Насадка для компенсации высоты

Сопло с компенсацией высоты — это класс ракетных двигателей сопел , которые предназначены для эффективной работы в широком диапазоне высот.

Обычные конструкции

Насадки могут быть (сверху вниз):

1. Недорасширенный
2. Окружающий
3. Перерасширенный
4. Сильно расширен

При недостаточном или чрезмерном расширении происходит потеря эффективности. Сильно расширенные сопла повышают эффективность, но выхлопная струя нестабильна. Обычные сопла становятся все более недорасширенными по мере набора высоты.

Основная концепция любого колокола двигателя заключается в эффективном направлении потока выхлопных газов ракетного двигателя в одном направлении. Выхлопные газы, представляющие собой высокотемпературную смесь газов, имеют фактически случайное распределение импульса, и если позволить им выйти в такой форме, только небольшая часть потока будет двигаться в правильном направлении, способствуя созданию прямой тяги.

Колпак двигателя работает, ограничивая боковой поток газов, создавая локальную область повышенного давления с областью более низкого давления «под ней». Это заставляет газы преимущественно течь в направлении уменьшения давления. Благодаря тщательному проектированию колокол двигателя становится шире, так что давление снижается таким образом, что к тому времени, когда поток выхлопных газов достигает выхода из колокола, он движется почти полностью назад, максимизируя тягу.

Проблема традиционного подхода заключается в том, что давление наружного воздуха также способствует ограничению потока выхлопных газов. На любой заданной высоте, то есть при любом давлении окружающего воздуха, колокол может быть спроектирован почти «идеальным», но тот же самый колокол не будет идеальным при других давлениях или высотах. Таким образом, когда ракета преодолевает атмосферу, ее эффективность и, следовательно, тяга изменяются довольно резко, часто до 30%.

Форсунки с компенсацией высоты

Сопла с компенсацией высоты устраняют эту потерю эффективности, изменяя форму или объем сопла ракеты по мере того, как ракета поднимается через атмосферу. Существует множество конструкций, позволяющих достичь этой цели, и аэроспайк, пожалуй, наиболее изученный среди них.

• Аэроспайк двигатель
• Заглушка насадки
• Расширяющаяся насадка
• Сопло с одинарной рампой расширения
• Ступенчатая насадка
• Расширяющее отклоняющее сопло
• Удлинитель сопла

Другие методы компенсации высоты

• Многоступенчатая ракета
• Трехкомпонентная ракета