SE452354B - Raketdrivanordning for rymdflyg - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 40 452 354 tingat mäste undvikas. För att kringgå dessa svårigheter måste markdysan vid start och på lägre flyghöjder utformas "överexpanderat", för att på relativt stora flyghöjder resp. vid uppnàende av omställningshöjden ej arbeta "underexpande- rat". En "överexpanderad" dysa arbetar dock med stadig- varande drivförlust.

Uppfinningen har till uppgift att eliminera nackdelarna hos kända tvâ- eller flerstegiga dysutföringsformer och så utforma en raketdrivanordning med en tvåstegs dysa av i in- ledningen nämnd typ så, att den med förhållandevis ringa tillverkningskostnad under hela flygningen från marken till den lufttomma rymden arbetar med i genomsnitt god verknings- grad i alla höjdområden och att därvid driftssäkerheten säkerställas. Denna uppgift löses genom det i patentkrav 1 angivna kännetecknet.

Genom uppfinningen uppnås att de negativa följderna av den i början överexpanderat arbetande markdysan kompenseras genom insättandet av höjddysan redan i den första drifts- fasen, dvs. under start och på lägre flyghöjder, varvid höjddysan med markdrivanordningen bildar en andra drivkrets och därigenom minskar verkningsgradsförlusterna hos mark- drivverket genom reducering av utströmníngshastigheten hos den centrala drivstrålen till denna vid samtidig ökning av den totala drivningen. Höjddysan fyller därvid utöver sin grunduppgift en andra funktion och medför under starten och på lägre flyghöjder ej någon dödvikt. Drivningen av den yttre drivstrálen hos den andra drivkretsen sker genom strömnings- dynamiskt energiöverförande på grund av injektorverkan hos den en hög utströmningshastighet uppvisande centrala driv- strålen till markdysan på den i den andra drivkretsen före- liggande luften, som härigenom accelereras. Samtidigt upp- byggs därvid på ett fördelaktigt sätt den höga hastigheten hos den centrala drivströmningen till markdysan. Härtill minskas dess verkningsgradsförluster. Tillbakaförandet av höjddysan sker i allt väsentligt utan termisk belastning för dess byggnadsdelar, emedan markdysans drivstråle på den före- slagna omkopplíngshöjden förlöper i det närmaste axelparal- lellt.

En särskild fördel hos uppfinningen ligger vidare däri, att för rymdflyg uppnås det största möjliga expansionsför- 10 15 20 25 30 35 40 5 452 554 hàllandet, hänförd till totaldysan, varvid i alla drifts- faser, från start till i rymden färdas praktiskt taget genom- gående med god verkningsgrad. Det överexpanderade drifts- tillståndet hos höjddysan under omkopplingsfasen pà unge- fär 12 till 14 km höjd är därvid försumbart, emedan denna fas på grund av den redan uppnådda höga stighastigheten är i tiden kort och uppnås mycket snabbt riktig expansion och därvid den underexpanderade driftsfasen, vilken ändå garanterar god verkningsgrad.

Markdysans expansionsgrad resp. dess utloppstryck är inom ramen för uppfinningen så vald resp. endast så stort, att i det kritiska omrâdet för det första drivsteget, näm- ligen under start och på relativt låg flyghöjd, sker ej någon strömningsavlösning på dysinsidan. Med hänsyn till detta valda gränsvärde som expansionsgrad för markdysan ges omkopplingshöjden, som enligt uppfinningen är fastlagd på 12 till 14 km höjd i vilken ett övergångstryck av ungefär 0,2 till 0,15 bar rader, varvid på denna flyghöjd markdysan arbetar praktiskt taget expansionsriktigt (exempelvis: peß/pa = 0,2/0,2 = 1), så att dess drivstråle förlöper unge- fär parallellt och höjddysan kan aterstäl1as~utan termisk överbelastning, dvs. den behöver ej förskjutas genom en het zon.

Vidare är expansionsgraden för höjddysan enligt upp- finningen så lagd, att i området för omkopplingshöjden mellan 12 till 14 km uppträder ändå ej någon avlösning av dysström- ningen på dysans insida (exempelvis: peH/pa = 0,03/0,15 = 0,2).

Vid utformningen enligt uppfinningen av en drivanord- nings konception med tvàstegig dysa, vilken är anordnad utan- pà bärfarkosten i den fria luftströmmen, föreslås att luft- inloppet för den andra yttre drivkretsen utbildas som över- ljudsluftdiffusor och tillföra den genom denna drivkrets strömmande luften energi, särskilt genom värmeöverföring via den heta brännkammarväggen och den heta väggen hos markdysan.

Därvid uttas ytterligare energi från markdysströmmen var- igenom verkningsgradsförlusterna hos den centrala drivkretsen ytterligare reduceras.

På ritningen visas två utföringsexempel enligt uppfin- ningen. Den visar i fig. 1 en raketdrivanordning med en mark- w 10 15 20 25 30 35 40 452 554 4 dysa och en Eöredragen höjddysa för bildande av en andra yttre drivkrets under flykt på relativt låg höjd, fig. 2 samma drivanordning under omkoppling till höjddrift, fig. 3 raketdrivanordníngen omedelbart efter omkopplíngen till höjddríft med till markdysan ansluten höjddysa, fig. 4 den bakre delen av höjddysan under drift i den lufttomma rymden och fig. 5 en variant av den andra yttre drivkretsen till en raketdrivanordning analog med den som visas i fig. 1.

Drívanordningen består i allt väsentligt av en bränn- kammare 1 med ett insprutningshuvud 2 och en konstruktivt integrerad markdysa 3 liksom en i axiell riktning fram och åter ställbar höjddysa 4.

Markdysan 3 är strömningsdynamiskt så utformad, att vid start och i närheten av marken, som fig. 1 visar, kon- vergerar den centrala drivstrålen S, dvs. markdysan arbetar upp till en höjd av ungefär 12 till 14 km överexpanderat, så att yttertrycket pa resp. omgivningstryck är större än dysändtrycket peß, som uppgår till 0,2 till 0,15 bar. I denna dríftsfas är höjddysan 4 framdragen så att en andra yttre drivkrets 6 uppstår. Därvid bildar det bakre området 4a hos höjddysan 4, vars bakre ände 4b ligger bakom den bakre änden 3b hos markdysan 3, tillsammans med den radiellt innanför liggande markdysan 3 liksom med dess indragna cen- trala drívstråle S en konvergent, dívergent överljudsring- dysa 7 för den yttre drivstràlen 8, vilken accelereras genom injektorverkan från den centrala drivstrálen 5. Emedan driv- anordningen ej ligger i den fria luftströmmen kommer luften L framtill vid ínloppet endast att insugas ur det omgivande inbyggnadsutrymmet.

Enligt fíg. 2 befinner sig flygkroppen redan i flykt på hög höjd, dvs. höjddysan 4 har redan förts bakåt. Detta sker genom en teleskoplik drívanordning 9, varvid höjddysan 4 förflyttas över glidskor 10 på fasta raka styrníngar 11.

I omkopplingsomrâdet arbetar markdysan 3 ungefär expansions- ríktigt, dvs. dess drivstråle Sa förlöper í denna driftsfas i allt väsentligt axelparallellt (ännu ej divergent), så att höjddysan 4 utan väsentlig termisk belastning kan âterföras.

Fíg. 3 visar den till markdysan 3 anslutna höjddysan 4, som i omkopplingspunktens höjdområde på grund av den redan uppnådda höga stíghastígheten endast under en kort tid arbe- Rim In 452 354 tar överexpanderat med verkníngsgradsförluster, varvid driv- stràlen 12 sammandras.

Fig. 4 demonstrerar drivanordníngens resp. totaldysans 3, 4 drift i den lufttomma rymden, där de arbetar under- 5 expanderat och drivstrálen 12 divergerar.

I fig. S visas en raketdrívanordníng, som ligger í den fria luftströmníngen LF. Härvid är det ringformade luft- inloppet för den andra, yttre drivkretsen 6a utbildat som överljudsdiffusor 13 och upphettas den genomströmmade kompri- 10 merade luften genom värmeutbyte i en stjärnformig värme- växlare 14 och naturligtvis även vid den heta väggen till brännkammaren 1 och vid den heta väggen till markdysan 3.

Claims (2)

452 354 6 Patentkrav

1. Raketdrivanordning för rymdflyg med en markdysa och en i axiell riktning ställbar höjddysa, som under start från marken och under flykt på relativt låg höjd befinner sig i ett föredraget läge, men som däremot under höjdflygning med sin främre ände är ansluten till markdysans bakre ände, k ä n n e t e c k n a d a v att markdysan (3) upp till en flyghöjd av ungefär 12 till 14 km är inrättad som över- expansionsdysa och därvid alstrar ett utloppstryck (peß) för dess drívström (5) av ungefär 0,2 till 0,15 bar och att vid start från marken och till en flyghöjd av ungefär 12-14 km befinner sig höjddysan (4) i ett sådant föredraget läge att en andra, yttre drivkrets (6) uppstår och därvid bildar det bakre området (4a) hos höjddysan, vars bakre ände (4b) - i strömningsriktningen_§ett - ligger något bakom markdysans (3) bakre ände (3b), tillsammans med den radiellt innanför liggande markdysan (3) liksom med dess indragna centrala drivstråle (S), vilken genom injektorverkan driver den yttre drivstràlen, en konvergent - divergent överljudsringdysa (7) för den yttre drivstrålen (8), och att på ungär 12-14 km flyghöjd resp. vid ett omgívningstryck av ungefär 0,2-0,15 bar återställs höjddysan (4) och ansluts axiellt vid mark- dysan (3), och att höjddysan (4) i beroende av det på ungefär 12-14 km flyghöjd rådande omgivningstrycket är så inställd ë-'fi som överexpansionsdysa, att den alstrar ett utströmningstryck (pefl) för drivstrålen (12) av ungefär 0,03 till 0,02 bar.

2. Raketdrivanordníng enligt krav 1, k ä n n e - t e c k n a d a v att luftinloppet för den andra yttre drivkretsen (oa) är utbildat som överljudsluftdiffusor (13) och tillföres den genom denna drívkrets (óa) strömmande luften energi, särskilt genom värmeöverförande från den heta väggen hos brännkammaren (1) och den heta väggen hos mark- dysan (3) och i förekommande fall via en värmeväxlare (14).