вихревое сопло

Формула изобретения

Вихревое сопло, содержащее корпус с симметричными относительно центральной оси стенками, отличающееся тем, что стенки корпуса выполнены в виде винтовой спирали, соседними витками которой образованы два канала переменного сечения, при этом величина угла наклона каналов к центральной оси корпуса находится в диапазоне 0 90^o.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано для конструирования реактивного двигателя, сообщающего одновременно поступательное и вращательное движение перемещаемому аппарату или механизму.

В качестве ближайшего аналога устройства предполагается твердотопливный реактивный двигатель для ускорения вдоль пусковой трубы, профилированный элемент которого образует центральную часть кольцевого сопла (заявка Великобритании N 1586109, кл. F 02 K 9/97, 1981).

Ближайший аналог характеризуется совокупностью признаков, сходных с совокупностью существенных признаков изобретения, по содержанию корпуса сопла с симметричными относительно центральной оси стенками.

К недостатку аналога следует отнести ограниченные его функциональные возможности, определяемые сообщением соплом реактивному двигателю только поступательного движения.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей сопла без увеличения потерь кинетической энергии истекающей струи, обеспечением соплом реактивному двигателю одновременно с поступательным вращательного движения.

Технический результат достигается тем, что в сопле стенки корпуса выполнены в виде винтовой спирали, соседними витками которой образованы два канала переменного сечения, при этом величина угла наклона каналов к центральной оси корпуса находится в диапазоне от 0 до 90^o.

Если использовать термины и определения по ГОСТ 17655-89 для жидкостных ракетных двигателей, то общее определение вихревого сопла может быть сформулировано в следующей редакции:

вихревое сопло, в котором любое нормальное оси симметрии сечение потока продуктов сгорания представляет собой осесимметричный источник газа, имеющее осевую и тангенциальную составляющую компонент скорости.

На фиг.1 изображен общий вид сопла, выполненного на цилиндрической поверхности; на фиг.2 сечение сопла по его оси симметрии; на фиг.3 контур сопла, образованный сечением по нормали к винтовой поверхности канала переменного сечения; на фиг.4 суммарный вектор скорости потока истекающего газа в выходном сечении сопла и его проекции на оси координат; на фиг.5 - общий вид сопла, выполненного на конической поверхности.

Вихревое сопло (фиг. 2) содержит корпус 1 с симметричными относительно центральной оси стенками. Заднее днище двигателя скреплено с корпусом сопла рейками 2.

Работает вихревое сопло следующим образом.

Рабочее тело (газ) поступает (фиг.3) через критическое сечение шириной h. Длина канала вдоль винтовой линии определяется площадью критического сечения F_кр. Газ разгоняется до скорости . Расчет текущих значений точек контура может вестись от оси симметрии сопла 1 или 2, отстоящих от угловой точки в критическом сечении на расстоянии радиуса R или R" соответственно.

Современный вектор скорости элементарной частицы газа ( фиг.4) в выходном сечении одного из каналов сопла V и его проекции на оси декартовых координат V_x, V_y, V_z пропорциональны тяге и ее составляющим P, P_x, P_y, P_z соответственно. Если Р_x и P_y обеспечивают осевую и тангенциальную составляющие тяги, то P_z создает эксцентриситет, который парируется тягой, возникающей с диаметрально противоположной стороны второго канала переменного сечения (тип двухзаходного винта).

Максимальную осевую составляющую тяги P_x можно получить, если вихревое сопло размещено на конической поверхности (фиг.5). В этом случае со стороны потока продуктов сгорания каналы переменного сечения имеют вид спирали Архимеда.

Кроме решения поставленной задачи, вихревое сопло из-за возможности размещения большой площади критического сечения на корпусе двигателя позволяет его использовать при больших расходах рабочего тела, например, дешевых быстрогорящих порохов, увеличивая его энергетические характеристики.