RU2517958C1 - Increasing mean-trajectory specific thrust pulse of liquid-propellant rocket engine and liquid-propellant rocket engine to this end - Google Patents
Increasing mean-trajectory specific thrust pulse of liquid-propellant rocket engine and liquid-propellant rocket engine to this end Download PDFInfo
- Publication number
- RU2517958C1 RU2517958C1 RU2013116272/06A RU2013116272A RU2517958C1 RU 2517958 C1 RU2517958 C1 RU 2517958C1 RU 2013116272/06 A RU2013116272/06 A RU 2013116272/06A RU 2013116272 A RU2013116272 A RU 2013116272A RU 2517958 C1 RU2517958 C1 RU 2517958C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- nozzle
- shell
- engine
- fixed
- chamber
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Testing Of Engines (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к ракетной технике и может быть использовано при разработке ракетных двигателей с регулированием степени расширения сопла в полете.The invention relates to rocket technology and can be used in the development of rocket engines with regulation of the degree of expansion of the nozzle in flight.
Известен сопловой насадок в составе раздвижного сопла, содержащий стационарную часть, выдвигаемые секции, цилиндрические вставки, удаляемые после завершения раздвижки (международная заявка WO 98/28533 от 02.07.1998 г.).Known nozzle nozzles as part of a sliding nozzle containing a stationary part, extendable sections, cylindrical inserts that are removed after completion of the expansion (international application WO 98/28533 from 02.07.1998).
Известен также сопловой насадок (патент РФ №2293868 от 20.02.2007 г.), в котором на цилиндрическую вставку установлен кольцевой щиток. Раздвижка производится во время работы двигателя. При этом газовая струя продуктов сгорания топлива, взаимодействуя с цилиндрической вставкой и щитком, создает газодинамическую силу, которая обеспечивает движение и раздвижку насадков.Also known nozzle nozzles (RF patent No. 2293868 from 02.20.2007), in which an annular shield is installed on the cylindrical insert. The extension is made during engine operation. In this case, the gas jet of the products of fuel combustion, interacting with the cylindrical insert and the shield, creates a gas-dynamic force, which provides movement and extension of the nozzles.
Известен способ повышения среднетраекторного удельного импульса тяги и сопловой насадок для ракетного двигателя для реализации указанного способа, содержащий неподвижную часть, выдвигаемую секцию с цилиндрической вставкой и щитком, при этом разъем между неподвижной частью и выдвигаемой секцией выполнен в сечении, диаметр которого составляет 4,0-5,0 диаметров критического сечения сопла (патент РФ №2353791, МПК: F02K 1/09, P02K 9/97 - прототип).A known method of increasing the average trajectory specific impulse of thrust and nozzle nozzles for a rocket engine for implementing this method, comprising a fixed part, a telescoping section with a cylindrical insert and a shield, the connector between the fixed part and a telescoping section being made in cross section, the diameter of which is 4.0- 5.0 diameters of the nozzle critical section (RF patent No. 2353791, IPC:
Сопловой насадок имеет неподвижную часть и выдвигаемую секцию, к которой крепится цилиндрическая вставка со щитком.The nozzle nozzle has a fixed part and a retractable section to which a cylindrical insert with a shield is attached.
Указанный способ реализуется следующим образом.The specified method is implemented as follows.
После расфиксации, выдвигаемую секцию под действием газодинамических сил, создаваемых на цилиндрической вставке и щитке, за счет истечения продуктов сгорания, перемещают из сложенного положения в рабочее. По завершении процесса раздвижки, цилиндрическую вставку и щиток удаляют из внутреннего контура сопла, при этом увеличивается степень расширения сопла и, соответственно, удельный импульс тяги. Указанная конструкция соплового насадка ракетного двигателя позволяет увеличить степень расширения сопла в полете, за счет того что расширение продуктов сгорания будет происходить по срезу выдвигаемой секции, который больше выходного диаметра неподвижной части.After unlocking, the retractable section under the action of gas-dynamic forces created on the cylindrical insert and the shield, due to the expiration of the combustion products, is moved from the folded position to the working one. Upon completion of the sliding process, the cylindrical insert and the shield are removed from the inner contour of the nozzle, while the degree of expansion of the nozzle and, accordingly, the specific impulse of thrust are increased. The specified design of the nozzle nozzle of the rocket engine allows you to increase the degree of expansion of the nozzle in flight, due to the fact that the expansion of the combustion products will occur through a section of the extendable section, which is larger than the output diameter of the fixed part.
Основными недостатками являются сложность конструкции, одноразовость применения цилиндрической вставки и щитка, возможность изменения степени расширения сопла дискретно, причем только в большую сторону.The main disadvantages are the complexity of the design, the one-time use of the cylindrical insert and the shield, the ability to change the degree of expansion of the nozzle discretely, and only to the greater side.
Задачей предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков, и создание способа повышения среднетраекторного удельного импульса тяги жидкостного ракетного двигателя и жидкостного ракетного двигателя для реализации предложенного способа, применение которых позволит снизить потери удельного импульса тяги, связанные с недорасширением/перерасширением продуктов сгорания, упростить конструкцию двигателя и улучшить его массогабаритные характеристики.The objective of the invention is to remedy these drawbacks, and to create a method for increasing the average trajectory specific impulse of the thrust of a liquid rocket engine and a liquid rocket engine to implement the proposed method, the use of which will reduce the loss of specific impulse of thrust associated with underexpansion / overexpansion of combustion products, simplify the design of the engine and improve its overall dimensions.
Решение указанной задачи достигается тем, что в предложенном способе повышения среднетраекторного удельного импульса тяги жидкостного ракетного двигателя, содержащего как минимум камеру с соплом, заключающемся в увеличении геометрической степени расширения сопла при изменении высоты полета путем изменения профиля сопла, согласно изобретению, при работе двигателя в режиме первой ступени, степень расширения продуктов сгорания компонентов топлива ограничивают диаметром подвижной внутренней цилиндрической оболочки с торцевой поверхностью, предпочтительно, профилированной, являющейся составной частью профиля сопла, которую размещают в неподвижной оболочке сопла, предпочтительно, в средней ее части, таким образом, что упомянутая торцевая поверхность указанной подвижной оболочки представляет собой часть профиля неподвижной оболочки, при этом упомянутую подвижную оболочку выдвигают по направлению к срезу сопла при работе двигателя на режиме первой ступени и перемещают по направлению к смесительной головке, преимущественно, в исходное положение, при работе двигателя в режиме второй и последующих ступеней.The solution of this problem is achieved by the fact that in the proposed method of increasing the average trajectory specific impulse of thrust of a liquid propellant rocket engine containing at least a chamber with a nozzle, which consists in increasing the geometric degree of expansion of the nozzle by changing the flight height by changing the nozzle profile, according to the invention, when the engine is operating in the first stage, the degree of expansion of the combustion products of the fuel components is limited by the diameter of the movable inner cylindrical shell with an end face preferably, profiled, which is an integral part of the nozzle profile, which is placed in the fixed shell of the nozzle, preferably in its middle part, so that said end surface of said movable shell is a part of the profile of the fixed shell, wherein said movable shell is extended along towards the nozzle exit when the engine is in the first stage mode and move towards the mixing head, mainly in the initial position, when the engine is running I am in the second and subsequent stages.
Для реализации указанного способа, предложен жидкостный ракетный двигатель, содержащий газогенератор, турбонасосный агрегат, агрегаты питания и регулирования, размещенные, преимущественно, на регенеративно охлаждаемой камере, содержащей смесительную головку, камеру сгорания с соплом, состоящим из неподвижных и подвижных профилированных оболочек, взаимодействующих между собой и образующих профиль сопла, в котором, согласно изобретению, сопло выполнено состоящим из неподвижной оболочки, содержащей как минимум две профилированные последовательно расположенные части, соединенные с камерой и/или элементами конструкции двигателя и установленные с кольцевым зазором по отношению друг к другу, и подвижной оболочки, выполненной в виде полого цилиндра, имеющего возможность осевого перемещения вдоль оси камеры, и размещенной в кольцевом зазоре между упомянутыми частями неподвижной оболочки.To implement this method, a liquid-propellant rocket engine is proposed, comprising a gas generator, a turbopump unit, power and control units located mainly on a regeneratively cooled chamber containing a mixing head, a combustion chamber with a nozzle consisting of fixed and movable shaped shells interacting with each other and forming a nozzle profile, in which, according to the invention, the nozzle is made up of a fixed shell containing at least two profiled sections comfortably located parts connected to the chamber and / or engine structural elements and installed with an annular gap in relation to each other, and a movable shell made in the form of a hollow cylinder with axial movement along the axis of the chamber, and placed in the annular gap between the said parts motionless shell.
В варианте исполнения, разъем между неподвижной и подвижной оболочками выполнен в сечении, диаметр которого составляет 4,0-5,0 диаметров критического сечения сопла.In an embodiment, the connector between the fixed and movable shells is made in cross section, the diameter of which is 4.0-5.0 diameters of the critical section of the nozzle.
Величина 4,0-5,0 диаметров критического сечения определена по результатам экспериментальных исследований на модельных и крупногабаритных двигателях и является оптимальной также с точки зрения обеспечения заданных энергомассовых характеристик двигателя.The value of 4.0-5.0 diameters of the critical section is determined by the results of experimental studies on model and large-sized engines and is also optimal from the point of view of ensuring the specified energy-mass characteristics of the engine.
В варианте исполнения, подвижная оболочка соединена с камерой и/или элементами конструкции двигателя.In an embodiment, the movable shell is connected to the chamber and / or structural elements of the engine.
Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показан общий вид предложенного двигателя, на фиг.2 - общий вид камеры с подвижной внутренней профилированной оболочкой в выдвинутом положении, на фиг.3 - схема камеры с подвижной внутренней профилированной оболочкой в выдвинутом положении, на фиг.4 - схема камеры с подвижной внутренней профилированной оболочкой в убранном положении.The invention is illustrated by drawings, where figure 1 shows a General view of the proposed engine, figure 2 is a General view of a camera with a movable inner profiled shell in an extended position, figure 3 is a diagram of a camera with a movable inner profiled shell in an extended position, 4 is a diagram of a camera with a movable inner profiled shell in the retracted position.
Предложенный способ может быть реализован при помощи жидкостного ракетного двигателя, имеющего следующую конструкцию.The proposed method can be implemented using a liquid rocket engine having the following design.
Двигатель содержит камеру 1 со смесительной головкой 2, газогенератор 3, турбонасосный агрегат 4, агрегаты питания и регулирования 5. Сопло камеры выполнено состоящим из двух профилированных оболочек - неподвижной 6 и подвижной 7. Камера 1 имеет критическое сечение 8.The engine comprises a
Выходная часть неподвижной профилированной оболочки 6 может быть закреплена как на камере 1, так и на элементах конструкции двигателя, предпочтительно, на раме двигателя 9. Перемещение подвижной внутренней профилированной оболочки 7, выполненной в виде полого цилиндра, осуществляется при помощи механизма выдвижения 10, содержащего зубчатую рейку 11 и шестерню с приводом 12.The output part of the fixed
Предложенный способ может быть реализован при помощи предложенного жидкостного ракетного двигателя следующим образом.The proposed method can be implemented using the proposed liquid propellant rocket engine as follows.
Компоненты топлива при помощи турбонасосного агрегата 4, приводимого в действие продуктами сгорания компонентов топлива, получаемыми в газогенераторе 3, и управляемого агрегатами питания и регулирования 5, подают в смесительную головку 2. В смесительной головке происходит перемешивание компонентов топлива между собой, их воспламенение и дальнейшее сгорание в камере сгорания с образованием продуктов сгорания. Продукты сгорания поступают к критическому сечению 8 камеры 1, проходят его, ускоряются и поступают к выходному сечению сопла.The fuel components using a
При работе двигателя в режиме первой ступени, подвижную внутреннюю профилированную оболочку 7 выдвигают из неподвижной оболочки 6 таким образом, что на неподвижной профилированной оболочке 6 образуется кольцевой уступ с выходным диаметром, равным внутреннему диаметру подвижной внутренней профилированной оболочки 7. Выдвижение происходит путем подачи команды на привод 12 шестерни. Шестерня начинает вращаться и перемещается по зубчатой рейке 11 вдоль оси камеры 1 вместе с подвижной внутренней профилированной оболочкой 7 по направлению к срезу сопла камеры. Для исключения заклинивания подвижной внутренней профилированной оболочки 7 в направляющих применяется несколько приводов 12, работающих синхронно.When the engine is operating in the first stage mode, the movable inner
В этом случае, расширение продуктов сгорания будет происходить по части неподвижной профилированной оболочки 6, до места установки подвижной внутренней профилированной оболочки 7, при этом степень расширения сопла будет определяться как отношение внутреннего диаметра подвижной внутренней профилированной оболочки 7 к площади критического сечения 8 камеры 1. В этом случае степень расширения продуктов сгорания будет расчетной для данного участка полета и давления окружающей среды.In this case, the expansion of the combustion products will occur along part of the stationary profiled
При работе двигателя в режиме второй и последующих ступеней, подвижную внутреннюю оболочку 7 перемещают по направлению к смесительной головке 2 и устанавливают в такое положение, при котором ее наружный профилированный контур будет являться частью профилированной неподвижной оболочки 6. Перемещение подвижной внутренней профилированной оболочки 7 в исходное положение происходит путем подачи команды на привод 12 шестерни. Шестерня начинает вращаться и перемещается по зубчатой рейке 11 вдоль оси камеры 1 вместе с подвижной профилированной оболочкой 7 по направлению к смесительной головке 2.When the engine is in the second and subsequent stages, the movable
В этом случае, расширение продуктов сгорания будет происходить по внутренней поверхности неподвижной профилированной оболочки 6, при этом степень расширения сопла будет определяться как отношение диаметра среза сопла неподвижной профилированной оболочки 6 к площади критического сечения 8 камеры 1. В этом случае степень расширения продуктов сгорания также будет расчетной для данного участка полета и давления окружающей среды.In this case, the expansion of the combustion products will occur along the inner surface of the fixed
За счет того что при работе двигателя давление продуктов сгорания на срезе сопла на каждом участке траектории полета будет близко к оптимальному, потери, связанные с недорасширением/перерасширением продуктов сгорания, будут минимальными, что, в конечном итоге, позволит повысить среднетраекторный удельный импульс тяги и использовать один и тот же двигатель для работы в режиме первой и последующих ступеней.Due to the fact that during engine operation the pressure of the combustion products at the nozzle exit in each section of the flight path will be close to optimal, the losses associated with under-expansion / over-expansion of the combustion products will be minimal, which, ultimately, will allow to increase the average trajectory specific impulse of thrust and use the same engine for operation in the first and subsequent stages.
Использование предложенного технического решения позволит создать жидкостный ракетный двигатель с регулируемой степенью расширения сопла по всей траектории полета.Using the proposed technical solution will allow you to create a liquid rocket engine with an adjustable degree of expansion of the nozzle along the entire flight path.
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013116272/06A RU2517958C1 (en) | 2013-04-09 | 2013-04-09 | Increasing mean-trajectory specific thrust pulse of liquid-propellant rocket engine and liquid-propellant rocket engine to this end |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013116272/06A RU2517958C1 (en) | 2013-04-09 | 2013-04-09 | Increasing mean-trajectory specific thrust pulse of liquid-propellant rocket engine and liquid-propellant rocket engine to this end |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2517958C1 true RU2517958C1 (en) | 2014-06-10 |
Family
ID=51216241
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013116272/06A RU2517958C1 (en) | 2013-04-09 | 2013-04-09 | Increasing mean-trajectory specific thrust pulse of liquid-propellant rocket engine and liquid-propellant rocket engine to this end |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2517958C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2699867C1 (en) * | 2018-08-16 | 2019-09-11 | Акционерное общество "НПО Энергомаш имени академика В.П. Глушко" | Method for improving energy characteristics of serial produced liquid-propellant engines |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4676436A (en) * | 1984-11-02 | 1987-06-30 | Unidynamics Phoenix, Inc. | Rocket motor nozzle extension system |
US5894723A (en) * | 1996-10-11 | 1999-04-20 | Societe Europeenne De Propulsion | Rocket engine nozzle with ejectable inserts |
RU2164618C1 (en) * | 1999-12-28 | 2001-03-27 | Прищепа Владимир Иосифович | Method of altitude control of overextended reaction nozzle for rocket engine |
RU2180405C2 (en) * | 2000-05-26 | 2002-03-10 | Открытое акционерное общество Научно-производственное объединение "Искра" | Extensible nozzle for rocket engine |
RU2353791C1 (en) * | 2007-10-29 | 2009-04-27 | Открытое акционерное общество Научно-производственное объединение "Искра" | Nozzle extension of rocket engine |
-
2013
- 2013-04-09 RU RU2013116272/06A patent/RU2517958C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4676436A (en) * | 1984-11-02 | 1987-06-30 | Unidynamics Phoenix, Inc. | Rocket motor nozzle extension system |
US5894723A (en) * | 1996-10-11 | 1999-04-20 | Societe Europeenne De Propulsion | Rocket engine nozzle with ejectable inserts |
RU2164618C1 (en) * | 1999-12-28 | 2001-03-27 | Прищепа Владимир Иосифович | Method of altitude control of overextended reaction nozzle for rocket engine |
RU2180405C2 (en) * | 2000-05-26 | 2002-03-10 | Открытое акционерное общество Научно-производственное объединение "Искра" | Extensible nozzle for rocket engine |
RU2353791C1 (en) * | 2007-10-29 | 2009-04-27 | Открытое акционерное общество Научно-производственное объединение "Искра" | Nozzle extension of rocket engine |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2699867C1 (en) * | 2018-08-16 | 2019-09-11 | Акционерное общество "НПО Энергомаш имени академика В.П. Глушко" | Method for improving energy characteristics of serial produced liquid-propellant engines |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8082728B2 (en) | System and method of continuous detonation in a gas turbine engine | |
EP2050948B1 (en) | A gas turbine engine assembly with a variable area nozzle and a method of controlling this nozzle | |
US20140196460A1 (en) | Ramjet including a detonation chamber and aircraft comprising such a ramjet | |
US20120131901A1 (en) | System and method for controlling a pulse detonation engine | |
DE602004000988T2 (en) | Pulsed detonation system for gas turbines | |
CN114165357B (en) | Rocket-based combined cycle engine based on detonation and detonation principles and application method | |
DE69008429T2 (en) | Turbo jet and rocket combination engine. | |
CN104033286B (en) | A kind of high-frequency pulse pinking combustion-powered apparatus | |
RU2517958C1 (en) | Increasing mean-trajectory specific thrust pulse of liquid-propellant rocket engine and liquid-propellant rocket engine to this end | |
EP3315753A1 (en) | Thrust vectoring nozzle | |
JPH0672573B2 (en) | Nozzle structure for turbo-ramoo rocket coupled propulsion engine | |
CN106640420A (en) | Pulse detonation engine with air entering from side portion | |
RU2142058C1 (en) | Detonation combustion pulse-jet engine | |
US7685806B2 (en) | Method and apparatus for supersonic and shock noise reduction in aircraft engines using pneumatic corrugations | |
CN203962199U (en) | A kind of high-frequency pulse pinking combustion-powered apparatus | |
RU2382226C1 (en) | Liquid propellant rocket engine | |
EP3475553B1 (en) | Ignition device and ignition method | |
CN110529876A (en) | Rotate detonation combustion system | |
US4529130A (en) | Turbo machine nozzle with thrust reverser | |
DE102019118583A1 (en) | Propulsion device, aircraft, spacecraft, combined aircraft / spacecraft and methods of operating an engine device | |
US7950235B1 (en) | Jet engine | |
CN109131943A (en) | Piston for laser chemistry joint propeller drives charge constitution | |
CA2798660A1 (en) | Dual function cascade integrated variable area fan nozzle and thrust reverser | |
RU2482320C1 (en) | Method for supplying fuel components to liquid-propellant engine chamber | |
RU2106511C1 (en) | Hybrid rocket turbine engine |