Раздвижные и стационарные неохлаждаемые сопловые насадки

[Salo]

В книге "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П.Королёва. На рубеже двух веков 1996-2001.", стр.691-693:

Раздвижной сопловой насадок

В процессе проектирования РБ «Таймыр», как уже отмечено выше, из-за жестких ограничений по осевому габариту в качестве его маршевого двигателя был принят двигатель 11Д58МФ — модификация базового двигателя 11Д58М, в которой предусматривалось существенное изменение компоновки. В связи с этим кардинально изменились конструкция силовой рамы, ряд корпусных деталей и вся обвязка его качающейся части.
Кроме того, из-за ограничений по осевому габариту пришлось значительно сместить бустерный ТНА окислителя от его осевого расположения, принятого на всех модификациях РБ ДМ. Это, в свою очередь, привело к отказу от отработанной конструкции заборных устройств в баке окислителя РБ  «Таймыр» и изменению технологии изготовления нижнего днища этого бака но сравнению с блоком ДМ.
Естественно, что эти изменения в двигательной установке РБ «Таймыр» требовали больших дополнительных затрат времени и средств на подготовку производства и отработку. Все трудности были устранены в результате глубокой модернизации соплового насадка радиационного охлаждения (СНРО) базового двигателя 11Д58М: кроме изготовления насадка из легкого композиционного материала углерод-углерод (УУКМ), принятого в эскизном проекте на РБ «Таймыр», предлагалась его раздвижная конструкция. В основу такого конструктивного решения был положен отечественный опыт использования раздвижных сопловых насадков в твердотопливных ракетных двигателях.
Наибольший опыт создания раздвижных насадков в России имеет НПО «Искра» (генеральный конструктор М.И. Соколовский) в г. Перми. Коллективом этого предприятия разработаны многие РДТТ, в том числе в сотрудничестве с РКК «Энергия» им. С.П. Королева — твердотопливная ракета 8К98.
Делегация Корпорации во главе с заместителем генерального конструктора Б.А. Соколовым (В.Г. Хаспеков, Н.Н. Тупицын, Б.П. Сотсков, А.В. Козлов, А.В. Межевов) 1 сентября 1999 г. посетила НПО «Искра». Члены делегации ознакомились с изделиями и договорились с руководством (главный конструктор Г.А. Зыков, заместитель главного конструктора Е.И. Иоффе) о разработке раздвижного насадка, выполненного из материала типа углерод-углерод для двигателя 11Д58М.
Использование раздвижного соплового насадка радиационного охлаждения (РСНРО) на двигателе 11Д58М блока «Таймыр» позволит:
-увеличить геометрическую степень расширения сопла и за счет прироста удельного импульса увеличить массу выводимого полезного груза на 20...30 кг (с учетом потерь на введение выдвижных устройств);
-практически исключить конструктивные отличия двигателя для РБ «Таймыр» от базового двигателя 11Д58М, выполнив требование минимального осевого габарита блока;
-сохранить преемственность конструкции и характеристики заборных устройств бака «О», а также технологии производства его нижнего днища, исключив таким образом необходимость освоения производства элементов РБ и их отработки;
-обеспечить максимальную унификацию двигательных установок разгонных блоков «Таймыр» и ДМ;
-в перспективе перейти к использованию РСНРО и на базовом двигателе 11Д58М для всех модификаций РБ ДМ (включая блок ДМ-SL для РКК «Морской старт»), существенно увеличив их энергетическую эффективность.
В середине 2000 г. завершена разработка конструкторской документации на РСНРО, в том числе разработка механизма выдвижения. В конструкции сохранен фланец крепления насадка к охлаждаемому соплу двигателя, что позволяет без доработки использовать РСНРО на двигателе 11Д58М.
Во II квартале 2000 г. в РКК «Энергия» проведен комплекс огневых испытаний двигателя 11Д58М, оснащенного фрагментами из материала углерод-углерод, изготовленными по различной технологии. По результатам выбран тип углерод-углеродного композиционного материала для штатного РСНРО.
После огневого испытания отмечено хорошее состояние насадка и принято решение о продолжении его испытаний в составе двигателя в 2001 г. В конце 2000 г. изготовлен укороченный сопловой насадок из УУКМ со штатным узлом крепления к охлаждаемому соплу двигателя 11Д58М. В этот же период был сделан первый шаг в направлении применения РСНРО: принято решение о внедрении на двигателе 11Д58М в составе разгонного блока ДМ-SL, начиная с № 16Л, удлиненного соплового насадка радиационного охлаждения. Он состоит из двух частей, аналогичных неподвижной и выдвигаемой частям РСНРО, но соединяемых между собой не в полете, а при сборке РБ без выдвижного механизма. Такое решение стало возможным благодаря модернизации, проводимой на второй ступени РН «Зенит-3SL». В результате был увеличен осевой габарит двигателя 11Д58М для разгонного блока ДМ-SL.

Рабочее положение сопловой части двигателя 11Д58М


Разгонный блок Корвет.

РД-58М с углерод-углеродным сопловым насадком


Интересная картинка: изображён НК-33-1, а в тексте говорится об РД-58. :wink:
Правда приведен номер патента.

[Salo]

Работы по модернизации НК-33. НК №1 2003 год
 

Так, на двигателе НК-33-1 предлагается увеличить геометрическую степень расширения сопла с Fа = 27.6 до Fа = 79.5 с помощью выдвижного соплового насадка. В этом случае на участке полета РН до 10 км будет работать «земное» сопло, а с высоты примерно Н = 10 км – «земное» сопло с выдвижным сопловым насадком, обеспечивающим вышеуказанное расширение. При этом удельный импульс тяги ЖРД с выдвижным сопловым насадком в пустоте возрастает на ~14 кгс/кг, а тяга соответственно на ~8 тс.

НК-33 с узлом качания: 1 – рулевая машина, 2 – опорный конус, 3 – плоскость Р двигателя НК-33, 4 – узел качания, 5 – гибкий трубопровод, 6 – гибкий трубопровод подвода горючего, 7 – эластичная тепловая защита, 8 – силовое кольцо, 9 – тарелка тепловой защиты.


НК-33-1: 1 – сопловой насадок, 2 – привод, 3 – подвеска, направляющая рейка, 5 – стойка силовая, 6 – уплотнение, 7 – неподвижная часть соплового насадка.


Высотные характеристики НК-33-1 (для различных Ркс) .

[Salo]

Была ещё статья в НК №10 за 2005 "Сопловые насадки из Перми".
Но в архиве НК её нет, есть только на диске.  

[Salo]

С сайта НПО Искра:

Раздвижные сопла и сопловые насадки для РДТТ и ЖРД
 
НПО "Искра" имеет 30-летний опыт создания раздвижных сопел для ракетных двигателей различного назначения и является мировым лидером в этом направлении двигателестроения.

В конструкции раздвижных насадков заложены оригинальные технические решения, обеспечивающие выдвижение и фиксацию насадков в рабочем положении, как до запуска двигателя, так и в процессе его работы.

В качестве материала сопловых насадков используется углерод-углеродные композитные материалы.

Применение раздвижных сопел для твердотопливных ракетных двигателей и сопловых насадков для жидкостных ракетных двигателей является эффективным способом повышения энергетических характеристик двигателей и носителей.

Работоспособность насадков в составе жидкостных ракетных двигателей подтверждена серией огневых испытаний длительностью до 1500 секунд, успешной эксплуатацией в составе двигателя 11Д58М разгонного блока ракетоносителя "Зенит 3 SL", запускаемого в рамках программы "Морской старт".

Предприятие располагает развитой производственной инфраструктурой, обеспечивающей весь цикл создания раздвижных сопел и насадков, включая проектирование, испытания, серийное изготовление.

Универсальность применяемых устройств, использование отработанных решений позволяют адаптировать конструкцию раздвижного насадка для любых типов двигателей и обеспечить поставку товарных насадков.

Раздвижное сопло РДТТ высотной ступени ракеты  с двумя выдвигаемыми насадками.



РД-58М со стационарным насадком и без.
УИ вырос с 353с до 357с.

Ещё помнится установили стационарный насадок длиной 200м на сопло С5.92. УИ увеличился с 327 с до 332,5 с.

[Salo]

http://www.innovbusiness.ru/projects/view.asp?r=1402

Название инновационного проекта:  Сопло ракетного двигателя
Область применения:  Ракетно-космическая техника
Аннотация:  Сопло жидкостного ракетного двигателя содержит охлаждаемую часть со шпангоутом на срезе, сопловой насадок из композиционного материала и узел стыка между ними. Узел стыка выполнен в виде замкового соединения, образованного поверхностью шпангоута, частью соплового насадка, охватывающего шпангоут, силовым кольцом между ними и элементами крепления силового кольца к шпангоуту и к выступающей части насадка, соответственно. Высокая надежность стыка обеспечена за счет выноса его из зоны высокотемпературного радиационного излучения. Конструкция позволяет стыковать насадки к соплам уже созданных жидкостных ракетных двигателей, что дает возможность увеличить массу полезной нагрузки (коммерческого груза), выводимой РН, и получить существенный экономический эффект. Объём необходимых инвестиций - внебюджетные средства, 100%.  
Объект интеллектуальной собственности:  изобретение
Стадия освоения разработки:  Промышленное освоение.
Охранные документы:  Патент РФ на изобретение № 2266424 от 20.12.2005 по заявке № 2003116964 (приоритет 06.06.2003).
Формы сотрудничества:  Предоставление лицензии.
Название предприятия:  "Искра", НПО, ОАО

[Salo]

НПО "Искра". В авангарде отечественного машиностроения

Ракетно-космические технологии

Созданное в 1955 г. НПО «Искра», тогда – СКБ-172 (Специальное конструкторское бюро) артиллерийского вооружения Пермского машиностроительного завода им. В.И. Ленина, предназначалось для решения оборонных задач, и в начале производственной деятельности стало тесно сотрудничать с ОКБ-1 (главный конструктор С.П. Королев). В те годы предприятие занималось разработкой ракетных двигателей твердого топлива (РДТТ) первой отечественной межконтинентальной твердотопливной ракеты.

Одновременно проводились опытные работы по созданию крупногабаритных многосекционных ускорителей для ракет-носителей.

Первый опыт работы по космической тематике предприятие получило в конце 60-х годов, изготавливая двигатели систем аварийного спасения и мягкой посадки для пилотируемого комплекса «Алмаз».

Участие НПО «Искра» в космических программах продолжилось в 1978-1988 гг. разработкой РДТТ систем отделения, торможения и мягкой посадки космического корабля ракетно-космического комплекса «Энергия-Буран».

В процессе создания ряда поколений РДТТ для ракетных и ракетно-космических комплексов в НПО проводились работы по совершенствованию конструктивных схем и улучшению характеристик двигателей.

Возрастающие требования к характеристикам РДТТ при жестких габаритных ограничениях предопределили проведение «Искрой» с начала 70-х гг. работ по повышению энергетических характеристик твердотопливных двигателей за счет увеличения степени расширения сопел. Результатом работ стало создание и успешное внедрение в конструкцию целого ряда РДТТ высотных ступеней ракет раздвижных сопел с одним или двумя выдвигаемыми насадками. Причем сделано это было на 5 лет раньше, чем за рубежом (в США).

В настоящее время предприятие успешно реализует накопленный при создании РДТТ научно-технический потенциал, участвуя в работах над совершенствованием жидкостных ракетных двигателей, путем оснащения их раздвижными сопловыми насадками из углерод-углеродного композиционного материала (УУКМ).

Опыт применения конструкций из УУКМ для сопел РДТТ позволил «Искре» предложить эффективный способ повышения характеристик двигателей для ракет-носителей «Зенит», «Протон» и других.

[Salo]

СЮРПРИЗЫ "Двигателей-2000" НК №6 2000 год

Высотный сорокатонник НК-31

   Этот снабженный карданным подвесом двигатель разработан в начале 1970-х годов для четвертой ступени РКК Н-1–Л-3. Как следует из сопровождающей таблички, НК-31 имеет ресурс 1200 сек. Представленный экземпляр (№ М11501) проработал на стенде 1500 сек. Суммарная наработка ЖРД и его прототипа – 60350 сек. Двигатель обладает весьма современными параметрами и свойством «горячего» (без захолаживания) запуска.
   Неожиданностью стало высказанное на «Двигателях-2000» предложение об использовании НК-31 в качестве маршевого двигателя третьей ступени перспективного РКК «Ямал». До последнего времени в качестве безальтернативного варианта всех «союзовских» блоков «И» рассматривался четырехкамерный ЖРД разработки КБ химической автоматики (КБХА, г.Воронеж). Однако некоторые трудности, связанные с отработкой сравнительно миниатюрной камеры сгорания воронежского РД-0124, вынуждают рассмотреть возможность перехода на однокамерный вариант.
   Сейчас, на стадии окончания эскизного проектирования «Ямала», предложения по однокамерному ЖРД выглядят несвоевременными: «ЦСКБ-Прогресс» уже сориентировано на «четырехкамерник». «Однокамерность» подразумевает иную компоновку ступени, с возможным введением торового бака и установкой в его нише маршевого ЖРД. «Плывет» весь проект РКК, что требует серьезной переделки стартового комплекса.
   Однако в свете сложившегося положения, чтобы не топтаться на месте, КБХА предложило четыре варианта компоновки блока «И» с однокамерным двигателем. Наибольшего внимания заслуживает модификация с ВСН. В «сложенном» положении ЖРД выше четырехкамерного собрата лишь на 250–300 мм, что позволяет не делать торовый бак, а ограничиться удлинением блока «И» на соответствующую величину. Это не ведет к коренной ломке наземной инфрастуруктуры – можно лишь слегка изменить заправочные шланги да немного (и то, если потребуется) нарастить площадки обслуживания на стартовом сооружении. Добавим: в России выдвижной насадок пока применялся лишь на твердотопливных ступенях МБР.
   Интересен способ развертывания ВСН. Нынешний вариант «горячего» разделения ступеней «Ямала» позволяет ввести насадок только после включения ЖРД, что сложно и небезопасно с точки зрения динамики. Теперь предлагается несколько перекомпоновать двигательный отсек, жестко установив маршевый ЖРД и введя автономный рулевой двигатель с отдельным ТНА. Тяга «рулевика» невелика (4х300 кгс), но этого вполне достаточно для отработки программы тангажа – сильных возмущений на участке работы блока «И» практически нет...
   Сначала включается рулевой ЖРД, обеспечивающий отход от второй ступени и устойчивый и управляемый полет. Затем, через 6–7 сек, разворачивается ВСН, проверяется герметичность и запускается маршевый двигатель. После выхода его на режим сбрасывается хвостовой отсек. Получается «полугорячая» схема разделения, используемая сейчас на «Зените» и «Протоне».
   Все это позволяет перейти на однокамерный маршевый ЖРД оптимальной размерности, уйти от применения на нем кардана (облегчение конструкции) и решить задачу дросселирования (55–60% по ТЗ). «Рулевики» дают «дроссель» на 96% и глубже.
   Сейчас необходимо убедить ракетчиков, которые считают слишком сложным иметь на ступени два автономных ЖРД. Однако в принципе неважно, сколько используется двигателей и ка-ких – важно выполнить задачу. И камеры для «рулевиков», и подходящий ТНА можно подобрать из имеющейся номенклатуры.
КБХА уже демонстрировало на международных салонах однокамерный вариант РД-0124М с ТНА от четырехкамерного двигателя и камерой, взятой от ЖРД баллистической ракеты с подводным стартом. Однако он пока существует лишь в «полумакетном» исполнении.
   Возможна альтернатива: применение на воронежском двигателе самарской камеры от НК-31. ТНА и газоподающий тракт с РД-0124 остается практически без изменений. Специалисты КБХА рассматривают этот вариант, хотя и он небезупречен: по удельному импульсу и удельной массе НК-31 уступает РД-0124.
  Это интересное решение имеет исторические корни. Так начинались все ЖРД третьих ступеней «семерки» – с камеры сгорания конструкции М.В.Мельникова (ОКБ-1) и ТНА конструкции С.А.Косберга (ОКБ-156). Четырехкамерный двигатель «Союза» возник путем сборки в блок четырех единичных (уже собственно воронежских) камер с общим ТНА.
   В принципе, предлагаемая схема позволяет в ряде случаев объединить третью ступень и разгонный блок. Все зависит от задач полета. Если требуется, например, вывести КА на солнечно-синхронную орбиту высотой порядка 1000 км, то основной участок можно пройти на маршевом двигателе, а высоту поднять на «рулевиках». Так работает «Зенит-2». При выходе на более высокую орбиту отрабатывается одно включение маршевого ЖРД, потом полет на «рулевиках», а затем – повторный запуск. Так работает «Циклон-3». На определенных орбитах такой режим дает выигрыш.
   Для достижения высоких орбит надо повторно включать маршевый ЖРД через 45 мин (в антиподной точке). Так долго тянуть на «рулевиках» нельзя – их обязательно надо выключать. Значит, для повторного включения нужны системы управления (СУ) и обеспечения запуска (СОЗ) – это уже прямая дорога к разгонному блоку. А ЖРД третьей ступени для него переразмерен...

[Salo]

А почему бы не применить раздвижной сопловой насадок на РД-120 второй ступени Зенита? Там тоже полугорячее разделение. Двигатель неподвижный. Насадок можно развернуть на холодном РД-120 во время разделения.  
УИ РД-120 - 350с. Можно было бы увеличить до 355-360с.
Правда компоновка второй ступени очень  плотная, РД-0120 стоит внутри тороидального бака керосина. И всунуть туда ещё и насадок надо постараться.

На третьей ступени Протона тоже ведь можно использовать.
Здесь ситуация проще. Можно и стационарный насадок поставить, увеличив длину межступенчатого переходника.
У РД-0213  УИ 326,5 с. Можно приподнять до 330-332с. Да ещё и тяга подрастёт на пару процентов.

[frigate]

RL10B-2 - NOZZLE EXTENSION ASSEMBLY IMPROVEMENTS FOR DELTA IV

Во второй половине 90-х Pratt & Whitney выбрала французскую компанию Snecma Moteurs для
проектирования и серийного производства раздвижного соплового насадка NEA
(Nozzle Extension Assembly) двигателя RL10B-2 используемого на верхних ступенях
РН Delta III и Delta IV (Boeing).



Characteristics
Thrust: 110.000 kN
Weight: 301.2 kg
Fuel/oxidizer: Liquid hydrogen/liquid oxygen
Mixture Ratio: 5.88:1
Specific Impulse: 465.5 sec
Length
- stowed: 2197 mm
- deployed:  4153 mm
Diameter (nozzle extension) 2146 mm



http://rocket.itsc.uah.edu/u/education/files/MAE_695/Reports/09/09_Nozzle_Extension_Assembly.pdf

[Shin]

Была ещё статья в НК №10 за 2005 "Сопловые насадки из Перми".
Но в архиве НК её нет, есть только на диске.  

Вот:

http://www.novosti-kosmonavtiki.ru/nk/forum-pic/Iskra_NK2005-10-.pdf

[Salo]

РД-0154 (проект) с раздвижным сопловым насадком:


НК-33-1 с раздвижным сопловым насадком:

[Salo]

РД-0146 со стационарным сопловым насадком и без:

[Salo]

РД-57М с сопловым насадком:

[Salo]

РД-161 с удлинительным сопловым насадком из углепластика, охлаждаемым излучением:

[Гусев_А]

Подскажите пожалуйста.
Были вроде задумки применить разрвижной сопловый насадок на РД-0120 и применить его на Энергии-2, кроме того еще двигатель форсировать, так что в итоге тяга в вакууме должна была достичь 230 тонн. А без форсирования, только с насадком сколько могло получиться тяги и УИ.

[Salo]

Патент НПО Искра:
http://www.sibpatent.ru/patent.asp?nPubl=2175725&mpkcls=F02K001&ptncls=F02K001/00&sort=2



http://ru-patent.info/21/80-84/2180405.html

РАЗДВИЖНОЕ СОПЛО РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ
Патент Российской Федерации

Суть изобретения: Раздвижное сопло ракетного двигателя содержит стационарную часть, сдвигаемые насадки, механизм центрирования насадков и цилиндрические оболочки внутри каждого насадка с механизмами их сброса, внутри каждого насадка со стороны меньшего торца установлено подвижное и упруго поджатое в осевом направлении П-образное кольцо, которое непосредственно взаимодействует с одной стороны с цилиндрическим участком сдвигаемого насадка, а с другой стороны - с внутренней стороной цилиндрической оболочки, а в месте контакта П-образного кольца с цилиндрической оболочкой на наружной поверхности последней выполнен профильный кольцевой выступ, входящий в соответствующий кольцевой паз сдвигаемого насадка, причем цилиндрическая оболочка со стороны меньшего торца насадка имеет меридиональные разрезы. Изобретение позволяет обеспечить высокую точность соединения сдвигаемых насадков и цилиндрических оболочек. Точность срабатывания при фиксации насадков практически не зависит от овальности и эллипсности посадочных мест сопряжения, а более короткая силовая связь между цилиндрической оболочкой и сдвигаемым насадком обеспечивает минимальную массу сопла при максимальной жесткости соединения. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.  
Номер патента: 2180405  
Класс(ы) патента: F02K1/09, F02K9/97  
Номер заявки: 2000113613/06  
Дата подачи заявки: 26.05.2000  
Дата публикации: 10.03.2002  
Заявитель(и): Открытое акционерное общество Научно-производственное объединение "Искра"  
Автор(ы): Смольников В.В.; Соколовский М.И.; Зыков Г.А.; Болотов А.А.; Власов С.Ф.  
Патентообладатель(и): Открытое акционерное общество Научно-производственное объединение "Искра"  
Описание изобретения: Изобретение относится к ракетной технике и может быть использовано при разработке раздвижных сопел ракетных двигателей.
Известны раздвижные сопла, имеющие выдвижной конический насадок, который перед началом или во время работы двигателя устанавливается в рабочее положение (см. патент США 4383407 от 17.05.83 г. Thikol Corporation, автор Frank S. Ihman, МКИ F 02 К 1/09). Такое сопло имеет направляющие в виде нескольких винтов, которые приводятся во вращение одним приводом. Скорость раздвижки такого сопла весьма ограничена.
Известно раздвижное сопло, в котором насадки центрируются при помощи двухзвенных рычагов (пантографов). В этом сопле внутри сдвигаемых насадков установлены сбрасываемые цилиндрические оболочки, которые в случае холодной раздвижки лучше центрируют сдвигаемые насадки, а в случае горячей раздвижки обеспечивают появление дополнительной газодинамической силы трения, которая способствует более быстрой раздвижке насадков (международная заявка WO 98/28533, взята за прототип).
Организованный сброс цилиндрических оболочек обеспечивается при помощи различных механизмов, например при помощи тросовой системы, которая удерживает цилиндр вместе с насадком в сложенном положении. Расфиксация этой системы происходит в районе меньшего диаметра насадков при помощи радиально установленных пальцев, взаимодействующих с неподвижной частью сопла в момент стыковки. Основным недостатком этой конструкции сопла является длинная силовая кинематическая связь между сбрасываемым цилиндром и точкой крепления тросов на радиальных пальцах, установленных в районе меньшего диаметра насадка.
Необходимо отметить, что длинные тросы обычно вытягиваются, и при транспортировке вся система будет хлябать, то есть между насадками и цилиндрическими оболочками появятся люфты. Кроме того, учитывая реальную эллипсность и овальность посадочных мест насадков, доходящих до 3-5 мм, трудно ожидать, что все радиальные пальцы сработают одновременно и одновременно освободят все тросы крепления цилиндрических оболочек. Нерасфиксация даже одного троса может привести к аварийной ситуации.
Технический результат достигается тем, что в известном раздвижном сопле, содержащем стационарную часть и сдвигаемые насадки, механизм центрирования насадков и цилиндрические оболочки в каждом насадке с механизмом сброса цилиндрических оболочек, внутри каждого насадка со стороны меньшего торца установлено подвижное и упруго поджатое в осевом направлении П-образное кольцо, которое непосредственно взаимодействует с одной стороны с цилиндрическим участком сдвигаемого насадка, а с другой стороны - с внутренней стороной цилиндрической оболочки, а в месте контакта П-образного кольца с цилиндрической оболочкой на наружной поверхности последней выполнен профильный кольцевой выступ, входящий в соответствующий кольцевой паз сдвигаемого насадка, причем цилиндрическая оболочка со стороны меньшего диаметра насадка имеет меридиональные разрезы.
На фиг.1 изображен внешний вид раздвижного сопла в сложенном положении. На фиг.2 показана выноска 1 в более крупном масштабе. На фиг.3 показаны стыковки сдвигаемого насадка со стационарной частью сопла. На фиг.4 показана конструкция по п.2 формулы изобретения.
Раздвижное сопло (см. фиг.1) имеет стационарную часть раструба 1 и сдвигаемый конический насадок 2, внутри которого установлена цилиндрическая оболочка 3. В качестве механизма бесперекосного движения насадков используются двухзвенные рычажные механизмы (пантографы) 4. Внутри насадка 2 со стороны меньшего торца установлено П-образное кольцо 5, которое непосредственно взаимодействует с одной стороны с цилиндрическим участком арматуры сдвигаемого насадка (см. фиг.2), а с другой стороны - с внутренней стороной цилиндрической оболочки 3. В месте контакта П-образного кольца с цилиндрической оболочкой на наружной поверхности последней выполнен кольцевой выступ 6, входящий в соответствующий кольцевой паз сдвигаемого насадка 2, причем цилиндрическая оболочка 3 со стороны меньшего диаметра имеет меридиональные разрезы 7, то есть формируется своеобразная цанга.
Цилиндрическая оболочка 3 (см. фиг.2) устанавливается в сдвигаемый насадок 2 таким образом, что наружные кольцевые выступы 6 оболочки 3 входят в соответствующий кольцевой паз на сдвигаемом насадке 2. Меридиональные разрезы 7 облегчают выполнение этой операции.
От случайного выпадения кольцевых выступов цилиндрической оболочки внутрь предусмотрено П-образное кольцо 5, которое непосредственно одной стороной опирается на цилиндрическую поверхность сдвигаемого насадка, а с другой, с внутренней стороны, поддерживает цилиндрическую оболочку 3. Постоянное осевое поджатие П-образного кольца 5 к цилиндрической оболочке 3 обеспечивается амортизатором 11. Данное соединение цилиндрической оболочки 3 с насадком 2 позволяет выдерживать практически любые транспортные и полетные нагрузки, действующие на раздвижное сопло.
Работает раздвижное сопло следующим образом. После запуска двигателя подрывается лента 8, которая освобождает крючки 9, удерживающие цилиндрическую оболочку 3 в сложенном транспортном положении. Под действием осевой перегрузки сдвигаемый насадок начинает входить в газовую струю стационарной части сопла 1, на цилиндрической оболочке 3 появляется дополнительная газодинамическая сила трения, которая стремительно перемещает насадок в рабочее положение (см. фиг.3). П-образное кольцо 5 наскакивает на упор 10 и останавливается, а насадок 2 продолжает двигаться, при этом происходит ликвидация поддерживающего эффекта цилиндрической оболочки П-образным кольцом. Под действием сил инерции и радиальных сил, возникающих в месте контакта, кольцевая оболочка 2 в местах меридиональных разрезов выскакивает из кольцевого паза сдвигаемого насадка, и таким образом весь цилиндр покидает сопло, которое в данный момент уже должно встать на фиксирующие цанги 12.
В производстве иногда возникают трудности при выполнении кольцевого выступа (бульбочки) на наружной части цилиндрической оболочки 3. Поэтому не меняя физический смысл работы, на фиг.4 показан вариант, в котором кольцевые дискретные выступы выполнены в арматуре сдвигаемого насадка, а на цилиндрической оболочке выполнены соответствующие пазы (п.2 формулы изобретения).
Таким образом, предлагаемая конструкция раздвижного сопла ракетного двигателя обеспечивает четкое безлюфтовое фиксирование цилиндрической оболочки и сдвигаемого насадка. Точность срабатывания при фиксации насадков практически не зависит от овальности и эллипсности посадочных мест сопряжения, а более короткая силовая связь между цилиндрической оболочкой 3 и сдвигаемым насадком 2 обеспечивает минимальную массу сопла при максимальной жесткости соединения.
 
Формула изобретения: 1. Раздвижное сопло ракетного двигателя, содержащее стационарную часть и сдвигаемые насадки, механизм центрирования насадков и цилиндрические оболочки внутри каждого насадка с механизмами их сброса, отличающееся тем, что внутри каждого насадка со стороны меньшего торца установлено подвижное и упругоподжатое в осевом направлении П-образное кольцо, которое непосредственно взаимодействует с одной стороны с цилиндрическим участком сдвигаемого насадка, а с другой стороны - с внутренней стороной цилиндрической оболочки, а в месте контакта П-образного кольца с цилиндрической оболочкой на наружной поверхности последней выполнен профильный кольцевой выступ, входящий в соответствующий кольцевой паз сдвигаемого насадка, причем цилиндрическая оболочка со стороны меньшего диаметра насадка имеет меридиональные разрезы.
2. Раздвижное сопло по п. 1, отличающееся тем, что участки оболочки между меридиональными разрезами имеют пазы, в которые входят соответствующие выступы на сдвигаемом насадке.  

Ещё: Патент № 2190111 - РАЗДВИЖНОЕ СОПЛО РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ
Есть ещё один патент № 2272928 . (2006.03.27) Раздвижное сопло ракетного двигателя. ОАО НПО "ИСКРА",  Пермь. Описания в сети не нашёл.

[Salo]

http://www.biograph.ru/goldfund/iskra.htm

С начала 1970-х годов специалисты КБмаш приступили к исследованиям, направленным на повышение энергетических характеристик РДТТ за счет увеличения степени расширения сопел при неизменных осевых габаритах двигателя. Их результатом стало создание и успешное внедрение в ряд РДТТ высотных ступеней ракет раздвижных сопел с одним или двумя выдвигаемыми насадками. Испытания соплового блока с телескопическим насадком состоялись в 1971 году. В 1980 году произведен первый запуск тяжелой баллистической ракеты морского базирования на твердом топливе. На двигателях верхних ступеней ракеты впервые в мире были установлены раздвижные сопла.

Применение раздвижных сопел позволило на 10–15% повысить эффективность ракетных комплексов без увеличения осевых габаритов маршевых двигателей ступеней ракет. Максимальный диаметр выдвигаемых насадков составляет примерно 2,5 м с толщиной стенки 2 мм.

В 1982 году для отработки конструкции и характеристик раздвижных сопел коллективом специалистов предприятия совместно с ИЦ имени М.В. Келдыша и ГП МИТ создается уникальная испытательная база, включающая комплекс стендов и стендовых установок для исследования процесса раздвижки и проведения огневых испытаний РДТТ с имитацией высотных условий.

В качестве конструкционного материала насадков раздвижного сопла использовались углерод-углеродные композиционные материалы (УУКМ), имеющие уникальные физико-механические и тепло-физические характеристики при высокой температуре. Во многом благодаря УУКМ наметились реальные перспективы применения сопел с выдвигаемыми насадками в конструкциях жидкостных ракетных двигателей.
***
В 2000–2001 годах проведены научно-исследовательские и проектно-конструкторские работы по созданию насадка радиационного охлаждения (НРО-М) для жидкостного ракетного двигателя 11Д58М разгонного блока DМ-SL разработки РКК «Энергия» имени С.П. Королева в рамках международной программы «Sea Launch».

Подтверждением высокой надежности и эффективности НРО-М явились успешные запуски в 2003–2005 годах ракеты-носителя «Зенит-3SL» с разгонным блоком DМ-SL, который обеспечил вывод на геостационарную орбиту телекоммуникационных спутников связи (при этом применение НРО-М позволило увеличить массу полезного груза почти на 100 кг).
***
В конструкциях сопловых блоков широко используются раздвижные сопловые насадки из УУКМ, которые могут применяться как для РДТТ, так и для ЖРД, заложены оригинальные технические решения, обеспечивающие выдвижение и фиксацию насадков в рабочем положении, как до запуска двигателя, так и в процессе его работы. НПО «Искра» имеет 30-летний опыт создания раздвижных сопел для ракетных двигателей различного назначения и является мировым лидером в этом направлении двигателестроения.

[Salo]

Интересный документ:
http://www.12aprelya.ru/files/2007/2_2_qual_grd.pdf

5.  Краткое описание и основные технико-экономические показатели.
Традиционно для изготовления КС, сопел и других высокотемпературных элементов проточных трактов ЖРД, используемых  в средствах выведения (СВ), РБ и средствах межорбитальной транспортировки (СМТ), применяются различные металлические сплавы. Существенное повышение работоспособности, энергетических и массовых характеристик, надежности ЖРД, ДУ и РБ может быть достигнуто за счет комплексного внедрения неметаллических композиционных материалов (КМ), прежде всего углерод - углеродных (УУКМ), углерод - керамических (УККМ), углеграфитов, углепластиков (УП) в теплонапряженных неохлаждаемых элементах конструкции, таких как сопла, КС, ТНА, газоводы, теплообменники.
Так, например, для защиты огневой стенки КС ЖРД от прогара в основном используют внутренне завесное охлаждение компонентами ракетного топлива (КРТ). Это приводит к снижению удельного импульса тяги ЖРД, что уменьшает энерго-массовые характеристики ДУ в целом. В современных ДУ в зависимости от назначения, как правило, на завесное охлаждение тратится от 1,5 до ~ 15% от общего расхода горючего, что приводит к существенному снижению удельного импульса тяги  на 1,5- ~ 15%. При этом снижение удельного импульса тяги ДУ РБ, РН на 1 сек приводит к уменьшению массы полезной нагрузки на 30 кг., что в условиях высокой стоимости 1 кг полезной нагрузки (до 300 тыс.руб. на низких орбитах и до 750 тыс.руб. на высоких орбитах) значительно уменьшает рентабельность. Использование КМ в КС ЖРД позволит отказаться или существенно снизить количество расходуемого на завесу КРТ и повысить тем самым удельный импульс тяги ДУ.
Кроме того, использование КМ в соплах и сопловых насадках также позволяет существенно снизить массу ЖРД (до 40% для традиционных ЖРД), что приводит к увеличению массы полезной нагрузки. Использование КМ в трубопроводах и высокотемпературных трактов ДУ позволяет, кроме уменьшения массы, увеличить энергетические характеристики ДУ за счет увеличения рабочих температур КРТ перед подачей в КС.
6.  Сопоставление с аналогами (основные преимущества и предлагаемая  новизна).
Использование КС из КМ для РД0146 при отсутствии завесы позволит увеличить удельный импульс тяги с 463 с (металлическая КС 3% на завесу) до 476 с (прирост 13 с). Использование неохлаждаемых КС для двигателя КВД-1 и КВД-3М позволяет увеличить удельный импульс тяги на 7 с. Это приводит к увеличению массы полезной нагрузки на 390 кг для РД0146 и на 210 кг для КВД-1. Экономических эффект от использовании КС из КМ без завесы для одного запуска составит 117 млн.руб (низкие орбиты), 292,5 млн.руб. (высокие орбиты) для РД0146 и 63,0 млн.руб (низкие орбиты), 157,5 млн.руб (высокие орбиты) для КВД-1.
Введение сопла из УУКМ для двигателя 14Д23 дают выигрыш в полезной нагрузке 50,4 кг. Таким образом, экономических эффект одного запуска ракеты составит: 15,1 млн.руб на низкую орбиту и 37,8 млн. руб на высокую орбиту.
7. Стадия развития (НИОКР; лабораторный или промышленный образец; опытное, мелкосерийное или серийное производство).
Разработка и создание базовых элементов и узлов ДУ РН, РБ и КА на основе КМ находятся на стадии ОКР. Разработана техническая документация на опытные и модельные образцы основных элементов ДУ из КМ (КС, сопло, сопловой насадок, РЭ, трубопроводы). В настоящее время изготавливается технологическая оснастка для изготовления камеры сгорания и соплового насадка для опытного ДУ. Ведется работа по подготовке испытательного стендового оборудования для отработки опытных образцов из КМ, в том числе экспериментального стенда электродугового подогревателя (плазмотрона) Д-20, позволяющего получать высокоэнергетические потоки (Т до 5000 К) с различными компонентами и разными параметрами окислительного потенциала, стенда модельного ЖРД, позволяющего моделировать различные режимы работы с компонентами О2+керосин, О2+метан при разных окислительных потенциалах. Экспериментальные стенды оснащены современным измерительным и регистрирующим оборудованием, в том числе инфракрасной камерой (для определения нестационарных тепловых полей в элементах ДУ), дефектоскопом (для определения толщин многослойных конструкций, дефектов, расслоений с целью прогнозирования возможных внештатных ситуаций).
8. Потребители (существующие или потенциальные).
В результате выполнения проекта должно быть создание работоспособных в обширном диапазоне рабочих режимов опытных образцов базовых элементов из КМ и опытного образца ДУ на основе КМ, основными потребителями которых являются отечественные двигательные КБ и изготовители, как существующих, модернизируемых, так и разрабатываемых, перспективных изделий ракетно-космической и авиационной отрасли, а также зарубежные компании-производители ракетно-космической и авиационной техники.
В частности, в настоящее время проводятся работы по внедрению сопловых насадков из КМ в двигатели 14Д23, РД0124 (производства ОАО «КБХА»), РД191 (производства НПО «Энергомаш») для разрабатываемого РН «Ангара», КВД-1, КВД-3М (производства ФГУП «КБХМ»), а также работы по созданию неохлаждаемых камер сгорания из КМ для двигателей С5.80, 17Д62, 17Д61 (производства ФГУП «КБХМ»). Кроме того, ФГУП «ГНППЦ им. М.В. Хруничева» предполагает использовать трубопроводы на основе КМ в РБ «Бриз-М» и РБ «Фрегат» для подачи КРТ в КС при повышенных температурах.
10. Правовая защита.
Ряд разработанных программных продуктов, технических решений, технологий и материалов, предполагаемых к использованию при выполнении проекта имеют заявки на получение, либо защищены патентами и авторскими свидетельствами РФ (№2267026 от 27.12.2005, №2196917 от 06.02.2002, №2130509 от 26.01.1999 и др).

[Salo]

http://ru-patent.info/21/30-34/2130509.html

Суть изобретения: Изобретение относится к производству высокотемпературных материалов и может быть использовано в качестве теплонагруженных узлов ракетно-космической техники, в автомобиле- и тракторостроении для изготовления узлов очистки выхлопных газов, подшипников скольжения, торцевых уплотнений и пр. Способ включает осаждение карбида кремния из газовой фазы, содержащей метилсилан CH3SiH3, на пористый каркас. Способ позволяет увеличить однородность композита по составу и физико-механическим характеристикам, обеспечить экологически чистый процесс и снизить температуру получения композита. 3 з. п. ф-лы.  
Номер патента: 2130509  
Класс(ы) патента: C23C16/32  
Номер заявки: 98102107/02  
Дата подачи заявки: 26.01.1998  
Дата публикации: 20.05.1999  
Заявитель(и): Открытое акционерное общество Научно-производственное объединение "Композит"  
Автор(ы): Тимофеев А.Н.; Богачев Е.А.; Габов А.В.; Абызов А.М.; Смирнов Е.П.; Персин М.И.  
Патентообладатель(и): Открытое акционерное общество Научно-производственное объединение "Композит"  

http://www.kerc.msk.ru/ipg/patent/2196917.shtml
http://ru-patent.info/21/95-99/2196917.html

Камера жидкостного ракетного двигателя
Патент РФ №2196917

Камера с регенеративной системой охлаждения включает сопло и насадок. Насадок пристыкован к соплу, входящему в состав камеры жидкостного ракетного двигателя, без изменения исходной конфигурации сопла. Продольный контур насадка выполнен по кривой. Описываемой полиномом третьей степени. Толщина стенки насадка определена как dст =k*dхим, где k - коэффициент запаса материала по толщине, учитывающий величину газопроницаемости материала, dхим - глубина химического разрушения материала, определяемая исходя из температуры продуктов сгорания и концепции кислородосодержащих соединений в продуктах сгорания с учетом теплового пограничного слоя (тепловой завесы), ранее сформировавшегося вблизи стенки сопла. Изобретение позволяет повысить энергетические характеристики жидкостных ракетных двигателей при одновременном снижении массы, габаритов и стоимости конструкции.

[Salo]

И.Афанасьев"Выпавшее звено".НК №06/2007г.

К 1974–75 гг. КБ «Сатурн» приступило к отработке двигателя 11Д57М с выдвижным сопловым насадком (максимальный диаметр 2000 мм). Был получен удельный импульс 461 сек, а масса выросла всего на 1.5–2.0%! Насадок сдвигался в рабочее положение на роликах по легким балочным направляющим. Приводы насадка работали на газообразном водороде, отбираемом из рубашки охлаждения. При этом обеспечивалось и горячее («на струе»!), и холодное выдвижение соплового насадка. Время перекладки составляло 1.5–2.0 сек и было подобрано путем сложных газодинамических расчетов. Режим перекладки имел несколько фаз: разгон, торможение, «причаливание» и фиксация. Это было первое в мире реально раскладывающееся сопло.

РД-57М с сопловым насадком и без: