Устройство для охлаждения газовой струи ракетного двигателя

Изобретение относится к наземному оборудованию объектов ракетно-космической техники. Предлагаемое устройство содержит цилиндрический насадок, установленный в нижней части водовода. В корпусе насадка концентрично его оси установлено цилиндрическое сопло. Между внешней стороной сопла и внутренней стенкой корпуса насадка расположены равномерно по окружности четыре перекрывающие друг друга плоские наклонные лопасти. Данные лопасти образуют между собой трапециевидные сопла. Насадок соединен с боковыми стенками водовода накладками, расположенными под углом 25-35° к продольной оси насадка. Устройство позволяет формировать интенсивную конусную веерную дисперсную завесу при прохождении через указанные лопасти (сопла) воды, подаваемой из водовода. Техническим результатом изобретения является снижение газодинамического и акустического воздействия на ракету космического назначения, а также увеличение интенсивности охлаждения газовой струи ракетного двигателя. 17 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Изобретение относится к ракетно-космической технике, а именно к устройствам для охлаждения газовой струи ракетного двигателя, используемым в пусковых установках стартовых комплексов.

Известна система охлаждения газовой струи двигателя ракеты-носителя, включающая патрубки с щелевыми насадками, используемые в космическом стартовом комплексе (см. патент №2099255, МПК⁶ В64G 5/00, F42B 15/00).

Известна также система охлаждения газовой струи ракетного двигателя стартового комплекса, включающая трубопроводы, проложенные от емкости с водой к патрубкам с щелевыми насадками, установленным на пусковом столе, через водоводы которых вода подается для охлаждения газоотражателя (см. книгу "Технологические объекты наземной инфраструктуры ракетно-космической техники" (инженерное пособие) под общей редакцией доктора технических наук, профессора И.В.Бармина. Москва 2005 год).

Система предназначена для защиты газоотражателя от воздействия высокотемпературного газового потока, а также охлаждения этого потока и защиты хвостовой части ракеты космического назначения.

Технической задачей, решаемой настоящим изобретением, является увеличение интенсивности охлаждения газовой струи ракетного двигателя, снижение газодинамического и акустического воздействия на ракету космического назначения и уменьшение габаритов газоотражателя за счет увеличения количества воды, дисперсно подаваемой в газовую струю ракетного двигателя, и увеличение длины участка газовой струи, в который она вводится.

Поставленная техническая задача решается за счет того, что устройство снабжено установленным в нижней части водовода патрубка цилиндрическим насадком, содержащим цилиндрический корпус, внутри которого концентрично оси корпуса установлено цилиндрическое сопло, с внешней стороны которого расположены равномерно по окружности четыре перекрывающие друг друга плоские наклонные лопасти, связанные с внутренней стенкой корпуса насадка, причем насадок соединен с боковыми стенками водовода накладками, расположенными под углом 25-35° к продольной оси насадка. При этом лопасти установлены под углом 20-25° к нижней кромке корпуса насадка и образуют между собой наклонные трапециевидные сопла, расположенные между внутренней стенкой корпуса насадка и наружной стенкой цилиндрического сопла.

На фиг.1 показан общий вид устройства,

на фиг.2 - вид по стрелке А на фиг.1,

на фиг.3 - цилиндрический насадок,

на фиг.4 - вид по стрелке Б на фиг.3,

на фиг.5 разрез В-В на фиг.3 по лопастям насадка.

Предлагаемое устройство содержит патрубок 1 с центральным наклонным водоводом 2 прямоугольного сечения, на наружной поверхности которого со стороны воздействия газовой струи установлены щелевые заставки 3. На выходном конце центрального водовода 2 соосно газовой струе установлен цилиндрический насадок 4, соединенный с боковыми стенками водовода 2 накладками 5, расположенными под углом α₁=25-35° к продольной оси насадка 4.

Для крепления в стартовом сооружении патрубок 1 снабжен фланцем 6 с отверстием 7 для подвода воды. Насадок 4 содержит цилиндрический корпус 8 с концентрично установленным внутри цилиндрическим соплом 9. Между внутренней стенкой корпуса 8 и наружной стенкой сопла 9 установлены четыре перекрывающие друг друга на угол α₃=25-45° плоские лопасти 10, расположенные под углом α₂=20-25° к нижней кромке корпуса 8, лопасти 10 образуют в зоне перекрытия наклонные трапециевидные сопла 11 между внутренними стенками корпуса 8 и наружными стенками сопла 9. Нижние внутренние кромки лопастей 10 соединены с нижней кромкой корпуса 8 насадка 4. Вода под давлением подается в центральный водовод 2 патрубка 1 через отверстие 7 в присоединительном фланце 6. При движении внутри водовода 2 часть воды отводится к щелевым насадкам 3, которые создают на выходе многоярусную веерную дисперсную водяную завесу. Остальная вода подается в насадок 4. В насадке 4 часть воды, проходя через четыре наклонные сопла 11 трапециевидного сечения, закручивается и формируется в конусную веерную дисперсную завесу. Оставшуюся часть воды сопло 9 направляет вниз. Водяные веерные завесы, создаваемые щелевыми насадками 3 и насадком 4, взаимодействуют с газовой струей ракетного двигателя, а вода из сопла 9 подается на газоотражатель (на чертеже не показан).

Для подтверждения эффективности установки на выходном отверстии центрального водовода патрубка цилиндрического насадка предлагаемой конструкции проведены сравнительные испытания моделей патрубков, выполненных в масштабе М1:5. Проливочные испытания моделей патрубков показали значительное увеличение дисперсной водяной завесы при использовании цилиндрического насадка предлагаемой конструкции. Испытания патрубков при взаимодействии с газовой струей ракетного двигателя также подтвердили эффективность применения насадка предлагаемой конструкции. Получено снижение акустического давления на корпус модели ракеты космического назначения и уменьшение газодинамических и тепловых нагрузок на газоотражатель, что, в свою очередь, позволяет уменьшить глубину газохода пусковой установки или снизить расход охлаждающей воды.

1. Устройство для охлаждения газовой струи ракетного двигателя и для снижения газодинамического и акустического воздействия на ракету, содержащее патрубок с наклонным водоводом и установленный в нижней части последнего на его выходном конце насадок, имеющий корпус, внутри которого установлено сопло, направляющее часть поступающей из водовода воды вниз, при этом с внешней стороны указанного сопла расположены наклонные лопасти, выполненные с возможностью формирования конусной веерной дисперсной водяной завесы при прохождении через них воды, подаваемой из водовода.

2. Устройство по п.1, в котором патрубок включает фланец с отверстием для подачи воды, при этом фланец выполнен с возможностью крепления патрубка в стартовом сооружении.

3. Устройство по п.1, в котором водовод патрубка выполнен с прямоугольным сечением.

4. Устройство по п.1, в котором на наружной поверхности патрубка установлены щелевые насадки, расположенные со стороны набегающей газовой струи.

5. Устройство по любому из пп.1-4, в котором насадок выполнен цилиндрической формы.

6. Устройство по п.5, в котором насадок включает цилиндрический корпус.

7. Устройство по любому из пп.1-4, в котором насадок соединен с боковыми стенками водовода накладками.

8. Устройство по п.7, в котором накладки расположены под углом 25-35° к продольной оси насадка.

9. Устройство по любому из пп.1-4, в котором сопло установлено концентрично корпусу.

10. Устройство по п.9, в котором сопло, установленное в корпусе насадка, имеет цилиндрическую форму.

11. Устройство по любому из пп.1-4, в котором лопасти расположены в насадке таким образом, что они перекрывают друг друга.

12. Устройство по п.11, в котором лопасти перекрывают друг друга на угол 25-45°.

13. Устройство по любому из пп.1-4, в котором лопасти выполнены связанными с внутренней стенкой корпуса насадка.

14. Устройство по п.13, в котором лопасти установлены под углом 20-25° к нижней кромке корпуса насадка.

15. Устройство по любому из пп.1-4, в котором лопасти образуют между собой наклонные трапециевидные сопла, расположенные между внутренней стенкой корпуса насадка и наружной стенкой сопла, расположенного в насадке.

16. Устройство по любому из пп.1-4, в котором лопасти расположены равномерно по окружности.

17. Устройство по любому из пп.1-4, в котором насадок включает четыре лопасти.

18. Устройство по любому из пп.1-4, в котором лопасти выполнены плоскими.