Расширяющаяся насадка
 | Эта статья нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( июль 2022 г. ) |
— Расширяющееся сопло это тип сопла ракеты , которое, в отличие от традиционных конструкций, сохраняет свою эффективность в широком диапазоне высот. Он принадлежит к классу высотно-компенсирующих насадок , в который также входят заглушка и аэроспайк . Хотя расширяющееся сопло является наименее технически совершенным и простым для понимания с точки зрения моделирования, оно также является самой сложной конструкцией в изготовлении.
В традиционном колоколообразном сопле юбка двигателя имеет форму, постепенно расширяющуюся от выхода малого диаметра из камеры сгорания и увеличивающуюся по мере удаления от камеры. Основная идея состоит в том, чтобы снизить давление выхлопных газов, расширяя их в сопле, пока на выходе они не достигнут давления окружающего воздуха. Для операций на уровне моря юбка обычно короткая и сильно наклоненная, по крайней мере, по сравнению с юбками, предназначенными для операций в космосе, которые длиннее и имеют более плавную форму. Это означает, что ракетный двигатель, который тратит значительное количество времени на подъем через атмосферу, не может иметь оптимальную форму; по мере подъема давление окружающей среды меняется, поэтому точная форма и длина юбки должны измениться, чтобы поддерживать правильное давление. Конструкторы ракет должны выбрать золотую середину, которая наиболее соответствует их потребностям, понимая, что это снизит тягу на целых 30% на других высотах.
Расширяющееся сопло в некоторой степени решает эту проблему, включив в один двигатель две юбки, одну внутри другой. Первая юбка, прикрепленная непосредственно к камере сгорания , предназначена для использования на малых высотах, короткая и приземистая. Второй, расположенный снаружи первого, надевается на колокол на меньшей высоте, превращая его в более длинный и узкий (измеряемый по длине) колокол, используемый для больших высот. При взлете внешний колокол отрывается от внутреннего, в сторону от выхлопной системы. Когда космический корабль набирает высоту, внешний колокол прижимается к внутреннему, чтобы увеличить эффективность тяги. Таким образом, расширяющееся сопло может иметь две наилучшие точки, что может привести к значительному улучшению общей производительности.
В целом, расширяющаяся насадка проста по своей концепции, но ее построить значительно сложнее, чем может показаться. Колпаки двигателя необходимо охлаждать, чтобы избежать повреждения горячими выхлопами ракеты, и это создает проблемы при расширении конструкции сопел. Охлаждение обычно осуществляется путем пропускания либо окислителя, либо топлива (в случае двигателей, работающих на топливе LH2 ) через трубки в раструбе. При движении колокола трубопровод, подающий охлаждающую жидкость к колоколу, должен быть гибким, и это увеличивает сложность до такой степени, что преимущества конструкции часто считаются слишком дорогостоящими. В случае с жидким водородом жидкость также имеет тот недостаток, что она обладает высокой химической активностью, что делает различные распространенные гибкие материалы непригодными для использования в этой роли.
По вышеупомянутым причинам современные конструкции (например, НК- 33-1, РЛ-10 А-4 и РЛ-10Б-2) имеют удлинители сопла с радиационным охлаждением армированные углерод-углеродные , вообще не требующие подвода охлаждающей жидкости.
Первой конструкцией двигателя, включающей расширяющееся сопло, стал Pratt & Whitney XLR-129 . XLR-129 предназначался для установки McDonnell Aircraft на планирующий самолет , который был представлен в рамках исследования Project ISINGLASS (или RHEINBERRY), рассматривающего последующие проекты для замены Lockheed A-12 , который только что поступил на вооружение. Это была конструкция из жидкого кислорода и жидкого водорода , в которой использовалось ступенчатое сжигание и создавалась тяга около 250 000 фунтов силы (1100 кН). Увеличенная версия XLR-129 была предложена для конкурса главных двигателей космического челнока , но его выиграл RS-25 , увеличенный Rocketdyne HG-3 . Поскольку эти двигатели запускаются с момента старта во внеатмосферный космический полет, любая компенсация высоты может значительно улучшить их общие характеристики. Позднее в целях сокращения затрат от расширяющегося сопла отказались, в результате чего характеристики RS-25 на малой высоте снизились на 25%. [ 1 ]
Глушко использовал расширяющееся сопло в одной конструкции — РД-701 трехкомпонентной ракете . Финансирование закончилось с распадом Советского государства , но конструкторы убеждены, что у двигателя есть потенциал, и обратились к нескольким сторонам за дополнительным финансированием.
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ «К 2020 году сеть Pratt & Whitney GTF™ Engine MRO расширится до восьми моторных центров» . www.epicos.com . Проверено 8 июня 2022 г.