 and the location of the openings of the valves 4-7 in the projection on the plane of this section at a certain angle γ to the major semi-axis of the oval and perpendicular to the tangents to the oval creates a shoulder l between the force vector obtained due to the transverse injection of the working fluid into supercritical part of the nozzle 1, and the axis of the nozzle 1, which ultimately leads to the emergence of the moment M, which allows you to control the aircraft by the angle of roll (see Fig. 3).

Использование сопла 1 возможно при большом диапазоне значений соотношения а/b, обеспечивая необходимые управляющие усилия и моменты для управления по тангажу, рысканию и крену. Однако при больших значениях данного соотношения повышаются потери тяги из-за овальности поперечного сечения сопла 1. Распределение давлений по стенке сопла 1 в поперечном сечении приобретает заметный градиент, в зоне большой полуоси овала давление выше, чем в зоне малой полуоси, что помимо газодинамических потерь на тягу приводит к усложнению и утяжелению конструкции сопла 1 для обеспечения его жесткости. Аналогичная картина распределения и у температуры, что накладывает дополнительные требования к теплозащитному покрытию. Поэтому сопло наиболее эффективно при соотношении а/b менее 1,2.The use of nozzle 1 is possible with a wide range of values of the ratio a/b, providing the necessary control forces and moments for pitch, yaw and roll control. However, at large values of this ratio, thrust losses increase due to the ovality of the cross section of the nozzle 1. The pressure distribution along the wall of the nozzle 1 in the cross section acquires a noticeable gradient, in the area of the major semi-axis of the oval, the pressure is higher than in the area of the minor semi-axis, which, in addition to gas-dynamic losses on thrust leads to the complication and weighting of the design of the nozzle 1 to ensure its rigidity. The distribution pattern is similar for temperature, which imposes additional requirements on the heat-shielding coating. Therefore, the nozzle is most effective when the a/b ratio is less than 1.2.

При больших значениях площади среза сопла 3 и достаточно больших управляющих усилиях по рысканию и тангажу, при том, что потребные управляющие моменты по крену малы, величина соотношения а/b стремится к 1, вплоть до значения 1,001.At large values of the nozzle exit area 3 and sufficiently large yaw and pitch control forces, despite the fact that the required roll control torques are small, the ratio a/b tends to 1, up to a value of 1.001.

Угол γ может варьироваться из соотношения потребных управляющих усилий по рысканию и тангажу. Также при увеличении отношения а/b овала, для получения максимального плеча l управляющего момента по крену, угол γ между большей полуосью овала и проекцией осей отверстий клапанов 4-7 будет увеличиваться. Однако для обеспечения достаточно близких управляющих усилий по рысканию и тангажу и учитывая то, что при инжекции рабочего тела фактически угол между вектором созданной силы Р и большей полуосью овала будет немного больше чем между проекцией оси отверстий клапанов 4-7 и этой полуосью, смещение происходит за счет повышенного давления у стенки сопла 1 в области большой полуоси. Поэтому, при малом отношении а/b (менее 1, 2), удобным для расчетов и выгодным для обеспечения управления вектором тяги по трем каналам угол γ принимается равным 45°.The angle γ can vary from the ratio of the required control efforts for yaw and pitch. Also, with an increase in the ratio a/b of the oval, in order to obtain the maximum arm l of the control moment in roll, the angle γ between the major semi-axis of the oval and the projection of the axes of the valve openings 4-7 will increase. However, in order to ensure sufficiently close control forces for yaw and pitch, and taking into account the fact that during the injection of the working fluid, the angle between the vector of the created force P and the major semi-axis of the oval will actually be slightly larger than between the projection of the axis of the valve holes 4-7 and this semi-axis, the displacement occurs beyond due to the increased pressure at the wall of the nozzle 1 in the area of the major semiaxis. Therefore, with a small ratio a/b (less than 1, 2), which is convenient for calculations and beneficial for providing thrust vector control in three channels, the angle γ is assumed to be 45°.

Обеспечение управления по трем каналам возможно при использовании любой разновидности овала, как формы сечения сверхзвуковой части сопла 1, однако наиболее подходящим для расчетов и обеспечивающий равномерное изменение кривизны, что исключает резкие скачки газодинамических параметров потока по стенке сопла в поперечном сечении, является эллипс.Ensuring control over three channels is possible when using any kind of oval as a sectional shape of the supersonic part of nozzle 1, however, the most suitable for calculations and providing a uniform change in curvature, which eliminates sharp jumps in gas-dynamic flow parameters along the nozzle wall in cross section, is an ellipse.

Критическое сечение сопла 1 остается осесимметричным, для стабильной работы двигателя и равномерности характеристик потока относительно оси сопла 1 в критическом сечении сопла 2. Приобретение формы овала в поперечном сечении сопла 1 по мере отдаления от критического сечения сопла 2 происходит постепенно, конечное отношение полуосей а/b сечения начинает выполнятся к месту отрыва потока во время инжекции и сохраняется до среза сопла 3, это необходимо для стабильности и рассчетности управляющей силы и момента.The critical section of the nozzle 1 remains axisymmetric, for stable operation of the engine and the uniformity of the flow characteristics relative to the axis of the nozzle 1 in the critical section of the nozzle 2. The acquisition of an oval shape in the cross section of the nozzle 1 as it moves away from the critical section of the nozzle 2 occurs gradually, the final ratio of the semiaxes a / b The cross section begins to be performed to the place of flow separation during injection and is maintained until the nozzle exit 3, this is necessary for the stability and calculation of the control force and moment.

Алгоритм работы сопла Новикова реализуется соответствующим порядком инжекции рабочего тела через отверстия клапанов 4-7. Для создания управляющего усилия по тангажу при расположении отверстий клапанов 4-7 под углом γ ≈ 45° (см. фиг. 3) инжекция происходит сразу через два клапана, например, инжекция одновременно через отверстия клапанов 4 и 5 приводит к возникновению управляющей силы, направленной вверх. Для создания усилия по рысканию инжекция производится аналогичным образом, например, инжекция одновременно через отверстия клапанов 5 и 6 создает управляющую силу, направленную вправо. Для создания управляющего момента вокруг оси сопла инжекция рабочего тела производится через противоположные клапаны, например, инжекция через отверстия клапанов 5 и 7 (см фиг. 3) создаст управляющий момент направленный против часовой стрелки. Также возможны варианты инжекции рабочего тела через 1 или 3 клапана. Такая инжекция приведет к тому, что управление будет осуществляться одновременно по трем каналам, например, при инжекции через отверстия клапана 4 появится управляющее усилие по каналу тангажа, направленное вверх, по каналу рыскания направленное влево и по каналу крена, направленное по часовой стрелке. Использование подобного алгоритма работы позволяет управлять в некоторых случаях не последовательно по трем каналам, а одновременно, что сократит расход рабочего тела и повысит эффективность, однако это усложняет модель управления и требует повышения вычислительной мощности приборов управления.The operation algorithm of the Novikov nozzle is implemented by the appropriate order of injection of the working fluid through the openings of the valves 4-7. To create a control force in pitch, when valve holes 4–7 are located at an angle γ ≈ 45° (see Fig. 3), injection occurs immediately through two valves, for example, injection simultaneously through valve holes 4 and 5 leads to the appearance of a control force directed up. To create a yaw force, the injection is carried out in a similar way, for example, injection simultaneously through the openings of the valves 5 and 6 creates a control force directed to the right. To create a control moment around the axis of the nozzle, the injection of the working fluid is carried out through opposite valves, for example, injection through the openings of valves 5 and 7 (see Fig. 3) will create a counterclockwise control moment. It is also possible to inject the working fluid through 1 or 3 valves. Such an injection will lead to the fact that control will be carried out simultaneously through three channels, for example, when injected through valve holes 4, a control force will appear along the pitch channel, directed upwards, along the yaw channel, directed to the left, and along the roll channel, directed clockwise. The use of such an operation algorithm makes it possible to control in some cases not sequentially through three channels, but simultaneously, which will reduce the consumption of the working fluid and increase efficiency, however, this complicates the control model and requires an increase in the computing power of the control devices.

Таким образом данное техническое решение позволяет увеличить надежность за счет упрощения конструкции, уменьшения элементов конструкции и повысить эффективность за счет уменьшения газодинамических потерь при инжекции рабочего тела. При этом для управления вектором тяги по рысканию, тангажу и крену используется одна система управления.Thus, this technical solution makes it possible to increase reliability by simplifying the design, reducing structural elements and increasing efficiency by reducing gas-dynamic losses during the injection of the working fluid. At the same time, one control system is used to control the thrust vector in yaw, pitch and roll.

Claims (4)

1. Сопло, содержащее инжекционные органы управления, каждый из которых представляет собой клапан, отличающееся тем, что сопло имеет овальную форму поперечного сечения его сверхзвуковой части, соотношение а/b от 1,001 до 3, где а - длина большой полуоси, b - длина малой полуоси овала, образованного пересечением внутренней поверхностью сопла и плоскостью среза сопла, содержит 4 инжекционных органа управления, отверстия клапанов расположены своими осями перпендикулярно к касательным к овалу, образованному пересечением внутренней поверхности сопла и плоскостью инжекции рабочего тела, и своими осями образуют с большой полуосью этого овала в проекции на данную плоскость угол γ от 30 до 60°. 1. A nozzle containing injection controls, each of which is a valve, characterized in that the nozzle has an oval cross-sectional shape of its supersonic part, the ratio a/b is from 1.001 to 3, where a is the length of the major semiaxis, b is the length of the minor semi-axis of the oval formed by the intersection of the inner surface of the nozzle and the plane of the cut of the nozzle, contains 4 injection controls, the valve openings are located with their axes perpendicular to the tangents to the oval formed by the intersection of the inner surface of the nozzle and the injection plane of the working fluid, and with their axes form with the major semi-axis of this oval in the projection on this plane, the angle γ is from 30 to 60°. 2. Сопло по п. 1, отличающееся тем, что угол γ=45°.2. Nozzle according to claim 1, characterized in that the angle γ=45°. 3. Сопло по п. 1, отличающееся тем, что соотношение а/b от 1,001 до 1,2.3. Nozzle according to claim 1, characterized in that the ratio a/b is from 1.001 to 1.2. 4. Сопло по п. 1, отличающееся тем, что форма поперечного сечения его сверхзвуковой части представляет собой эллипс.4. Nozzle according to claim 1, characterized in that the cross-sectional shape of its supersonic part is an ellipse.
RU2022116062A 2022-06-15 Nozzle RU2791932C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2791932C1 true RU2791932C1 (en) 2023-03-14

Family

ID=

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116220952A (en) * 2023-05-06 2023-06-06 北京星河动力装备科技有限公司 Nozzle, rocket engine and carrier rocket

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB916692A (en) * 1958-06-19 1963-01-23 Snecma Improvements in jet control apparatus
DE1180251B (en) * 1961-02-28 1964-10-22 United Aircraft Corp Thrust propelled vehicle such as B. a rocket in which shock waves are generated on one side in the thrust nozzle for steering by supplying a flow medium
RU2594844C1 (en) * 2015-07-21 2016-08-20 Российская Федерация, от имени которой выступает Федеральное космическое агентство System for controlling thrust vector of liquid-propellant engine
RU2771254C1 (en) * 2021-07-21 2022-04-29 Акционерное общество "Конструкторское бюро химавтоматики" Chamber of a liquid rocket engine with a gas-dynamic method for controlling the thrust vector

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB916692A (en) * 1958-06-19 1963-01-23 Snecma Improvements in jet control apparatus
DE1180251B (en) * 1961-02-28 1964-10-22 United Aircraft Corp Thrust propelled vehicle such as B. a rocket in which shock waves are generated on one side in the thrust nozzle for steering by supplying a flow medium
RU2594844C1 (en) * 2015-07-21 2016-08-20 Российская Федерация, от имени которой выступает Федеральное космическое агентство System for controlling thrust vector of liquid-propellant engine
RU2771254C1 (en) * 2021-07-21 2022-04-29 Акционерное общество "Конструкторское бюро химавтоматики" Chamber of a liquid rocket engine with a gas-dynamic method for controlling the thrust vector

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116220952A (en) * 2023-05-06 2023-06-06 北京星河动力装备科技有限公司 Nozzle, rocket engine and carrier rocket

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10267515B2 (en) Fractal fluid passages apparatus
CA2754855C (en) Method and apparatus for variable exhaust nozzle exit area
US6679048B1 (en) Apparatus and method for controlling primary fluid flow using secondary fluid flow injection
Bibi et al. Drag reduction of supersonic blunt bodies using opposing jet and nozzle geometric variations
US9551296B2 (en) Method and apparatus for nozzle thrust vectoring
RU2791932C1 (en) Nozzle
Huang et al. Design and experimental study of a bypass dual throat nozzle with the ability of short/vertical takeoff and landing
Das et al. Fluidic thrust vector control of aerospace vehicles: State-of-the-art review and future prospects
RU2425241C2 (en) Jet nozzle with thrust orientation, its operating method, jet turbine engine and unpiloted aircraft equipped with such nozzle
US3166897A (en) Roll control and thrust vector control
Sokolov et al. Optimization of micronozzle performance at zero ambient pressure
Ma et al. Numerical investigation of hypersonic unsteady flow around a spiked blunt-body
RU2594844C1 (en) System for controlling thrust vector of liquid-propellant engine
Kislovskiy et al. Numerical modeling of the pressure distribution on the axisymmetric body surface at the supersonic freestream interaction with a transversely blown gas jet
RU2192555C2 (en) Chamber of liquid propellant thruster
Duzel et al. The effects of static aeroelasticity on the performance of supersonic/hypersonic nozzles
CN114781055A (en) Design method of bifurcation transition section for single-shot inverted-V layout vector propulsion system
EP2659118B1 (en) Flight vehicle, propulsion system and thrust vectoring system
EP1585896B1 (en) Apparatus and method for controlling primary fluid flow using secondary fluid flow injection
Heidari et al. Investigation and comparison effects of fluid injection type in thrust vector control
EA027683B1 (en) Aerodynamic engine
Bibin et al. Flow analysis of secondary air injection in conical rocket nozzle
RU2605496C2 (en) Mixing head of liquid-propellant engine of especially low thrust
Majil Design and analysis of jet vane thrust vectoring nozzle using CFD and optimization of nozzle parameters
Morozov et al. Stability of the boundary layer of contoured M= 6 nozzle with local foreign gas injection