Способ управления вектором тяги жидкостного ракетного двигателя
Владельцы патента RU 2391546:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" (RU)
Изобретение относится к области ракетного двигателестроения и может быть использовано при создании безгенераторных жидкостных ракетных двигателей, работающих на криогенных компонентах, например кислороде и водороде. Способ управления вектором тяги жидкостного ракетного двигателя, заключающийся в установке с возможностью качания во взаимно перпендикулярных плоскостях рулевых двигателей меньшей тяги совместно с неподвижной камерой основного маршевого двигателя и последующем качании во время полета рулевых двигателей во взаимно перпендикулярных плоскостях. Рулевой двигатель помещают осесимметрично с возможностью качания во взаимно перпендикулярных плоскостях внутрь охлаждаемой оболочки камеры основного маршевого двигателя таким образом, что поток его продуктов сгорания движется попутно с потоком продуктов сгорания основного маршевого двигателя, обеспечивая при этом отклонение вектора скорости потока продуктов сгорания рулевого двигателя за счет качания его камеры в карданном подвесе. Изобретение обеспечивает увеличение удельного импульса тяги и упрощение управлением вектором тяги. 1 ил.
Изобретение относится к области ракетного двигателестроения и может быть использовано при создании безгенераторных жидкостных ракетных двигателей, работающих на криогенных компонентах, например кислороде и водороде.
В настоящее время одной из основных проблем при создании жидкостных ракетных двигателей является получение высокого значения удельного импульса тяги при уменьшении габаритных размеров камеры, в частности сопла. Одним из путей, позволяющих обеспечить достаточно высокое значение удельного импульса тяги при уменьшении габаритных размеров камеры, является использование вместо обычных круглых сопел Лаваля кольцевых сопел. Отличие между соплом Лаваля и кольцевым состоит в том, что кольцевое сопло имеет форму критического сечения не круглую, а кольцевую. Кольцевые сопла позволяют увеличить площадь выходного сечения сопла и разместить часть агрегатов в центральной части, что приводит к уменьшению линейных размеров двигателя.
Известна принципиальная схема кольцевой камеры жидкостного ракетного двигателя, реализующая данный принцип (А.П.Васильев и др. "Основы теории и расчета жидкостных ракетных двигателей", Москва, "Высшая школа", 1967 г., рис.X. 186).
Известен жидкостный ракетный двигатель, содержащий кольцевую камеру со смесительной головкой, тарельчатым соплом внешнего расширения, профилированным центральным телом и кольцевым критическим сечением, агрегаты управления и агрегаты питания, включающие турбонасосный агрегат с турбиной, расположенные в полости профилированного центрального тела (М.В.Добровольский и др. 11 Жидкостные ракетные двигатели. Основы проектирования. - М.: Высшая школа, 1968 г., рис.2.32, стр.59).
Указанный двигатель работает следующим образом. Компоненты топлива подаются в смесительную головку, воспламеняются и истекают через кольцевое критическое сечение. В тарельчатом сопле внешнего расширения продукты сгорания расширяются, причем внешняя граница расширения определяется атмосферным давлением, а внутренняя - контуром профилированного центрального тела.
Недостатками данного двигателя является сложность пневмогидравлической схемы, недостаточно высокие массогабаритные характеристики, а также то, что для изменения направления вектора тяги необходимо качать весь двигатель во взаимно перпендикулярных плоскостях.
Известен способ управления вектором тяги жидкостного ракетного двигателя, заключающийся в установке с возможностью качания во взаимно перпендикулярных плоскостях рулевых двигателей меньшей тяги совместно с неподвижной камерой основного маршевого двигателя и последующем качании во время полета рулевых двигателей во взаимно перпендикулярных плоскостях (А.П.Васильев и др. Под общей редакцией Кудрявцева В.М. Основы теории и расчета жидкостных ракетных двигателей. М.: Высшая школа, 1967, 670 стр., рис.Х22, стр.342 - прототип).
В этом случае несколько камер с соплом Лаваля установлены вне тарельчатого сопла внутреннего расширения, а полости их сопел открываются в полость тарельчатого сопла, и, таким образом, истекающие потоки продуктов сгорания из круглых сопел расширяются по стенкам тарельчатого сопла. При качании одной из камер с соплом Лаваля струя продуктов сгорания взаимодействует и перемешивается с остальными струями, что снижает эффективность регулирования.
Недостатком способа регулирования данного двигателя является то, что для управления вектором тяги по крену и тангажу необходимо качать весь двигатель в карданном подвесе.
Задачей изобретения является устранение указанных недостатков и создание способа управления вектором тяги жидкостного ракетного двигателя, применение которого позволит обеспечить достаточно высокое значение удельного импульса тяги и упростить управление вектором тяги при движении летательного аппарата.
Поставленная задача достигается тем, что в предложенном способе управления вектором тяги жидкостного ракетного двигателя, заключающемся в установке с возможностью качания во взаимно перпендикулярных плоскостях рулевых двигателей меньшей тяги совместно с неподвижной камерой основного маршевого двигателя и последующем качании во время полета рулевых двигателей во взаимно перпендикулярных плоскостях, согласно изобретению, рулевой двигатель помещают осесимметрично с возможностью качания во взаимно перпендикулярных плоскостях внутрь охлаждаемой оболочки камеры основного маршевого двигателя таким образом, что поток его продуктов сгорания движется попутно с потоком продуктов сгорания основного маршевого двигателя, обеспечивая при этом отклонение вектора скорости потока продуктов сгорания рулевого двигателя за счет качания его камеры в карданном подвесе.
В этом случае для изменения направления вектора тяги двигателя с тарельчатым соплом необходимо изменить в пространстве только положение ЖРД с соплом Лаваля, который имеет значительно меньшие габариты и массу, чем основной двигатель.
Сущность изобретения иллюстрируется чертежом, на котором показан осевой разрез предложенного двигателя.
Предложенный способ реализуется следующим образом.
Двигатель с тарельчатым соплом неподвижно устанавливается на раму летательного аппарата.
Компоненты топлива подаются в смесительную головку 2, воспламеняются и истекают через кольцевое критическое сечение 4. В кольцевом критическом сечении 4 поток продуктов сгорания разворачивается на 180° и поступает в тарельчатое сопло 3. В тарельчатом сопле 3 внешнего расширения продукты сгорания расширяются, причем внешняя граница расширения определяется атмосферным давлением, а внутренняя - контуром охлаждаемой камеры сгорания 1. Продукты сгорания компонентов топлива двигателя с тарельчатым соплом истекают по оси двигателя.
Часть компонентов подается в двигатель 5. Продукты сгорания компонентов топлива двигателя с соплом Лаваля также истекают по оси двигателя.
При необходимости изменения направления вектора тяги в одной из плоскостей изменяют положение двигателя 5 в карданном подвесе.
Использование предложенного технического решения позволит упростить конструкцию узла подвески двигателя с тарельчатым соплом, улучшить массогабаритные характеристики двигателя и упростить управление вектором тяги ЖРД с тарельчатым соплом.
Способ управления вектором тяги жидкостного ракетного двигателя, заключающийся в установке с возможностью качания во взаимно перпендикулярных плоскостях рулевых двигателей меньшей тяги совместно с неподвижной камерой основного маршевого двигателя и последующем качании во время полета рулевых двигателей во взаимно перпендикулярных плоскостях, отличающийся тем, что рулевой двигатель помещают осесимметрично с возможностью качания во взаимно перпендикулярных плоскостях внутрь охлаждаемой оболочки камеры основного маршевого двигателя таким образом, что поток его продуктов сгорания движется попутно с потоком продуктов сгорания основного маршевого двигателя, обеспечивая при этом отклонение вектора скорости потока продуктов сгорания рулевого двигателя за счет качания его камеры в карданном подвесе.
