RU2803533C1

RU2803533C1 - Nozzle assembly, rocket containing such assembly, and method of thrust vector deflection by means of specified assembly

Info

Publication number: RU2803533C1
Application number: RU2022114573A
Authority: RU
Inventors: Кевин Марк НУНАН; Роберт КУПЕР; Ларри Кеннет УЭСТ
Original assignee: Аэроджет Рокетдайн, Инк.
Filing date: 2019-12-10
Publication date: 2023-09-14

Abstract

FIELD: rocket engineering.

SUBSTANCE: low-thrust engine nozzle assembly. The nozzle assembly includes, among other things, a nozzle containing a throat. The nozzle also includes the ball portion of a ball joint. In addition, the assembly contains a vehicle that includes the socket part of the ball joint. The nozzle is installed on the vehicle, and the ball part at least partially enters the socket part. The flow controller is located adjacent to the throat and is configured to control the flow of fluid through the throat. The flow controller is attached to the nozzle upstream of the throat. The drive is attached to the nozzle and is made with the possibility of selective rotation of the nozzle by means of a ball joint around the first axis perpendicular to the longitudinal axis of the vehicle. A rocket and a method for deflecting the thrust vector are also disclosed.

EFFECT: invention provides improved flow control and improved weight and size.

17 cl, 4 dwg

Description

Уровень техникиState of the art

[0001] Известно, что двигатели малой тяги (маневровые двигатели), например, для ракет и других аэрокосмических летательных аппаратов, наземных транспортных средств, морских транспортных средств или других систем, содержат сужающиеся-расширяющиеся сопла, которые выбрасывают высокоскоростную реактивную струю текучей среды, создающую тягу. Двигатели малой тяги могут также содержать регулирующие клапаны для подачи текучей среды под требуемым давлением.[0001] It is known that thrusters (maneuvering engines), for example, for rockets and other aerospace vehicles, land vehicles, marine vehicles or other systems, contain convergent-divergent nozzles that emit a high-speed jet of fluid, creating cravings Thrusters may also include control valves to supply fluid at the required pressure.

Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the invention

[0002] Узел сопла в соответствии с примерным аспектом настоящего изобретения включает в себя, помимо прочего, сопло, содержащее горловину.[0002] A nozzle assembly in accordance with an exemplary aspect of the present invention includes, but is not limited to, a nozzle including a neck.

Сопло также содержит шаровую часть шарового шарнирного соединения. Кроме того, узел включает в себя транспортное средство, которое содержит гнездовую часть шарового шарнирного соединения. Сопло смонтировано на транспортном средстве, и шаровая часть по меньшей мере частично входит в гнездовую часть. Регулятор расхода расположен смежно с горловиной и выполнен с возможностью регулирования расхода текучей среды через горловину. Регулятор расхода прикреплен к соплу выше по потоку от горловины. Привод прикреплен к соплу и выполнен с возможностью выборочного вращения сопла посредством шарового шарнирного соединения вокруг первой оси, перпендикулярной продольной оси транспортного средства.The nozzle also includes a ball joint portion. Additionally, the assembly includes a vehicle that includes a ball joint socket portion. The nozzle is mounted on the vehicle, and the ball portion at least partially fits into the socket portion. The flow regulator is located adjacent to the neck and is configured to regulate the flow of fluid through the neck. The flow regulator is attached to the nozzle upstream of the neck. The drive is attached to the nozzle and is configured to selectively rotate the nozzle by means of a ball joint about a first axis perpendicular to the longitudinal axis of the vehicle.

[0003] В другом неограничивающем варианте осуществления вышеуказанного узла сопла привод дополнительно выполнен с возможностью выборочного вращения сопла вокруг второй оси, перпендикулярной к продольной оси транспортного средства и первой оси.[0003] In another non-limiting embodiment of the above nozzle assembly, the actuator is further configured to selectively rotate the nozzle about a second axis perpendicular to the longitudinal axis of the vehicle and the first axis.

[0004] В другом неограничивающем варианте осуществления любого из вышеуказанных узлов сопла этот узел содержит множество сопел и соответствующее множество регуляторов расхода, причем каждое из множества сопел встроено в шаровую часть шарового шарнирного соединения.[0004] In another non-limiting embodiment of any of the above nozzle assemblies, the assembly includes a plurality of nozzles and a corresponding plurality of flow regulators, each of the plurality of nozzles being integrated into a ball portion of the ball joint.

[0005] В другом неограничивающем варианте осуществления любого из вышеуказанных узлов сопла каждый из множества регуляторов расхода выполнен с возможностью работы либо независимо друг от друга, либо в координации друг с другом.[0005] In another non-limiting embodiment of any of the above nozzle assemblies, each of the plurality of flow controllers is configured to operate either independently of each other or in coordination with each other.

[0006] В другом неограничивающем варианте осуществления любого из вышеуказанных узлов сопла шаровая часть представляет собой полусферический подшипник, а гнездовая часть представляет собой полусферическое гнездо, окружающее по меньшей мере частично шаровую часть.[0006] In another non-limiting embodiment of any of the above nozzle assemblies, the ball portion is a hemispherical bearing and the socket portion is a hemispherical seat surrounding at least partially the ball portion.

[0007] В другом неограничивающем варианте осуществления любого из вышеуказанных узлов сопла регулятор расхода содержит штифт, подвижный в направлении, параллельном продольной оси сопла, относительно седла для регулирования расхода текучей среды через область горловины.[0007] In another non-limiting embodiment of any of the above nozzle assemblies, the flow control includes a pin movable in a direction parallel to the longitudinal axis of the nozzle relative to the seat to control the flow of fluid through the throat area.

[0008] В другом неограничивающем варианте осуществления любого из вышеуказанных узлов сопла штифт содержит хвостовик, головку, имеющую больший диаметр, чем хвостовик, и сужающуюся поверхность, отходящую от головки, причем сужающаяся поверхность выполнена с возможностью контакта с седлом, и линейная позиция сужающейся поверхности относительно седла изменяет размер проходного сечения, через которое текучая среда может протекать по горловине.[0008] In another non-limiting embodiment of any of the above nozzle assemblies, the pin includes a shank, a head having a larger diameter than the shank, and a tapered surface extending from the head, wherein the tapered surface is configured to contact the seat, and the linear position of the tapered surface relative to The seat changes the size of the flow area through which fluid can flow along the neck.

[0009] В другом неограничивающем варианте осуществления любого из вышеуказанных узлов сопла сужающаяся поверхность постепенно уменьшается в диаметре от головки к свободному концу штифта.[0009] In another non-limiting embodiment of any of the above nozzle assemblies, the tapered surface gradually decreases in diameter from the head to the free end of the pin.

[0010] В другом неограничивающем варианте осуществления любого из вышеуказанных узлов сопла, штифт является одним из множества штифтов, расположенных смежно с горловиной, и каждый из множества штифтов выполнен с возможностью независимого перемещения.[0010] In another non-limiting embodiment of any of the above nozzle assemblies, the pin is one of a plurality of pins located adjacent to the throat, and each of the plurality of pins is independently movable.

[0011] В другом неограничивающем варианте осуществления любого из вышеуказанных узлов сопла множество штифтов представляет собой четыре штифта, расположенных на расстоянии друг от друга вокруг продольной оси сопла.[0011] In another non-limiting embodiment of any of the above nozzle assemblies, the plurality of pins is four pins spaced apart about the longitudinal axis of the nozzle.

[0012] В другом неограничивающем варианте осуществления любого из вышеперечисленных узлов сопла, узел содержит множество линейных приводов, каждый из которых выполнен с возможностью выборочного перемещения соответственно одного из множества штифтов.[0012] In another non-limiting embodiment of any of the above nozzle assemblies, the assembly includes a plurality of linear actuators, each of which is configured to selectively move, respectively, one of the plurality of pins.

[0013] В другом неограничивающем варианте осуществления любого из вышеуказанных узлов сопла указанное сопло содержит расширяющуюся секцию, отходящую от горловины.[0013] In another non-limiting embodiment of any of the above nozzle assemblies, said nozzle includes a flared section extending from a throat.

[0014] В другом неограничивающем варианте осуществления любого из вышеуказанных узлов сопла транспортное средство представляет собой ракетный двигатель.[0014] In another non-limiting embodiment of any of the above nozzle assemblies, the vehicle is a rocket engine.

[0015] Ракета в соответствии с примерным аспектом настоящего изобретения содержит, помимо прочего, корпус, топливо, хранящееся внутри корпуса, камеру сгорания, расположенную внутри корпуса, и узел сопла, прикрепленный к корпусу и выполненный с возможностью выброса продуктов сгорания из камеры. Узел сопла включает в себя собственно сопло, содержащее горловину, регулятор расхода, расположенный смежно с горловиной и выполненный с возможностью регулирования расхода продуктов, выбрасываемых из камеры сгорания через горловину, и поворотное шаровое соединение, выполненное с возможностью выборочного вращения регулятора расхода и сопла.[0015] A rocket in accordance with an exemplary aspect of the present invention includes, among other things, a housing, fuel stored within the housing, a combustion chamber located within the housing, and a nozzle assembly attached to the housing and configured to eject combustion products from the chamber. The nozzle assembly includes a nozzle itself containing a neck, a flow regulator located adjacent to the neck and configured to regulate the flow of products discharged from the combustion chamber through the neck, and a rotary ball joint configured to selectively rotate the flow regulator and the nozzle.

[0016] В другом неограничивающем варианте осуществления вышеуказанной ракеты регулятор расхода содержит штифт, линейно подвижный относительно седла.[0016] In another non-limiting embodiment of the above rocket, the flow regulator includes a pin that is linearly movable relative to the seat.

[0017] В другом неограничивающем варианте осуществления любой из вышеуказанных ракет штифт является одним из множества штифтов, расположенных смежно с горловиной, и каждый из множества штифтов выполнен с возможностью независимого перемещения с помощью соответствующего линейного привода.[0017] In another non-limiting embodiment of any of the above rockets, the pin is one of a plurality of pins located adjacent to the neck, and each of the plurality of pins is independently movable by a corresponding linear actuator.

[0018] В другом неограничивающем варианте осуществления любой из вышеуказанных ракет, множество штифтов представляет собой четыре штифта, расположенных на расстоянии друг от друга вокруг продольной оси сопла.[0018] In another non-limiting embodiment of any of the above missiles, the plurality of pins is four pins spaced apart about the longitudinal axis of the nozzle.

[0019] Способ в соответствии с примерным аспектом настоящего изобретения предусматривает, помимо прочего, отклонение вектора тяги корпуса путем регулирования позиции сопла относительно корпуса с помощью поворотного соединения и регулирования позиции регулятора расхода, расположенного смежно с горловиной сопла.[0019] A method in accordance with an exemplary aspect of the present invention includes, among other things, deflecting the thrust vector of the housing by adjusting the position of the nozzle relative to the housing by means of a rotary connection and adjusting the position of a flow regulator located adjacent to the nozzle throat.

[0020] В другом неограничивающем варианте осуществления вышеуказанного способа регулятор расхода содержит штифт, и при этом регулирование позиции регулятора расхода предусматривает линейное перемещение штифта в направлении, параллельном продольной оси сопла.[0020] In another non-limiting embodiment of the above method, the flow regulator includes a pin, and wherein adjusting the position of the flow regulator involves linear movement of the pin in a direction parallel to the longitudinal axis of the nozzle.

Краткое описание чертежейBrief description of drawings

[0021] На фиг. 1 схематично показан пример ракеты, содержащей примерный узел сопла.[0021] In FIG. 1 is a schematic diagram of an example rocket containing an exemplary nozzle assembly.

[0022] На фиг. 2 показан пример регулятора расхода.[0022] In FIG. Figure 2 shows an example of a flow controller.

[0023] На фиг. 3 показан пример поворотного шарового соединения.[0023] In FIG. Figure 3 shows an example of a rotatable ball joint.

[0024] На фиг. 4 показан второй пример узла сопла.[0024] In FIG. Figure 4 shows a second example of a nozzle assembly.

Осуществление изобретенияCarrying out the invention

[0025] На фиг. 1 схематически показано транспортное средство 20, которое может быть ракетой, снарядом, космическим кораблем, самолетом или другим транспортным средством. Транспортное средство 20 получает тягу от двигателя 22 малой тяги, который в данном примере представляет собой ракетный двигатель. Хотя транспортное средство и ракетный двигатель показаны на фиг. 1 и обсуждаются в данном документе, настоящее изобретение не ограничено ракетами или ракетными двигателями, и в частности относится к узлам сопла для других транспортных средств, в том числе космических, воздушных, наземных и морских. Настоящее изобретение также применимо к узлам сопла для двигателей малой тяги в реактивных системах управления.[0025] In FIG. 1 schematically shows a vehicle 20, which may be a rocket, projectile, spacecraft, aircraft, or other vehicle. The vehicle 20 receives its thrust from a thruster 22, which in this example is a rocket engine. Although the vehicle and rocket engine are shown in FIG. 1 and discussed herein, the present invention is not limited to rockets or rocket engines, and particularly relates to nozzle assemblies for other vehicles, including space, air, land and sea. The present invention is also applicable to nozzle assemblies for thrusters in jet control systems.

[0026] Транспортное средство 20 в целом расположено вдоль продольной оси R и в данном примере содержит корпус 24, проходящий вдоль этой продольной оси R транспортного средства. Корпус 24 представляет собой внешний корпус транспортного средства 20. Корпус 24 может иметь цельную или многокомпонентную структуру.[0026] The vehicle 20 is generally located along a longitudinal axis R and in this example includes a body 24 extending along this longitudinal axis R of the vehicle. The body 24 is the outer body of the vehicle 20. The body 24 may have a one-piece or multi-piece structure.

[0027] Внутри корпуса 24 хранится по меньшей мере один вид ракетного топлива 26. Топливо 26 может быть монотопливом, хранящимся в одном баке, или двумя отдельными видами топлива, а именно топливом и окислителем, хранящимися в отдельных баках. Топливо 26 связано по текучей среде с камерой 28 сгорания, расположенной внутри корпуса 24. Камера 28 сгорания связана по текучей среде с узлом 30 сопла. Хотя в данном документе упоминаются топливо и камера сгорания, настоящее раскрытие распространяется на двигатели малой тяги без камеры сгорания, в том числе двигатели малой тяги на холодном газе и термоядерные ракетные двигатели.[0027] At least one type of propellant 26 is stored within the housing 24. The propellant 26 may be a monopropellant stored in a single tank, or two separate fuels, namely a propellant and an oxidizer, stored in separate tanks. Fuel 26 is in fluid communication with combustion chamber 28 located within housing 24. Combustion chamber 28 is in fluid communication with nozzle assembly 30. Although reference is made herein to fuel and a combustion chamber, the present disclosure applies to thrusters without a combustion chamber, including cold gas thrusters and fusion rocket engines.

[0028] Узел 30 сопла выполнен с возможностью выброса высокоскоростной реактивной струи текучей среды для создания тяги для транспортного средства 20. В частности, в этом примере узел 30 сопла выполнен с возможностью выброса продуктов сгорания из камеры 28 сгорания.[0028] The nozzle assembly 30 is configured to eject a high velocity jet of fluid to provide thrust for the vehicle 20. Specifically, in this example, the nozzle assembly 30 is configured to eject combustion products from the combustion chamber 28.

[0029] Узел 30 сопла включает в себя собственно сопло 32, содержащее узкую горловину 34 и расширяющуюся секцию 36, отходящую от горловины 34 по продольной оси N сопла. Расширяющаяся секция 36 постепенно увеличивается в диаметре по мере удаления от горловины 34 по продольной оси N сопла.[0029] Nozzle assembly 30 includes a nozzle body 32 including a neck 34 and a flared section 36 extending from the neck 34 along the longitudinal axis N of the nozzle. The flared section 36 gradually increases in diameter as it moves away from the neck 34 along the longitudinal axis N of the nozzle.

[0030] Узел 30 сопла содержит регулятор 38 расхода, который подробно показан на фиг. 2. Регулятор 38 расхода расположен смежно с горловиной 34 и выполнен с возможностью регулирования расхода текучей среды (то есть продуктов камеры 28 сгорания) через горловину 34. В данном примере регулятор 38 расхода содержит штифт 40, имеющий хвостовик 42 и головку 44 с сужающейся поверхностью 46, постепенно уменьшающейся в диаметре по направлению к свободному концу головки 44. Сужающаяся поверхность 46 обращена к седлу 48 и выполнена с возможностью контакта с седлом 48 в закрытой позиции. Относительное расстояние между сужающейся поверхностью 46 и седлом 48 задает размер проходного сечения, через которое текучая среда может протекать по горловине 34. В одном из примеров относительная позиция сужающейся поверхности 46 и седла 48 может иметь плавную регулировку. В этом смысле регулятор 38 расхода может перемещаться между закрытой позицией и некоторым количеством открытых позиций.[0030] The nozzle assembly 30 includes a flow regulator 38, which is shown in detail in FIG. 2. The flow regulator 38 is located adjacent to the neck 34 and is configured to regulate the flow of fluid (i.e., products of the combustion chamber 28) through the neck 34. In this example, the flow regulator 38 includes a pin 40 having a shank 42 and a head 44 with a tapered surface 46 , gradually decreasing in diameter towards the free end of the head 44. The tapering surface 46 faces the seat 48 and is configured to contact the seat 48 in a closed position. The relative distance between the tapered surface 46 and the seat 48 determines the size of the flow area through which fluid can flow through the throat 34. In one example, the relative position of the tapered surface 46 and the seat 48 may be continuously adjustable. In this sense, the flow controller 38 can move between a closed position and a number of open positions.

[0031] Сужающаяся поверхность 46 может выборочно перемещаться относительно седла 48 в направлении, параллельном продольной оси N сопла, с помощью линейного привода 50. В этом примере сужающаяся поверхность 46 может линейно перемещаться вдоль продольной оси N сопла. Линейный привод 50 в этом примере представляет собой привод с шариковыми винтами, но настоящее изобретение распространяется и на другие типы приводов. Линейный привод 50 механически соединен с хвостовиком 42, который в свою очередь механически соединен с головкой 44.[0031] The tapered surface 46 can be selectively moved relative to the seat 48 in a direction parallel to the longitudinal axis N of the nozzle using a linear actuator 50. In this example, the tapered surface 46 can be linearly moved along the longitudinal axis N of the nozzle. The linear actuator 50 in this example is a ball screw actuator, but the present invention extends to other types of actuators. Linear actuator 50 is mechanically connected to shank 42, which in turn is mechanically connected to head 44.

[0032] В данном примере линейный привод 50 реагирует на команды от контроллера 52. Контроллер 52 схематично показан на фиг. 1. Контроллер 52 содержит электронику, программное обеспечение или и то, и другое для выполнения функций, раскрытых в настоящем документе. Хотя контроллер 52 показан как единое устройство, он может представлять собой несколько контроллеров в виде нескольких аппаратных устройств или нескольких программных контроллеров в одном или нескольких аппаратных устройствах. Контроллер 52 может отдавать команды различным компонентам транспортного средства 20 на основе выходных данных одного или нескольких датчиков, на основе сигналов, передаваемых по беспроводной связи на транспортное средство 20, на основе запрограммированного плана полета и/или на основе других входных данных.[0032] In this example, linear actuator 50 responds to commands from controller 52. Controller 52 is shown schematically in FIG. 1. Controller 52 contains electronics, software, or both to perform the functions disclosed herein. Although controller 52 is shown as a single device, it may be multiple controllers in the form of multiple hardware devices or multiple software controllers in one or more hardware devices. The controller 52 may issue commands to various components of the vehicle 20 based on output from one or more sensors, based on signals transmitted wirelessly to the vehicle 20, based on a programmed flight plan, and/or based on other inputs.

[0033] В настоящем изобретении сопло 32 и регулятор 38 расхода прикреплены к корпусу 24 с помощью поворотного шарового соединения 54, которое, предположительно, лучше всего видно на фиг. 3. Поворотное шаровое соединение 54 выполнено с возможностью выборочного вращения сопла 32 и регулятора 38 расхода относительно продольной оси R транспортного средства.[0033] In the present invention, the nozzle 32 and flow regulator 38 are attached to the housing 24 by a rotatable ball joint 54, which is presumably best seen in FIG. 3. The rotary ball joint 54 is configured to selectively rotate the nozzle 32 and the flow regulator 38 relative to the longitudinal axis R of the vehicle.

[0034] Поворотное шаровое соединение 54 содержит полусферический подшипник (то есть шар) 56, размещенный в полусферическом гнезде (то есть гнезде) 58, окружающем по меньшей мере часть подшипника 56. В конкретном примере привод (приводы) 60 выполнен (выполнены) с возможностью перемещения подшипника 56 в двух плоскостях, в том числе путем наклона подшипника 56 относительно продольной оси R транспортного средства и вращения подшипника 56 вокруг продольной оси R транспортного средства. В этом отношении привод (приводы) 60 выполнен (выполнены) с возможностью перемещения подшипника 56 и, в свою очередь, сопла 32 вокруг первой и второй осей, каждая из которых перпендикулярна продольной оси R транспортного средства и каждая из которых перпендикулярна друг к другу. В одном из примеров первая ось проходит по существу внутрь и наружу страницы относительно фиг. 1, а вторая ось проходит в направлении вверх и вниз относительно фиг. 1. В одном из примеров подшипник 56 может иметь плавную регулировку в этих двух плоскостях относительно гнезда 58. Гнездо 58 имеет размер и форму, препятствующие перемещению подшипника 56 относительно гнезда 58 в любом направлении, в том числе вдоль продольной оси R транспортного средства. Таким образом, в некоторых примерах поворотное шаровое соединение 54 называется защемленным шаровым шарниром.[0034] The rotatable ball joint 54 includes a hemispherical bearing (i.e., ball) 56 housed in a hemispherical seat (i.e., seat) 58 surrounding at least a portion of the bearing 56. In a specific example, the actuator(s) 60 is configured to moving the bearing 56 in two planes, including by tilting the bearing 56 relative to the longitudinal axis R of the vehicle and rotating the bearing 56 around the longitudinal axis R of the vehicle. In this regard, the actuator(s) 60 is configured to move the bearing 56 and in turn the nozzle 32 about first and second axes, each of which is perpendicular to the longitudinal axis R of the vehicle and each of which is perpendicular to each other. In one example, the first axis extends substantially inward and outward of the page relative to FIG. 1, and the second axis extends in an upward and downward direction relative to FIG. 1. In one example, the bearing 56 may be continuously adjustable in these two planes relative to the seat 58. The seat 58 is sized and shaped to prevent the bearing 56 from moving relative to the seat 58 in any direction, including along the longitudinal axis R of the vehicle. Thus, in some examples, the pivoting ball joint 54 is referred to as a pinched ball joint.

[0035] В данном примере подшипник 56 является полым и содержит центральный проход 62. В одном из примеров сопло 32 может быть сформировано как одно целое с подшипником 56. Кроме того, регулятор 38 расхода в данном примере жестко смонтирован в центральном проходе 62. Таким образом, при вращении подшипника 56 в гнезде 58 продольная ось N сопла также будет вращаться относительно продольной оси R транспортного средства, обеспечивая необходимое отклонение вектора тяги в ходе выполнения конкретной задачи. Можно управлять узлом 30 сопла, а именно регулятором 38 расхода и шаровым шарниром 54, для обеспечения управления углом наклона (тангажем) и углом поворота (рысканием) транспортного средства 20 в ходе выполнения задачи.[0035] In this example, the bearing 56 is hollow and includes a central passage 62. In one example, the nozzle 32 may be formed integrally with the bearing 56. Additionally, the flow regulator 38 in this example is rigidly mounted in the central passage 62. Thus , when the bearing 56 rotates in the seat 58, the longitudinal axis N of the nozzle will also rotate relative to the longitudinal axis R of the vehicle, providing the necessary deflection of the thrust vector during a specific task. The nozzle assembly 30, namely the flow control 38 and the ball joint 54, can be controlled to provide pitch and yaw control of the vehicle 20 during a task.

[0036] Настоящее изобретение обеспечивает адекватное управление тангажем и рысканием, не требуя большого сопла. В частности, длина сопла 32 существенно уменьшена по сравнению с существующими соплами. В одном конкретном примере длина сопла 32 находится в пределах 15-20% от общей длины транспортного средства 20. В другом примере длина сопла 32 составляет менее 10% от общей длины транспортного средства 20. Это, в свою очередь, уменьшает вес транспортного средства 20 и позволяет создавать конструкции, у которых размеры бака (баков) для хранения топлива могут быть увеличены, обеспечивая потенциально более длительные полеты.[0036] The present invention provides adequate pitch and yaw control without requiring a large nozzle. In particular, the length of the nozzle 32 is significantly reduced compared to existing nozzles. In one particular example, the length of nozzle 32 is within 15-20% of the total length of vehicle 20. In another example, the length of nozzle 32 is less than 10% of the total length of vehicle 20. This in turn reduces the weight of vehicle 20 and allows for designs where the size of the fuel storage tank(s) can be increased, allowing for potentially longer flights.

[0037] Другой пример узла 130 сопла показан на фиг. 4. В той степени, в которой не раскрыто или не показано иное, узел 130 сопла соответствует варианту осуществления изобретения, показанному на фиг. 1-3, при этом аналогичные детали имеют ссылочные номера с предшествующей "1", если ниже не указано иное.[0037] Another example of nozzle assembly 130 is shown in FIG. 4. To the extent not otherwise disclosed or shown, nozzle assembly 130 corresponds to the embodiment of the invention shown in FIG. 1-3, with similar parts having reference numbers preceded by “1” unless otherwise noted below.

[0038] Узел 130 сопла содержит множество регуляторов 138A-138D расхода, которые расположены относительно соответствующих горловин 134A-134D. Продукты камеры сгорания могут быть разделены на четыре равные части, причем каждая часть течет к соответствующему регулятору 138A-138D расхода. Сопло 132 содержит четыре расширяющиеся секции 136A-136D, постепенно увеличивающиеся в диаметре, отходящие от соответствующих горловин 134А-134D.[0038] The nozzle assembly 130 includes a plurality of flow regulators 138A-138D that are located relative to respective throats 134A-134D. The combustion chamber products may be divided into four equal portions, each portion flowing to a corresponding flow regulator 138A-138D. The nozzle 132 includes four flared sections 136A-136D, gradually increasing in diameter, extending from corresponding throats 134A-134D.

[0039] Регуляторы 138A-138D расхода расположены по существу аналогично регулятору 38 расхода и в частности выполнены с возможностью перемещения между закрытой и несколькими открытыми позициями. Регуляторы 138A-138D расхода выполнены с возможностью независимого перемещения с помощью соответствующих линейных приводов, каждый из которых аналогичен линейному приводу 50, в ответ на команды контроллера. В качестве альтернативы, регуляторы 138A-138D расхода управляются в координации друг с другом таким образом, что регуляторы 138A-138D расхода совершают практически одинаковые движения в практически одинаковое время. Для этого регуляторы 138A-138D расхода могут перемещаться с помощью общего линейного привода. Регуляторы 138A-138D расхода расположены вдоль соответствующих осей, которые параллельны продольной оси N сопла и находятся по окружности на расстоянии друг от друга вокруг продольной оси N сопла. Управляя регуляторами 138A-138D расхода, можно управлять креном ракеты во время полета, что устраняет необходимость в отдельной системе управления креном. Таким образом, узел 130 сопла может управлять тангажем, рысканием и креном. Кроме того, благодаря разделению сопла 132 на четыре секции, сопло 132 может быть даже короче, чем сопло 32 в некоторых примерах, что дает возможность увеличить пространство, например, для топлива.[0039] The flow regulators 138A-138D are located substantially similar to the flow regulator 38 and are particularly movable between closed and multiple open positions. The flow controllers 138A-138D are configured to be moved independently by respective linear actuators, each similar to the linear actuator 50, in response to commands from the controller. Alternatively, the flow controllers 138A-138D are controlled in coordination with each other such that the flow controllers 138A-138D make substantially the same movements at substantially the same time. To achieve this, the flow controllers 138A-138D can be moved using a common linear actuator. The flow controllers 138A-138D are located along respective axes that are parallel to the longitudinal axis N of the nozzle and are circumferentially spaced from each other about the longitudinal axis N of the nozzle. By controlling the flow controllers 138A-138D, the missile's roll can be controlled during flight, eliminating the need for a separate roll control system. Thus, the nozzle assembly 130 can control pitch, yaw, and roll. In addition, by dividing the nozzle 132 into four sections, the nozzle 132 can be even shorter than the nozzle 32 in some examples, allowing for more space, for example, for fuel.

[0040] Следует понимать, что, если не указано иное, такие термины, как "осевой", "радиальный" и "окружной", использованы выше со ссылкой на нормальное рабочее положение транспортного средства 20. Кроме того, эти термины использованы в настоящем документе в целях пояснения и не должны рассматриваться как ограничивающие. Такие термины, как "в целом", "по существу" и "приблизительно", не являются безграничными, их следует интерпретировать в соответствии с тем, как это будет делать специалист в данной области.[0040] It should be understood that, unless otherwise indicated, terms such as "axial", "radial" and "circumferential" are used above with reference to the normal operating position of the vehicle 20. In addition, these terms are used herein for explanatory purposes and should not be construed as limiting. Terms such as “generally,” “substantially,” and “approximately” are not intended to be limitless and should be interpreted according to those of ordinary skill in the art.

[0041] Хотя различные примеры имеют свои специфические компоненты, показанные на чертежах, варианты осуществления настоящего изобретения не ограничены этими конкретными комбинациями. Можно использовать некоторые из компонентов или признаков из одного примера в комбинации с признаками или компонентами из другого примера. Кроме того, различные чертежи, сопровождающие настоящее раскрытие, не обязательно выполнены в масштабе, и некоторые детали могут быть увеличены или минимизированы, чтобы показать определенные детали конкретного компонента или схемы расположения.[0041] Although various examples have their specific components shown in the drawings, embodiments of the present invention are not limited to these specific combinations. It is possible to use some of the components or features from one example in combination with features or components from another example. In addition, the various drawings accompanying the present disclosure are not necessarily drawn to scale, and some details may be enlarged or minimized to show certain details of a particular component or layout.

[0042] Специалист средней квалификации в данной области техники поймет, что раскрытые выше варианты осуществления изобретения являются примерными и не ограничивающими. То есть модификации настоящего изобретения будут входить в объем формулы изобретения. В соответствии с этим следует изучить приведенную ниже формулу изобретения для определения его истинного объема и содержания.[0042] One of ordinary skill in the art will understand that the embodiments disclosed above are exemplary and non-limiting. That is, modifications of the present invention will be within the scope of the claims. Accordingly, the following claims should be examined to determine its true scope and content.

Claims

1. Nozzle assembly containing:

a nozzle comprising a neck, the nozzle including a ball portion of a ball joint;

a vehicle having a body that includes a ball joint socket portion, the nozzle being attached to the body by a ball joint portion, the ball portion at least partially engaging the socket portion;

a flow regulator located adjacent to the neck and configured to regulate the flow of fluid through the neck, wherein the flow regulator is attached to a nozzle upstream of the neck, and the flow regulator includes a pin movable in a direction parallel to the longitudinal axis of the nozzle relative to the control seat flow of fluid through the neck area, with the flow regulator attached to the housing using the ball portion of the ball joint;

and an actuator attached to the nozzle, wherein the actuator is configured to selectively rotate the nozzle by means of a ball joint about a first axis perpendicular to the longitudinal axis of the vehicle.

2. The nozzle assembly of claim 1, wherein the drive is further configured to selectively rotate the nozzle about a second axis perpendicular to the longitudinal axis of the vehicle and the first axis.

3. The nozzle assembly of claim 1, further comprising a plurality of nozzles and a corresponding plurality of flow regulators, each of the plurality of nozzles being integrated into a ball portion of the ball joint.

4. The nozzle assembly of claim 3, wherein each of the plurality of flow controllers is configured to operate either independently of each other or in coordination with each other.

5. The nozzle assembly of claim 1, wherein the ball portion is a hemispherical bearing and the socket portion is a hemispherical seat surrounding at least partially the ball portion.

6. Nozzle assembly according to claim 1, in which:

the pin contains a shank, a head having a larger diameter than the shank, and a tapered surface extending from the head,

wherein the tapering surface is configured to contact the seat,

in this case, the linear position of the tapering surface relative to the seat changes the size of the flow area through which the fluid can flow through the neck.

7. The nozzle assembly of claim 6, wherein the tapered surface gradually decreases in diameter from the head to the free end of the pin.

8. Nozzle assembly according to claim 7, in which:

the pin is one of a plurality of pins positioned adjacent the neck, and each of the plurality of pins is independently movable.

9. The nozzle assembly of claim 8, wherein the plurality of pins are four pins spaced apart about the longitudinal axis of the nozzle.

10. The nozzle assembly of claim 9, further comprising a plurality of linear actuators, each of which is configured to selectively move, respectively, one of the plurality of pins.

11. The nozzle assembly of claim 1, wherein the nozzle includes a flared section extending from a neck.

12. The nozzle assembly of claim 1, wherein the vehicle is a rocket engine.

13. A rocket containing:

a housing that includes a ball joint socket portion;

fuel stored inside the housing;

a combustion chamber located inside the housing;

and a nozzle assembly attached to the housing and configured to eject combustion products from a corresponding chamber, the nozzle assembly comprising:

a nozzle comprising a neck, the nozzle including a ball portion of a ball joint and attached to the body by the ball portion that at least partially engages the socket portion;

and a flow regulator located adjacent to the neck and configured to regulate the flow of combustion chamber products through the neck, wherein the flow regulator is attached to the housing using a ball portion of the ball joint; wherein the ball joint is configured to selectively rotate the flow regulator and nozzle.

14. The rocket according to claim 13, in which the flow regulator contains a pin that is linearly movable relative to the seat.

15. The rocket according to claim 14, in which:

the pin is one of a plurality of pins located adjacent to the neck, and

each of the plurality of pins is configured to be moved independently by a corresponding linear actuator.

16. The rocket of claim 15, wherein the plurality of pins comprises four pins spaced apart around the longitudinal axis of the nozzle.

17. A method for deflecting the thrust vector of a vehicle using a nozzle assembly according to claim 1, including:

deviation of the housing thrust vector by adjusting the position of the nozzle relative to the housing using a ball joint and adjusting the position of the flow regulator.