Аналіз можливості удосконалення сопел ракетних двигунів

Анотація

Можливо значно підвищити імпульсні характеристики ракетного двигуна за рахунок використання ефективних сопел, в яких потік атмосферного повітря оптимізує реактивний струмінь. Метою роботи є аналіз характеристик щілинних сопел, сопел з наземними та висотними контурами, сопел з центральним тілом, блоків сопел з соплами, покритими загальним соплом; дослідження способів регулювання висоти сопла; розробка практичних рекомендацій для проєктування ефективних сопел. У роботі використано метод експертних оцінок, розрахунково-аналітичний метод та метод ретроспективного аналізу. Щілинні сопла з високим ступенем розширення здатні значно підвищити значення середнього імпульсу тяги ракетного двигуна. При запуску ракети з поверхні Землі розділення газового потоку відбувається на краю кільцевого зазору, тобто раніше, ніж за його відсутності. Тому частина зони надмірно розширеного потоку зникає, і імпульс сопла в умовах старту збільшується. В результаті ежекції до струменя додається повітря з навколишнього середовища, що підвищує тягу двигуна. Однак щілинні висотні сопла з гладким контуром недоцільно використовувати на перших ступенях ракет через підвищений рівень втрат тяги через дисперсію потоку. Значне зменшення лінійних розмірів двигуна стає можливим при розміщенні кільцевої циліндричної камери згоряння всередині сопла. Продукти згоряння в такій камері рухаються від змішувальної головки в напрямку щілинного критичного перерізу, повертають на 180 градусів і виходять через чашоподібне надзвукове сопло. Сопло з центральним тілом формує струмінь, що сходиться до осі симетрії, в результаті чого утворюється компактний газовий факел. Саморегулювання сопла з зовнішнім розширенням, тобто розрахунковий робочий режим сопла в широкому діапазоні висот, забезпечується наявністю вільної зовнішньої межі струменевого потоку. Розглядаються нові варіанти схем блоку сопел з інтегральним соплом.