Способ управления вектором тяги в кольцевом сверхзвуковом сопле и кольцевое сверхзвуковое сопло

 

Использование: в авиационно-ракетной технике, в частности в летательных аппаратах вертикального или укороченного взлета и посадки. Сущность изобретения: кольцевое сопло содержит обечайку и центральное тело. Для управления величиной и направлением тяги центральное тело и/или обечайку вращают вокруг оси сопла и перемещают в осевом направлении, причем обечайка или/и центральное тело выполнены со ступенчатым срезом или с комбинацией косого и ступенчатого срезов. 2 с.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к авиационно-ракетной технике, в частности, к летательным аппаратам вертикального или укороченного взлета и посадки.

Проблема увеличения управляющего усилия и снижения потерь тяги является одной из важных задач при проектировании органов управления летательных аппаратов.

Известен способ и устройство для управления вектором тяги в кольцевом сверхзвуковом сопле путем параллельного смещения центрального тела относительно оси кольцевого сопла (см. а.с. N 60449 от 1972).

Недостатком этого способа и устройства является зависимость величины управляющего усилия от перемещения центрального тела, которое ограничено величиной зазора между обечайкой и центральным телом в критическом сечении сопла.

Наиболее близким из известных технических решений является управление вектором тяги путем поворота центрального тела относительно оси сопла (см. Краснов Н. Ф., Кошевой В.Н., Данилов А.Н., Захарченко В.Ф. Аэродинамика ракет, 1968, с. 710, рис. XVI-2-18).

Недостатком этого способа и устройства является то, что для получения больших управляющих усилий центральное тело надо отклонять на большие углы, что может вызвать отрыв потока и соответственно большие потери тяги сопла.

Общим недостатком указанных способов и устройств управления вектором тяги является то, что величины управляющих усилий не превышают 10% тяги сопла.

Техническим результатом изобретения является управление вектором тяги в кольцевом сверхзвуковом сопле таким образом, чтобы при минимальных потерях тяги реализовывались максимальные управляющие усилия.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе управления вектором тяги в кольцевом сверхзвуковом сопле, связанном с относительным перемещением центрального тела и обейчайки сопла, центральное тело или(и) обечайку вращают вокруг оси и перемещают в осевом направлении.

Указанный технический результат достигается также тем, что в кольцевом сверхзвуковом сопле, содержащем центральное тело и обечайку, центральное тело или(и) обечайка выполнены со ступенчатым срезом или с комбинацией косого и ступенчатого срезов.

На фиг. 1 показана принципиальная схема кольцевого сопла, в котором может быть осуществлен предлагаемый способ; на фиг. 2 представлены основные варианты срезов центрального тела и обечайки сопла; на фиг. 3 представлены величины управляющих усилий для одного из исследованных вариантов кольцевого сопла.

Способ управления вектором тяги в кольцевом сверхзвуковом сопле состоит из следующих действий (фиг. 1): обечайку 1 или(и) центральное тело 2 вращают вокруг оси Ox сопла и перемещают в осевом направлении.

Для осуществления предложенного способа управления вектором тяги в кольцевом сверхзвуковом сопле можно использовать устройство, содержащее центральное тело и обечайку, причем обечайка и центральное тело выполнены с косым срезом (см. заявку Франции N 2033274, F 02 K 1/00).

Недостатком этого устройства при реализации данного способа является то, что управляющие усилия на части несимметричных участков центрального тела или обечайки могут действовать в противоположных направлениях, уменьшая результирующую управляющую силу.

Задачей изобретения является управление вектором тяги в кольцевом сверхзвуковом сопле при относительных перемещениях центрального тела и обечайки сопла.

Техническим результатом изобретения является увеличение усилий при управлении вектором тяги в кольцевом сверхзвуковом сопле.

Указанный технический результат достигается тем, что в кольцевом сверхзвуковом сопле, содержащем обечайку и центральное тело, центральное тело или(и) обечайка выполнены со ступенчатым срезом или с комбинацией косого и ступенчатого срезов.

Устройство для управления вектором тяги в кольцевом сверхзвуковом сопле содержит обечайку 1 без среза (фиг. 2а), или со ступенчатым срезом (фиг. 2б), или с комбинацией ступенчатого и косого срезов (фиг. 2в и фиг. 2г); центральное тело 2 без среза (фиг. 2д), или со ступенчатым срезом (фиг. 2е), или с комбинацией ступенчатого и косого срезов (фиг. 2ж и фиг. 2з). Возможны любые комбинации перечисленных вариантов среза обечайки и центрального тела, кроме варианта, когда и центральное тело, и обечайка выполнены без среза. Косой срез (фиг. 2в) характеризуется углом Ψ, который может изменяться в диапазоне 0 < Ψ ≅ 90° (угол Ψ = 90° -соответствует обычному осесимметричному соплу). Ступенчатый срез (фиг. 2б) характеризуется длиной L выступающей части сопла и высотой ступеньки H.

Работает устройство для управления вектором тяги следующим образом. Струя, распространяясь в кольцевом сопле (фиг. 1), омывает обечайку и центральное тело. За счет разницы давлений на стенку несимметричной части обечайки 1 и центрального тела 2 сопла возникает управляющая сила. Поворачивая обечайку или(и) центральное тело вокруг оси сопла и перемещая в осевом направлении, можно менять величину и направление управляющей силы, достигая в том числе и нулевого значения.

На фиг. 3 приведена зависимость относительной управляющей силы F_у/I от перепада давления на сопле P_о/P_н, полученная в эксперименте на маломасштабной модели цилиндрического кольцевого сопла с числом Маха M=1 для варианта со ступенчатым срезом обечайки и центрального тела H/R=1, где F_у - управляющая сила; I - величина полного импульса исходного осесимметричного кольцевого сопла; P_о - давление торможения в форкамере сопла; P_н - давление окружающей среды; H - высота ступенчатого среза обечайки или центрального тела; R - радиус обечайки или центрального тела.

Видно, что при больших перепадах давления P_о/P_н > 40 управляющие усилия составляют более 35% импульса сопла, что в 3-4 раза превышает величину этих сил, получаемых с помощью известных газодинамических способов управления вектором тяги двигателя.

Предлагаемое изобретение может найти применение в ракетных двигателях, в двигателях самолетов укороченного или вертикального взлета и посадки, в аппаратах на воздушной подушке, в кораблях с подводными крыльями.

Формула изобретения

1. Способ управления вектором тяги в кольцевом сверхзвуковом сопле, включающий относительные перемещения центрального тела и обечайки сопла, отличающийся тем, что центральное тело или(и) обечайку вращают вокруг оси сопла и перемещают в осевом направлении.

2. Кольцевое сверхзвуковое сопло, содержащее обечайку и центральное тело, отличающееся тем, что обечайка или(и) центральное тело выполнены со ступенчатым срезом или с комбинацией косого и ступенчатого срезов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3