Жидкостный ракетный двигатель для первой ступени ракетоносителя

Изобретение относится к ракетным двигателям, в которых используется центральное тело с расположенными вокруг него индивидуальными камерами сгорания. Жидкостной ракетный двигатель (ЖРД) состоит из рамы, центрального тела с профилированной поверхностью, расположенной коаксиально продольной оси двигателя, и нескольких индивидуальных камер сгорания с профилированными сверхзвуковыми соплами, расположенными вокруг центрального тела, и закрепленных на двигательной раме. Согласно изобретению между индивидуальными камерами сгорания в районе сверхзвуковых сопел установлены выполненные из углерод-углеродного композиционного материала и прикрепленные к двигательной раме обтекатели, боковые поверхности которых являются продолжением профилированных поверхностей сверхзвуковых сопел индивидуальных камер сгорания, при этом с наружной стороны обтекатели имеют цилиндрическую поверхность с радиусом, равным радиусу наружной поверхности двигателя, а с внутренней стороны ограничены профилированной поверхностью центрального тела. Изобретение обеспечивает увеличение тяги двигателя и повышение его эффективности за счет увеличения удельного импульса тяги. 3 ил.

 

Изобретение относится к ракетным двигателям, в которых используется центральное тело с расположенными вокруг него индивидуальными камерами сгорания.

Известно, что для повышения эффективности работы ракетного двигателя в земной атмосфере могут применяться двигатели с кольцевой камерой сгорания и центральным телом, изложенные в книге В.Е. Алемасов и др. «Теория ракетных двигателей», 1980 г. на стр. 185, «Укороченное кольцевое сопло».

Недостатком таких двигателей является расположение критического сечения вокруг центрального тела, из-за чего величина щели критического сечения очень мала и она не может быть выполнена с большой точностью, что приводит к большой неравномерности тяги вокруг оси двигателя. Кроме того, представляет большую проблему охлаждение щелевого критического сечения.

Наличие указанных недостатков ограничило возможность создания таких двигателей для первых ступеней ракеты-носителя.

Известен двигатель с центральным телом, выбранный за прототип, предназначенный для космической ракеты-носителя (патент России №2246024, F02K 9/80, 2005).

Двигатель включает центральное тело с функциональной боковой поверхностью приблизительно конической формы, расположенное коаксиально оси двигателя.

Вокруг функциональной боковой поверхности центрального тела расположены средства генерации газовых потоков под давлением, которые (потоки) ударяются о функциональную боковую поверхность центрального тела.

Недостатком данной конструкции является наличие больших застойных зон, расположенных между средствами генерации газовых потоков. Наличие застойных зон существенно снижает тягу двигателя, а также эффективность в виде удельного импульса тяги.

Предлагаемое изобретение устраняет указанные недостатки прототипа и решает техническую задачу по увеличению тяги двигателя и повышения его эффективности за счет увеличения удельного импульса тяги.

Поставленная техническая задача решается тем, что в ЖРД, состоящем из рамы, центрального тела с профилированной поверхностью, расположенной коаксиально продольной оси двигателя, и нескольких индивидуальных камер сгорания с профилированными сверхзвуковыми соплами, расположенными вокруг центрального тела, и закрепленных на двигательной раме, согласно изобретению между индивидуальными камерами сгорания в районе сверхзвуковых сопел установлены выполненные из углерод-углеродного композиционного материала и прикрепленные к двигательной раме обтекатели, боковые поверхности которых являются продолжением профилированных поверхностей сверхзвуковых сопел индивидуальных камер сгорания, при этом с наружной стороны обтекатели имеют цилиндрическую поверхность с радиусом, равным радиусу наружной поверхности двигателя, а с внутренней стороны ограничены профилированной поверхностью центрального тела.

Такое исполнение ЖРД позволяет реализовать следующие процессы. При истечении продуктов сгорания из сверхзвуковых сопел камер сгорания, расположенных по периферии центрального тела, они натекают:

- на профилированную поверхность центрального тела;

- на профилированные поверхности смежных обтекателей, выполненных из углерод-углеродного композиционного материала. Углерод-углеродный композиционный материала обладает высокими прочностными свойствами при температурах -2 000 K.

За счет натекания газа на профилированные поверхности обтекателей на них реализуется дополнительное давление от продуктов сгорания, что увеличивает тягу двигателя и его эффективность за счет повышения удельного импульса тяги.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется схемами, показанными на фиг. 1, 2, 3.

На фиг. 1 показан общий вид ЖРД, содержащий раму двигателя 1, центральное тело 2 с профилированной поверхностью 3, индивидуальные камеры сгорания 4 со сверхзвуковыми соплами 5, обтекатели 6.

На фиг. 2 показан вид двигателя со стороны среза сверхзвуковых сопел 5 с расположенными между ними обтекателями 6.

На фиг. 3 показано расположение обтекателей 6 с боковыми профилированными поверхностями 7.

ЖРД для первой ступени ракетоносителя работает следующим образом.

По команде «Запуск» в индивидуальных камерах сгорания 4 происходит поджиг компонентов топлива. Продукты сгорания через критические сечения индивидуальных камер сгорания 4 поступают в сверхзвуковые сопла 5. Вытекая из сверхзвуковых сопел 5 индивидуальных камер сгорания 4, продукты сгорания, расширяясь, натекают на профилированные поверхности 3 центрального тела 2 и обтекателей 6, расположенных между сверхзвуковыми соплами 5. При натекании продуктов сгорания на поверхности обтекателей 6 на них реализуется повышенное давление газа, что увеличивает тягу двигателя и его эффективность.

Таким образом, использование обтекателей из УУКМ, расположенных между сверхзвуковыми соплами индивидуальных камер сгорания, позволяет увеличить тягу двигателя и повысить удельный импульс тяги.

Жидкостный ракетный двигатель для первой ступени ракетоносителя, состоящий из рамы, центрального тела с профилированной поверхностью, расположенной коаксиально продольной оси двигателя, и нескольких индивидуальных камер сгорания с профилированными сверхзвуковыми соплами, расположенными вокруг центрального тела, и закрепленных на двигательной раме, отличающийся тем, что между индивидуальными камерами сгорания в районе сверхзвуковых сопел установлены выполненные из углерод-углеродного композиционного материала и прикрепленные к двигательной раме обтекатели, боковые поверхности которых являются продолжением профилированных поверхностей сверхзвуковых сопел индивидуальных камер сгорания, при этом с наружной стороны обтекатели имеют цилиндрическую поверхность с радиусом, равным радиусу наружной поверхности двигателя, а с внутренней стороны ограничены профилированной поверхностью центрального тела.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области ракетостроения и может быть использовано при разработке и изготовлении ракетных двигателей с соплами большой степени расширения для верхних ступеней ракет и космических аппаратов.

Изобретение относится к артиллерийской технике, в частности к ракетным двигателям снарядов, запускаемых из ствола орудия или миномета. Ракетный двигатель активно-реактивного снаряда содержит камеру сгорания с зарядом твердого топлива, сопло, инициатор и сопловую заглушку.

Изобретение относится к ракетной технике и может быть использовано при создании ракетного двигателя с раздвижным соплом. Сопло ракетного двигателя содержит раструб, первый насадок, наружный телескопический насадок, механизмы раздвижки, обеспечивающие перевод сопла из сложенного положения в рабочее, а также приводы раздвижки.

Изобретение относится к ракетной технике и может быть использовано при создании ракетного двигателя с раздвижным соплом. Сопло ракетного двигателя с механизмом раздвижки, обеспечивающим перевод сопла из сложенного положения в рабочее, содержит раструб и складной насадок, образованный лепестками с элементами кинематической связи лепестков с раструбом.

Изобретение относится к ракетной технике, в частности к устройству жидкостного ракетного двигателя с выдвижным многосекционным соплом. Жидкостный ракетный двигатель с выдвижным соплом, содержащий камеру с соплом из двух частей, одна из которых, смонтированная неподвижно с камерой сгорания, снабжена механизмом выдвижения в виде привода, исполнительного механизма и узлов направления и фиксации в конечном положении, а вторая - выполнена с возможностью перемещения вдоль оси сопла из двух частей, связанных телескопически друг с другом с возможностью взаимного кинематического взаимодействия и с узлами направления и фиксации, по цилиндрическому контуру на периферии неподвижной обечайки сопла выполнены профильные многозаходные винтовые направляющие, по одинаковым по окружности равноотстоящим друг от друга и продольной оси двигателя винтовым траекториям, а на корпусе выдвижной максимального диаметра части сопла с возможностью вращения и с осевой фиксацией установлена кольцевая обечайка, снабженная двумя группами направленных к продольной оси сопла и в другую от нее сторону цапф со сферическими подшипниками, одной - взаимодействующей своими подшипниками с внутренними профилями винтовых направляющих, и второй - группой цапф, снабженной сферическими подшипниками, через шатуны с группой цапф, размещенной с внешней части сопла максимального диаметра.

Изобретение относится к ракетной технике, в которой создание жидкостных ракетных двигателей с донной тепловой защитой, предназначенной для уменьшения теплового и газодинамического воздействия продуктов сгорания работающих двигателей, является актуальной задачей.

Изобретение относится к ракетно-космической технике. Компоновка маршевой многокамерной двигательной установки двухступенчатой ракеты-носителя с составным сопловым блоком, оснащенной ракетными блоками первой и второй ступеней, соединенными и работающими по параллельной схеме, содержащая охлаждаемые камеры жидкостных ракетных двигателей (ЖРД) первой ступени, расположенные вокруг укороченного центрального тела общего для этих камер штыревого сопла, и камеры сгорания второй ступени, расположенные во внутренней полости этого укороченного центрального тела около их общего круглого тарельчатого сопла, соединенные разъемными узлами силовой связи с разделяемыми ракетными блоками ступеней.

Сопло ракетного двигателя с механизмом раздвижки, обеспечивающим перевод сопла из сложенного положения в рабочее, содержит раструб и складной насадок, образованный лепестками с элементами кинематической связи лепестков с раструбом.

Изобретение относится к ракетной технике. Раструб сопла ракетного двигателя с тепловой изоляцией выполнен из композиционного материала, который представляет собой армированную углеродными волокнами керамическую матрицу.

Изобретение относится к ракетной технике, а более конкретно к устройству жидкостного ракетного двигателя с выдвижным соплом. В жидкостном ракетном двигателе исполнительный механизм выполнен в виде двух соосных, с неподвижным соплом и между собой одной неподвижной и другой, выполненной с возможностью вращения относительно неподвижной, обечаек, с расположенными между обечайками подшипниками и узлом ограничения взаимного осевого перемещения вдоль продольной оси сопла, а на второй обечайке, связанной кинематически с приводом вращательного перемещения через кинематический узел, и на наружной части смонтированной с возможностью перемещения части сопла равномерно по окружности расположены цапфы с установленными на их концах сферическими подшипниками, соединенными шатунами.

Изобретение относится к ракетным двигателям, в которых для управления вектором тяги в полете используются различные органы управления, расположенные у среза сопла или внутри него. ЖРД содержит камеру с охлаждаемой сверхзвуковой частью сопла, рулевые агрегаты и раму, на наружной поверхности охлаждаемой сверхзвуковой части сопла в районе среза выполнено четыре сектора со сферической наружной поверхностью с центром, расположенным на оси камеры, и боковыми стенками, соединяющими сферические поверхности секторов, с наружной поверхностью охлаждаемой сверхзвуковой частью сопла, на которые установлены части дефлектора, выполненные из углерод-углеродного композиционного материала (УУКМ), наружные и внутренние поверхности которого, эквидистантные наружной поверхности секторов, закреплены к сферическим секторам с помощью фасонных кронштейнов, расположенных по бокам частей дефлектора и имеющих эквидистантные внутренние поверхности относительно наружных поверхностей дефлектора, имеющих зазор между собой для крепления кронштейна, расположенного на наружной поверхности частей дефлектора, при этом все эквидистантные поверхности сферических секторов, частей дефлектора и кронштейнов имеют графитовое покрытие. Изобретение обеспечивает повышение эффективности, ресурса работы и получения большей величины бокового управляющего усилия и уменьшения усилия на рулевых органах. 3 ил.

Изобретение относится к жидкостным ракетным двигателям, работающим на первой и второй ступенях ракетоносителя. Камера жидкостного ракетного двигателя с регулируемым соплом содержит охлаждаемую часть сопла и неохлаждаемый насадок из углерод-углеродного композиционного материала, рулевые агрегаты и раму, согласно изобретению в неохлаждаемом насадке выполнены ниши, в которых расположены несколько секций разъемного земного сопла, имеющих валы вращения, расположенные по касательным в районе стыка неохлаждаемого насадка с охлаждаемой частью сопла, установленные в кронштейны, закрепленные на охлаждаемой части сопла и соединенные рулевыми агрегатами с рамой двигателя. Изобретение обеспечивает повышение эффективности и надежности работы ЖРД по всей траектории полета ракеты. 3 ил.

Изобретение относится к жидкостным ракетным двигателям, работающим на первой и второй ступенях ракетоносителя. Камера жидкостного ракетного двигателя с регулируемым соплом содержит охлаждаемую часть сопла и неохлаждаемый насадок из углерод-углеродного композиционного материала, рулевые агрегаты и раму, согласно изобретению в неохлаждаемом насадке выполнены ниши, в которых расположены несколько секций разъемного земного сопла, имеющих валы вращения, расположенные по касательным в районе стыка неохлаждаемого насадка с охлаждаемой частью сопла, установленные в кронштейны, закрепленные на охлаждаемой части сопла и соединенные рулевыми агрегатами с рамой двигателя. Изобретение обеспечивает повышение эффективности и надежности работы ЖРД по всей траектории полета ракеты. 3 ил.

Изобретение относится к ракетной технике и может быть использовано при разработке поворотных управляющих сопел изменяемой геометрии для ракетных двигателей. Поворотное управляющее сопло ракетного двигателя состоит из соединенных узлом качания неподвижной и подвижной частей, с расположенным на срезе раструба подвижной части раскладным сопловым насадком и механизмом его разложения, выполненным в виде нескольких равномерно расположенных вокруг сопла раздвижных телескопических штанг. Сопловой насадок образован раструбом из гибкого композиционного материала и опорными кольцами, установленными с интервалами вдоль оси сопла и соединенными с помощью шарниров с механизмом разложения насадка. Ближайшее к срезу раструба подвижной части сопла опорное кольцо закреплено в зоне максимального сечения раструба подвижной части сопла таким образом, что оно образует продолжение подвижной части. Опорные кольца в сложенном состоянии размещены так, что своими максимальными сечениями образуют зону, подобную по форме переднему днищу предыдущей ступени. Изобретение позволяет повысить баллистическую эффективность ракеты за счет уменьшения общей длины ракеты при наличии габаритных ограничений, сокращения длины и массы межступенных отсеков или за счет увеличения длины и массы топливного заряда ракетного двигателя при сохранении общей длины ракеты. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к ракетной технике и может быть использовано при разработке поворотных управляющих сопел изменяемой геометрии для ракетных двигателей. Поворотное управляющее сопло ракетного двигателя состоит из соединенных узлом качания неподвижной и подвижной частей, с расположенным на срезе раструба подвижной части раскладным сопловым насадком и механизмом его разложения, выполненным в виде нескольких равномерно расположенных вокруг сопла раздвижных телескопических штанг. Сопловой насадок образован раструбом из гибкого композиционного материала и опорными кольцами, установленными с интервалами вдоль оси сопла и соединенными с помощью шарниров с механизмом разложения насадка. Ближайшее к срезу раструба подвижной части сопла опорное кольцо закреплено в зоне максимального сечения раструба подвижной части сопла таким образом, что оно образует продолжение подвижной части. Опорные кольца в сложенном состоянии размещены так, что своими максимальными сечениями образуют зону, подобную по форме переднему днищу предыдущей ступени. Изобретение позволяет повысить баллистическую эффективность ракеты за счет уменьшения общей длины ракеты при наличии габаритных ограничений, сокращения длины и массы межступенных отсеков или за счет увеличения длины и массы топливного заряда ракетного двигателя при сохранении общей длины ракеты. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области ракетной техники, в частности к ракетным двигателям активно-реактивных снарядов, запускаемых из ствола артиллерийского орудия, и заключается в способе повышения дальности полета активно-реактивного снаряда. На траектории полета снаряда зажигают заряд твердого топлива продуктами сгорания воспламенителя, расположенного в предсопловом объеме и инициируемого продуктами сгорания замедлителя. Зажигание зарядов замедлителя осуществляют продуктами сгорания пиропатронов, срабатывающих при вылете снаряда из ствола орудия и размещенных в замкнутой полости, образуемой перфорированной диафрагмой, разделяющей предсопловой объем и диффузор сопла, и срезаемой крышкой сопла, расположенной в его выходном сечении. Заряды замедлителя выполнены в форме усеченных конусов, основания которых направлены в сторону выходного сечения сопла, и герметично размещены через термоизолирующие прокладки в перфорациях диафрагмы. Высоту зарядов замедлителя определяют по алгебраической формуле, включающей оптимальное значение времени задержки зажигания заряда твердого топлива, которое предварительно определяют из серии внешнебаллистических расчетов дальности полета конкретного активно-реактивного снаряда. Изобретение позволяет обеспечить увеличение дальности полета активно-реактивного снаряда и надежное зажигание его заряда твердого топлива. 1 з.п. ф-лы, 5 ил., 3 табл.

Изобретение относится к области ракетной техники, в частности к ракетным двигателям активно-реактивных снарядов, запускаемых из ствола артиллерийского орудия, и заключается в способе повышения дальности полета активно-реактивного снаряда. На траектории полета снаряда зажигают заряд твердого топлива продуктами сгорания воспламенителя, расположенного в предсопловом объеме и инициируемого продуктами сгорания замедлителя. Зажигание зарядов замедлителя осуществляют продуктами сгорания пиропатронов, срабатывающих при вылете снаряда из ствола орудия и размещенных в замкнутой полости, образуемой перфорированной диафрагмой, разделяющей предсопловой объем и диффузор сопла, и срезаемой крышкой сопла, расположенной в его выходном сечении. Заряды замедлителя выполнены в форме усеченных конусов, основания которых направлены в сторону выходного сечения сопла, и герметично размещены через термоизолирующие прокладки в перфорациях диафрагмы. Высоту зарядов замедлителя определяют по алгебраической формуле, включающей оптимальное значение времени задержки зажигания заряда твердого топлива, которое предварительно определяют из серии внешнебаллистических расчетов дальности полета конкретного активно-реактивного снаряда. Изобретение позволяет обеспечить увеличение дальности полета активно-реактивного снаряда и надежное зажигание его заряда твердого топлива. 1 з.п. ф-лы, 5 ил., 3 табл.

Изобретение относится к области ракетостроения и может быть использовано при создании конструкций ракетных двигателей различного назначения. Фланец поворотного сопла содержит конический корпус с утопленной в двигатель частью с опорной поверхностью на эластичный шарнир в условиях применения с одной стороны и присоединительным шпангоутом для каркаса поворотного сопла с другой, а также силовой опорный пояс между ними, имеющий присоединительные отверстия для присоединения к фланцу двигателя, конструктивно отделяющий утопленную часть конического корпуса. Утопленная часть конического корпуса имеет дополнительную силовую оболочку, преимущественно из однонаправленного композиционного материала. Силовая оболочка непосредственно установлена на утопленной части конического корпуса с упором в силовой опорный пояс и с защемлением на нем и имеет с утопленной частью конического корпуса общую опорную поверхность на эластичный шарнир. Силовой опорный пояс выполнен из композиционного материала с оребрением со стороны, противоположной фланцу двигателя, с образованием ниш для размещения элементов крепления к нему или металлическим. Изобретение позволяет обеспечить компактность и жесткость конструкции. 3 ил.

Изобретение относится к ракетным двигателям, в которых используется центральное тело с расположенными вокруг него индивидуальными камерами сгорания. Жидкостной ракетный двигатель состоит из рамы, центрального тела с профилированной поверхностью, расположенной коаксиально продольной оси двигателя, и нескольких индивидуальных камер сгорания с профилированными сверхзвуковыми соплами, расположенными вокруг центрального тела, и закрепленных на двигательной раме. Согласно изобретению между индивидуальными камерами сгорания в районе сверхзвуковых сопел установлены выполненные из углерод-углеродного композиционного материала и прикрепленные к двигательной раме обтекатели, боковые поверхности которых являются продолжением профилированных поверхностей сверхзвуковых сопел индивидуальных камер сгорания, при этом с наружной стороны обтекатели имеют цилиндрическую поверхность с радиусом, равным радиусу наружной поверхности двигателя, а с внутренней стороны ограничены профилированной поверхностью центрального тела. Изобретение обеспечивает увеличение тяги двигателя и повышение его эффективности за счет увеличения удельного импульса тяги. 3 ил.

Наверх