Диффузор для испытания ракетных двигателей с соплами переменной степени расширения
Владельцы патента RU 2362038:
Открытое акционерное общество Научно-производственное объединение "Искра" (RU)
Изобретение относится к стендовому оборудованию, обеспечивающему наземную отработку высотных ракетных двигателей в условиях, приближенных к летным. Диффузор для испытания ракетных двигателей с соплами переменной степени расширения содержит профилированный входной сужающийся участок, цилиндрическую горловину и расширяющийся выходной участок. На цилиндрическую горловину диффузора телескопически установлена обечайка, проходящая через герметичный паз, выполненный в стенке входного профилированного участка диффузора, и связанная с приводом. Изобретение позволяет упростить, удешевить и ускорить создание стендов для испытаний сопел переменной степени расширения за счет исключения откачивающих устройств или значительного уменьшения их потребной мощности. 2 ил.
Изобретение относится к стендовому оборудованию, обеспечивающему наземную отработку высотных ракетных двигателей в условиях, приближенных к летным.
Из технической и патентной литературы широко известен диффузор для высотных испытаний ракетных двигателей (или только их сопел), состоящий из профилированного (например, конического) входного участка, цилиндрической горловины и расширяющегося выходного участка (см., например, Шишков А.А. Газодинамика пороховых ракетных двигателей. - M.: Машиностроение, 1974 г., стр.102).
В известном диффузоре наилучшие характеристики достигаются в том случае, когда относительная площадь горловины (отношение площади цилиндрической горловины FГ к площади выходного сечения сопла Fa) составляет: 
Известный диффузор в случае его использования для испытаний сопел переменной степени расширения (например, телескопических сопел с жестким сдвигаемым насадком или сопел с гибким раскладывающимся раструбом) обладает существенным недостатком, заключающимся в следующем.
Запуск диффузора должен осуществляться при сложенном положении сопла, при этом из-за достаточно большой длины сдвигаемого насадка (раскладывающегося раструба) срез сложенного сопла оказывается существенно удаленным от входа в цилиндрическую горловину.
Вследствие образования струйного пограничного слоя на длинном участке свободного истечения (при работе двигателя со сложенным соплом) возникают значительные потери полного давления. Из уравнения неразрывности следует, что уменьшение полного давления потока на участке между срезом сложенного сопла и входом в цилиндрическую горловину требует соответствующего увеличения площади цилиндрического «горла» (по сравнению с оптимальной величиной 
).
Увеличение же поперечного размера горловины не только ухудшает пусковые и рабочие характеристики диффузора, но и делает его неработоспособным.
Для высотных испытаний сопел большой степени расширения при реализуемых уровнях давления вместе с диффузором оптимальной геометрии необходимо применение специальных откачивающих устройств, значительно усложняющих и удорожающих высотный стенд.
Технической задачей настоящего изобретения является улучшение пусковых и рабочих характеристик диффузора, предназначенного для испытаний сопел переменной степени расширения.
Технический результат достигается тем, что в диффузоре, содержащем профилированный входной сужающийся участок, цилиндрическую горловину и расширяющийся выходной участок, на цилиндрической горловине диффузора телескопически установлена обечайка, проходящая через герметичный паз, выполненный в стенке входного профилированного сужающегося участка диффузора, и связанная с приводом.
Эффект от использования изобретения достигается с помощью программированного приближения цилиндрической горловины с помощью обечайки к срезу сопла в сложенном положении (т.е. путем предельного уменьшения участка свободного истечения струи).
Для этого на цилиндроконическую горловину диффузора телескопически установлена обечайка, проходящая через герметичный паз, выполненный в стенке входного профилированного участка диффузора, и связанная с приводом.
На фигурах 1, 2 изображен общий вид диффузора в рабочем и нерабочем положениях.
Диффузор содержит входной профилированный (конический сужающийся) участок 1, цилиндрическую горловину 2, расширяющийся выходной участок 3. Со стороны конического входного участка 1 на цилиндрическую горловину 2 установлена с возможностью перемещения обечайка 4. Для этого в коническом входном участке 1 (у его основания) выполнен кольцевой паз 5. Длина паза равна расстоянию, на которое рассчитано перемещение обечайки 4. Для программированного перемещения обечайки 4 он снабжен приводом 6.
Для предотвращения попадания горячих газов в паз 5 в нем установлено уплотнение 7.
Особенности работы диффузора
Перед началом работы двигателя обечайка 4 выдвигается и устанавливается в непосредственной близости от сопла А. Запуск двигателя и диффузора производится в этом же положении обечайки 4. Перед командой на выдвижение телескопического насадка Б (раздвижку сопла) подается команда на привод перемещения обечайки 6, с помощью которого обечайка 4 вдвигается в паз 5.
После этого производится раздвижка сопла.
Улучшение пусковых и рабочих характеристик диффузоров для испытаний сопел переменной степени расширения является важной задачей, т.к. из-за большой высотности указанных сопел (
где da - диаметр выходного сечения сопла, dкр, - диаметр критического сечения сопла) диффузоры без дополнительных откачивающих устройств использоваться не могут для их огневых испытаний.
Использование изобретения позволит упростить, удешевить и ускорить создание стендов для испытаний сопел переменной степени расширения за счет исключения откачивающих устройств или значительного уменьшения их потребной мощности.
Диффузор для испытания ракетных двигателей с соплами переменной степени расширения, содержащий профилированный входной сужающийся участок, цилиндрическую горловину и расширяющийся выходной участок, отличающийся тем, что на цилиндрическую горловину диффузора телескопически установлена обечайка, проходящая через герметичный паз, выполненный в стенке входного профилированного участка диффузора, и связанная с приводом.
