Оптимальное сопло жидкостного ракетного двигателя ракет стратегического назначения

 

Сопло предназначено для использования в жидкостных ракетных двигателях. Оно содержит полость сгорания, а также диффузорную и конфузорную части, является местным гидравлическим сопротивлением. Коэффициент местного гидравлического сопротивления определяется зависимостью, защищаемой изобретением. Применение оптимального ракетного сопла позволит ракетам стратегического назначения при неизменном сочетании горючего и окислителя достичь больших скоростей. 1 ил.

Изобретение относится к области ракетостроения.

Известно ракетное сопло двигателей ракет стратегического назначения, которое состоит из полости сгорания, конфузора и диффузора [1].

Однако в этой конструкции не учитывается то, что можно рассчитать, спроектировать, изготовить ракетное сопло с максимальным усилием на ракету в полости сгорания.

Научной и технической задачей излагаемого изобретения является определение такого отношения диаметра полости сгорания к диаметру критического сечения сопла ракеты стратегического назначения, при котором достигается наибольшее усилие на ракету от давления газовых струй в полости сгорания.

Эта задача решается тем, что сопло рассматривается как местное гидравлическое сопротивление потоку жидкости в трубе при числах Rе > 25 000, рассчитанных по параметрам жидкости до местного сопротивления.

На чертеже изображено ракетное сопло 1 с необходимыми размерами и параметрами выхлопных газов до критического сечения и после оного.

Усилие на ракету от давлений в полости сгорания, конфузоре и диффузоре будет где d₂ - диаметр поперечного сечения критического сечения сопла, d₃ - наибольший диаметр диффузора, P₁ - давление в полости сгорания, P₂ - давление в диффузоре, π - число иррациональное.

Разность давлений до и после критического сечения сопла рассчитывается по следующей зависимости: где
ζ - коэффициент местного сопротивления,
ρ₁ - плотность газа в полости сгорания,
v - скорость газовых струй до критического сечения сопла.

При этом коэффициент местного сопротивления рассчитывается по следующей зависимости:
ζ = a·(d₂/d₁)ⁿ·Re^m,
полученной по экспериментальным исследованиям, где
a - коэффициент,

где
d₁ - диаметр поперечного сечения полости сгорания,
ν - коэффициент кинематической вязкости газово - жидкостных струй до критического сечения сопла,
n, m - показатели степеней, находимые экспериментальным путем.

Так как истечение происходит в атмосферу или в вакуумное пространство, то давление P₂ будет минимум на порядок мало по сравнению с разностью давлений (P₁-P₂), значит, членом можно пренебречь.

После подстановок получается зависимость

Так как сочетание горючих и окислителей малое число, то от числа Re, v, ρ₁ : P₁ - дискретно зависит, поэтому максимум отношения d₁/d₂ создает максимальное усилие на ракету при неизменном размере d₂.

Применение оптимального ракетного сопла позволит ракетам стратегического назначения и ракетам ПВО при неизменном сочетании горючих и окислителей достичь больших скоростей.

Формула изобретения

Сопло жидкостного ракетного двигателя, состоящее из полости сгорания, конфузора, диффузора, отличающееся тем, что сопло является местным гидравлическим сопротивлением, при этом коэффициент местного гидравлического сопротивления рассчитывается по зависимости
ϕ = a·(d₂/d₁)ⁿ·Re^m,
где a - коэффициент;
d₂ - диаметр поперечного сечения критического сечения сопла;
d₁ - диаметр поперечного сечения полости сгорания,

где v - скорость газовых струй до критического сечения сопла;
ν - коэффициент кинематической вязкости газовых струй до критического сечения сопла;
n, m - показатели степеней, находимые экспериментальным путем,
при этом максимум отношения d₁/d₂ создает максимальное усилие на ракету.

РИСУНКИ

Рисунок 1