Раздвижные и стационарные неохлаждаемые сопловые насадки

[Salo]

Александр Хороших пишет:
Для РД-0120 в своё время рассматривали вставку в основное сопло высокого расширения неохлаждаемого насадка малого расширения.

TDMS пишет:
А какой был принцип извлечения насадка? Выгорание или что-то типа того что я нарисовал? (Идея в том, что насадки меньшего диаметра впресовываются в основное сопло. Но между насадком и соплом используется сплав, который быстро расплавляется при отключении охлаждения (тут только надо будет стравить остатки компонента топлива, которым производилось охлаждение). Для гражданского применения не очень - на оленеводов и грибников вставки падать будут, но для брутальных ракет, может и пригодится идея.

Александр Хороших пишет:
Судя по схеме, гидроцилиндром. Вот здесь та схема: http://lpre.de/kbkha/RD-0120/index.htm
раздел "Сопло с компенсацией потерь от перерасширения"

mihalchuk пишет:
Была такая идея, и, насколько я помню, был куплен французский патент. Вставной насадок удерживала, а потом и выводила из сопла специальная механическая конструкция, которая затем отцеплялась сама. И всё это должно было происходить в струе двигателя. Такой насадок работает недолго, секунд 40-50, и потому он - абляционный. До грибников не долетит, ИМХО. Идея известная, но американцы ей не воспользовались.

TDMS пишет:
Вот же блин. Сколько всего напридумано, но не используется. Эффект несоразмерен надежности? Или ее (надежность) и оценить нельзя, потому что до ЛКИ ничего не было доведено?

А в РД-0120, кстати что должно быть "залито" в гидравлическую схему, чтобы это работало в струе? Какой-нибудь металл?

Или там только радиационный нагрев и температура более-менее изученная?

[Salo]

TDMS пишет:

А в РД-0120, кстати что должно быть "залито" в гидравлическую схему, чтобы это работало в струе? Какой-нибудь металл?

Александр Хороших пишет:

Двигателисты на расплавленный металл никогда не решаться.
Как вариант - проток через гидроцилиндр масла, охлаждаемого в теплообменнике.
Или можно поршень в цилиндре удерживать штоком, а когда надо вытащить эту лабуду из основного сопла подавать под поршень газ от пиропатрона. Газ давит на поршень, тот срезает шток и своим ходом выталкивает сопло малого расширения.
пиропатрон естественно располагается в комфортным условиях подальше от струи газов.
Ну, это так, мои фантазии.

m-s Gelezniak пишет:

До окон в закритической части чуть-чють недотянули.
   

Александр Хороших пишет:

Можно поподробнее?

m-s Gelezniak пишет:

Не, пока помучайтесь.    
Это не самое лучшее решение, но всё же.
К слорву, в том месте "гидро(пневмо)цилиндр)", нежилец.

Александр Хороших пишет:

Если с протоком жидкости - жилец. Ну или пиропатроном.
Температура большая - так нагрузки невелики, вытянет.

m-s Gelezniak пишет:

При неравномерности расплавления "припоя", может произойти перекос при отделении и как следствие повреждение закритической части.

[Salo]

Александр Хороших   пишет:
А чего вообще за окна-то? Как на А-12/СР-71? Эжекция воздуха сверхзвуковой струёй?..

m-s Gelezniak пишет:
Вдув.
А так развлекайтесь. там и охлождаемые есть:
 https://www.google.com/search?q=%D1%80%D0%B5%D0%B3%D1%83%D0%BB%D0%B8%D1%80%D1%83%D0%B5%D0%BC%D1%8B%D0%B9+%D1%81%D0%BE%D0%BF%D0%BB%D0%BE&rls=com.microsoft%3Aru%3AIE-SearchBox&oe=UTF-8&rlz=1I7VASV_ruRU554&gfe_rd=cr&gws_rd=ssl&hl=ru&tbm=isch&oq=&gs_l =


 https://www.google.ru/search?q=%D1%80%D0%B5%D0%B3%D1%83%D0%BB%D0%B8%D1%80%D1%83%D0%B5%D0%BC%D1%8B%D0%B9+%D1%81%D0%BE%D0%BF%D0%BB%D0%BE+%D1%81+%D1%86%D0%B5%D0%BD%D1%80%D0%B0%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D1%8B%D0%BC+%D1%82%D0%B5%D0%BB%D0%BE%D0%BC&rls=com.microsoft%3Aru%3AIE-SearchBox&oe=UTF-8&rlz=1I7VASV_ruRU554&gfe_rd=cr&gws_rd=cr&hl=ru&tbm=isch&oq=&gs_l =

Александр Хороших пишет:

Ааа... Тогда уж сопло внешнего расширения.

m-s Gelezniak   пишет:
Необязательно.

Александр Хороших пишет:

Тепловые потоки в стенку у ЖРД будут повыше, чем в ТРД. И сделать регулируемое сопло для ЖРД... Ну. судя по тому, что никто не предлагает - идея того не стОит.
Центральное тело - вполне вариант, но там свои трудности.
П. С. лично мне, повторюсь, нравится сопло внешнего расширения. Если хладоресурса одного компонента недостаточно - охлаждать обоими компонентами.

m-s Gelezniak пишет:

В том месте закритической части уже сопоставимы.
А для водорода в центральном теле, готовый перегреватель в роли ГГ. И это уже до стендовых дошло.

[Salo]

m-s Gelezniak пишет:

Александр Хороших пишет:

m-s Gelezniak пишет:
В том месте закритической части уже сопоставимы.

Хм... Ой, не факт.

См малиновые сопла в полетах Флакона.

m-s Gelezniak пишет:
А для водорода в центральном теле, готовый перегреватель в роли ГГ. И это уже до стендовых дошло.

Александр Хороших пишет:
Не читал... Поди американцы либо европейцы экспериментируют?

Зачем. У нас тоже. Правда для верхних ступеней.

[Salo]

mihalchuk пишет:
Идея известная, но американцы ей не воспользовались.

TDMS пишет:
Вот же блин. Сколько всего напридумано, но не используется. Эффект несоразмерен надежности? Или ее (надежность) и оценить нельзя, потому что до ЛКИ ничего не было доведено?

А в РД-0120, кстати что должно быть "залито" в гидравлическую схему, чтобы это работало в струе? Какой-нибудь металл?

Или там только радиационный нагрев и температура более-менее изученная?

mihalchuk пишет:
Технология изучалась для Вулкана. У него ЦБ был в энергиевском диаметре, и, следовательно, был недоразмерен. Отсюда было важно к моменту отделения блоков А сохранить в блоке Ц как можно больше топлива. С другой стороны, была чёткая установка о том, что все двигатели должны запускаться до КП под контролем системы автоматики. Поэтому предполагался старт с дросселированием РД-0120, и речь шла о 20% тяги. Как мы знаем, течение в сопле РД-0120 при внешнем атмосферном давлении на гране отрыва, при дросселировании, тем более глубоком, поток неизбежно оторвался бы от стенки. Потому и возникла идея сделать вставки, которые, кстати, по размерам значительно, в разы уступали основному соплу. Никакого охлаждения не требовалось - я же написал, что сопло - абляционное. И оно, как я понял, не имело соединения с основным соплом никакого. Просто прижималось. Слегка - конструкцией, а посте запуска - само. Место стыка было очень близко к критике. Механизм, который его удерживал, имел несколько колен, что позволяло вывести вставку из основного сопла вдоль оси.
ИМХО, тема действительно не имеет отношения к Ангаре и никогда на ней не будет реализована.

[Salo]

m-s Gelezniak пишет:

И что будет при термическом расширении вставки и стенки основного сопла.

mihalchuk   пишет:

Вставка подвинется на доли мм, и всё. Там упор вставки в сопло далеко не перпендикулярный. Вообще идея на бумаге гладкая. Но только на бумаге.

m-s Gelezniak пишет:

При той длине окружности, миллиметры.

mihalchuk пишет:

Длине критики?

m-s Gelezniak пишет:

Длине окружности верхнего среза вставки.

[mihalchuk]

Выше была картинка, взятая отсюда:
http://www.lpre.de/kbkha/RD-0120/
Не знаю, как там было дело, и надписи на английском, что смущает.
Я видел другую, где верхний срез вставки был очень близко к критике. Но и в этом случае на примерно 30 см диаметра мог быть миллиметр-другой термоподвижки. Но всё-равно не вижу проблем принципиальных. Скорее всего, вставка при расширении просто скользила по соплу вниз, благо она углеродная, а углерод по металлу скользит хорошо.

[m-s Gelezniak]

mihalchuk пишет:
Выше была картинка, взятая отсюда:
http://www.lpre.de/kbkha/RD-0120/
Не знаю, как там было дело, и надписи на английском, что смущает.
Я видел другую, где верхний срез вставки был очень близко к критике. Но и в этом случае на примерно 30 см диаметра мог быть миллиметр-другой термоподвижки. Но всё-равно не вижу проблем принципиальных. Скорее всего, вставка при расширении просто скользила по соплу вниз, благо она углеродная, а углерод по металлу скользит хорошо.

- Картинка скорее всего с патента.
- Уже на тридцати мм диаметра будет около пол миллиметра.

[Salo]

http://www.kbkha.ru/?p=17&news_id=143

13 ноября 2015
Продолжаются работы по неохлаждаемому сопловому насадку

  В КБХА в рамках опытно-конструкторской работы «ПМДУ – КБХА – Качество» успешно проведена серия огневых испытаний неохлаждаемого соплового насадка в составе камерной установки жидкостного ракетного двигателя 14Д23. Главная задача прошедших испытаний – подтверждение верного выбора конструкции и материалов насадка, а также теплоизоляции.
  Работы по неохлаждаемому сопловому насадку проводятся в КБХА при организационном и методическом руководстве со стороны головного исполнителя – ГНЦ ФГУП «Центр Келдыша». Непосредственными изготовителями неохлаждаемого соплового насадка выступают Центральный научно-исследовательский институт специального машиностроения и ОАО «Композит». Главной целью проводимой опытно-конструкторской работы является улучшение массовых характеристик ракетных двигателей 14Д23 и РД0124А разработки КБХА примерно на 50-60 кг путем замены охлаждаемого сопла на неохлаждаемый сопловой насадок.
  Полученные положительные результаты прошедших испытаний открыли дорогу к проведению полноценных огневых испытаний ракетного двигателя с неохлаждаемыми сопловыми насадками. Для этих целей на предприятии выпущена соответствующая конструкторская документация на двигатель и доработку наземного огневого стенда.
  Двигатель 14Д23 эксплуатируется в составе космических ракет-носителей «Союз-2.1б», «Союз-СТБ» и «Союз-2.1в» разработки РКЦ «Прогресс». Двигатель РД0124А предназначен для использования в составе семейства космических ракет-носителей «Ангара» разработки ГКНПЦ им. М.В. Хруничева и обеспечил два успешных первых летных испытания РН «Ангара-1.2ПП» и «Ангара-А5» в 2014 году.

[Andrey Ten]

Приветствую! У нас (у студентов) появилась идея альтернативного регулирования высотности сопла. Можно использовать невыдвигаемый насадок, с установленным во внутрь вкладкой из материала прогар которого бы обеспечивал необходимый закон геометрического расширения. В качестве такого материала в голову приходит пока только абляция ну или же просто механизированное устройство ( как на рд-0120). Хотелось бы провести расчет, как это сделать пока не представляется и реально ли это вообще.

[C-300]

Andrey Ten пишет:
Хотелось бы провести расчет, как это сделать пока не представляется и реально ли это вообще.

Красивая по своему идея
Обратитесь к преподам - пусть поищут статистику по разгару сопел РДТТ в критике. Отсюда уже можно будет делать какие-то прикидки.
Но главный минус сразу виден: степень расширения должна изменяться достаточно сильно, а это приведёт к очень тяжёлому соплу.
Ну и разгар - штука достаточно случайная. В итоге равномерного уноса по окружности не будет. Подозреваю, что поверхность уноса будет иметь вид этакой волнистой линии. А это в свою очередь приведёт к ухудшению характеристик системы. 

[Lanista]

Andrey Ten пишет:
Можно использовать не выдвигаемый насадок, с установленным во внутрь вкладкой из материала прогар...

Долго пытался постичь смысл этого предложения пока не понял что не задумывалось для слитного написания.

[Andrey Ten]

Александр Хороших пишет:
Но главный минус сразу виден: степень расширения должна изменяться достаточно сильно, а это приведёт к очень тяжёлому соплу.
Ну и разгар - штука достаточно случайная. В итоге равномерного уноса по окружности не будет. Подозреваю, что поверхность уноса будет иметь вид этакой волнистой линии. А это в свою очередь приведёт к ухудшению характеристик системы.

Не обязательно устанавливать один вкладыш по всей длине сопла, можно сделать и несколько вкладышей. 
С литературой как-то не очень хорошо, пока ничего подходящего не нашел.
Есть мысль смоделировать это в cae
solid с этим не справится
только comsol, жаль по нему мало информации, пока набиваем шишки) 
 

[C-300]

Rocketmen пишет:
Не обязательно устанавливать один вкладыш по всей длине сопла, можно сделать и несколько вкладышей.

Хм... За первым же вкладышем образуется ударная волна, за которой давление будет падать - это приведёт к падению удельного импульса. 
Вообще, давление должно распределяться по поверхности сопла "гладко", иначе скачки уплотнения нарушат процесс расширения газа. 
ИМХО.

[Salo]

Горохов Виктор Дмитриевич, Черниченко Владимир Викторович
Патентообладатель:   Открытое акционерное общество "Конструкторское бюро химавтоматики"
Способ повышения среднетраекторного удельного импульса тяги жидкостного ракетного двигателя и жидкостный ракетный двигатель для реализации указанного способа
http://www.freepatent.ru/patents/2517958
http://www.freepatent.ru/images/img_patents/2/2517/2517958/patent-2517958.pdf

[Salo]

http://www.laspace.ru/upload/iblock/3fa/3fa153e9efbb42aa7c48fbfa269e9b2d.pdf
 

[Salo]

жидкостный ракетный двигатель с дефлектором на срезе сопла:
http://www.freepatent.ru/patents/2579294
http://www.freepatent.ru/images/img_patents/2/2579/2579293/patent-2579294.pdf

[Salo]

http://tass.ru/opinions/interviews/5291979

Главный конструктор НПО "Энергомаш" Петр Левочкин:

— По композитным материалам какие именно работы у вас ведутся?
 
— В этом году совместно с Центром Келдыша на модельной камере проведены исследования по использованию неохлаждаемого сопла из композитных материалов. Это большая перспектива по снижению веса наших двигателей, снижению трудоемкости их изготовления. Температура, где работает этот неохлаждаемый насадок, достигает 1300 градусов Цельсия, то есть температуры плавления сталей, жаропрочные никелевые сплавы при такой температуре теряют свою прочность.
Сегодня стенка камеры и сопла двигателя состоит из двух оболочек, спаянных между собой. В процессе работы между оболочками течет один из компонентов ракетного топлива, обеспечивая охлаждение внутренней оболочки. Такая конструкция доказала свою состоятельность и работоспособность, однако является достаточно трудоемкой в производстве и, соответственно, дорогой.
Известно применение композитных сопел для двигателей верхних ступеней как в России, так и за рубежом. Однако для первых ступеней такое сопло еще не применялось. Первым двигателем, на котором мы планируем использовать композитное сопло, должен стать РД-191 или его модификация.

[Salo]

https://edrid.ru/rid/216.013.5013.html

10.06.2015
№216.013.5013
 Сопло ракетного двигателя
 
Вид РИД
Изобретение

 Авторы

Государственный научный центр Российской Федерации-федеральное государственное унитарное предприятие "Исследовательский Центр имени М.В. Келдыша" ,
Пономарев Николай Борисович

Правообладатели
Пономарев Николай Борисович,
Государственный научный центр Российской Федерации-федеральное государственное унитарное предприятие "Исследовательский Центр имени М.В. Келдыша"      
 
№ охранного документа
0002552020
 
Дата охранного документа
10.06.2015
 
Аннотация:
Изобретение относится к ракетной технике и может быть использовано при создании сопел ракетных двигателей, в частности при разработке конструкции сопел жидкостных ракетных двигателей, имеющих радиационно охлаждаемый сопловой насадок. Сопло ракетного двигателя имеет контур в форме аксиально сдвоенного колокола с изломом контурной линии между двумя колокольными формами. Излом контура сопла ракетного двигателя выполнен в виде дуги окружности, начало и конец которой определяется точками ее касания контуров первой и второй колокольных форм. Контур второй колокольной формы спрофилирован по кривой второго порядка с углом наклона к оси симметрии ракетного сопла в точке конца излома контура ракетного сопла, большим, чем увеличенный на 8° угол наклона контура первой колокольной формы к оси симметрии ракетного сопла в точке начала излома контура. Изобретение позволяет снизить температуру стенки концевой части сопла ракетного двигателя при минимальном снижении эффективного удельного импульса тяги. 1 ил.
 
 Основные результаты:
Сопло ракетного двигателя, контур которого выполнен в форме аксиально сдвоенного колокола с изломом контурной линии между двумя колокольными формами, отличающееся тем, что излом контура сопла ракетного двигателя выполнен в виде дуги окружности, начало и конец которой определяется точками ее касания контуров первой и второй колокольных форм, причем контур второй колокольной формы спрофилирован по кривой второго порядка с углом наклона θк оси симметрии ракетного сопла в точке конца излома контура ракетного сопла, а θ>θ+8°, где θ - угол наклона контура первой колокольной формы к оси симметрии ракетного сопла в точке начала излома контура.
 
Изобретение относится к ракетной технике и может быть использовано при создании сопел ракетных двигателей, в частности при разработке конструкции сопел жидкостных ракетных двигателей (ЖРД), имеющих радиационно охлаждаемый сопловой насадок (НРО).
НРО ракетного двигателя охлаждается только излучением тепла его поверхностью, поэтому температура НРО достигает существенно высоких значений, зависящих от свойств продуктов сгорания и степени черноты его поверхностей, соответственно, материал НРО должен выдерживать эти температуры. Если максимальная температура НРО позволяет, то НРО обычно изготавливается из жаростойких металлов или металлических сплавов, а если она превышает их допустимую температуру, то НРО может быть изготовлен из более температуростойкого углерод-углеродного или углерод-керамического композиционного материала (УУКМ или УККМ). Однако НРО из УУКМ или УККМ существенно дороже металлического НРО и имеет ограничения на применение. Наиболее простым и недорогостоящим путем обеспечения регулирования температуры стенок сопла ракетного двигателя является выбор определенной формы сопла с изломом контура.
Известен патент RU 2156875 (опубл. 27.09.2000 г.) «Ракетное сопло с регулируемой температурой», в котором предлагается профилировать расширяющуюся часть сопла ракетного двигателя в виде т.н. «двойного колокола» с изломом контура сопла в точке между двумя колокольными формами, таким, что угол наклона контура скачкообразно увеличивается в точке излома на 2-7° для понижения конвективных тепловых потоков от продуктов сгорания в стенку сопла, расположенную ниже по потоку от точки излома контура, соответственно, для уменьшения температуры этой стенки.
В этом патенте указано, что эта точка излома расположена между поперечным сечением сопла с отношением площади этого сечения к площади минимального сечения сопла, равным 10, и поперечным сечением сопла с величиной этого отношения, составляющей 0,85 от величины этого отношения в выходном сечении сопла. Кроме того, в этом патенте отмечено, что в точке излома контура пристеночный слой завесного охлаждения стенки сопла будет резко ускоряться, что стабилизирует этот слой и поддерживает его эффективность. Однако предложенное в этом патенте техническое решение задачи понижения температуры стенки сопла имеет следующие недостатки:
- излом контура выполнен в виде угловой точки, что при работе двигателя приведет к отрыву в этом месте пограничного слоя и пристеночного слоя завесного охлаждения стенки, следовательно, к образованию в этом месте отрывной зоны и скачка сжатия, что ведет, соответственно, к повышению конвективных тепловых потоков от продуктов сгорания к стенке сопла;
- в современных ракетных двигателях увеличение угла наклона стенки в точке излома контура на предлагаемые в этом патенте 2÷7° явно недостаточно для необходимого понижения максимальной температуры НРО и обычно составляет 8÷20°;
- для понижения конвективных тепловых потоков от продуктов сгорания к стенке сопла и температуры стенки сопла ниже по потоку от точки излома только излома контура недостаточно, так как при неверном профилировании этой части сопла возможно торможение потока продуктов сгорания на этом участке сопла и, соответственно, повышение этих тепловых потоков и температуры стенки вместо их понижения;
- в патенте не указано влияние местоположения и величины излома контура на величину удельного импульса тяги камеры двигателя, а также влияние на эту величину контура сопла ниже по потоку от точки излома, координат контура и угла наклона контура к оси симметрии сопла в выходном сечении сопла.
Технической задачей настоящего изобретения является устранение указанных недостатков, а именно понижение температуры стенки концевой части сопла ракетного двигателя до заданного уровня путем профилирования сопла с изломом контура с минимальным снижением при этом эффективного (т.е. с учетом влияния контура на массу сопла) удельного импульса тяги камеры по сравнению с камерой, имеющей сопло без излома контура.
Для достижения технического результата контур сопла ракетного двигателя выполняется в форме аксиально сдвоенного колокола с изломом контурной линии между двумя колокольными формами так, что этот излом контура сопла ракетного двигателя выполнен в виде дуги окружности, начало и конец которой определяется точками ее касания контуров первой и второй колокольных форм. Контур второй колокольной формы спрофилирован по кривой второго порядка с углом наклона θ1 к оси симметрии ракетного сопла в точке конца излома контура ракетного сопла, а θ1>θ0+8°, где θ0 - угол наклона контура первой колокольной формы к оси симметрии ракетного сопла в точке начала излома контура.
Одним из важных отличительных признаков предлагаемого изобретения является выполнение излома контура сопла ракетного двигателя в виде дуги окружности радиуса R, начало и конец которой определяется точками ее касания контуров первой и второй колокольных форм (точки В и С на Фигуре). Это позволяет предотвратить в этом месте отрыв пограничного слоя и пристеночного слоя завесного охлаждения стенки, следовательно, предотвратить образование в этом месте отрывной зоны и скачка сжатия, которые привели бы к повышению конвективных тепловых потоков от продуктов сгорания к стенке сопла, соответственно не позволили бы решить поставленную задачу.
Контур первой колокольной формы может быть спрофилирован методом характеристик с равномерной или вариационной выходной характеристикой с координатами xB, yB в точке его касания с дугой окружности излома, при этом угол его наклона к оси симметрии сопла в этой точке θ0 не оптимизируется, т.к. определяется этими оптимизируемыми координатами. Начальный участок этого контура может быть задан дугой окружности, или весь этот контур может быть задан по «промежуточной» линии тока (см. Пирумов У.Г., Росляков Г.С. Течения газа в соплах. М., Изд. МГУ, 1978 ). Этот контур может быть также спрофилирован методом прямой оптимизации (т.е. оптимизации параметров, определяющих контур, например, методом покоординатного спуска, см. ниже) в выбранном семействе аналитически задаваемых контуров с оптимизацией не только координат точки его касания с дугой окружности излома, но и угла θ0. Оптимизация координат xB, yB точки В касания этого контура с дугой окружности излома и, соответственно, угла θ0 осуществляется, как описано ниже, в совокупности с оптимизацией радиуса дуги излома R и параметров θ1, θ2, xD, yD контура второй колокольной формы с целью решения технической задачи настоящего изобретения, т.е. понижения температуры стенки концевой части сопла ракетного двигателя до заданного уровня путем профилирования сопла с изломом контура с минимальным снижением при этом эффективного удельного импульса тяги камеры двигателя по сравнению с камерой, имеющей сопло без излома контура.
Контур второй колокольной формы целесообразно профилировать методом прямой оптимизации (т.е. оптимизации параметров, определяющих контур, например, методом покоординатного спуска, см. ниже) в аналитически задаваемом семействе кривых, например двухпараметрическом (при заданных точках начала и конца контура) семействе кривых второго порядка с начальным (θ1) и конечным (θ2) углами наклона к оси симметрии сопла и координатами xD, yD точки D выходного сечения сопла (см. Фигуру), так, чтобы решить техническую задачу настоящего изобретения, а именно:
- получить разницу углов θ1-θ0 на дуге излома, достаточную для понижения температуры стенки сопла на участке этого контура до заданной величины;
- обеспечить непрерывное ускорение потока продуктов сгорания вдоль стенки сопла на участке этого контура;
- с учетом контура первой колокольной формы обеспечить минимальное снижение эффективного удельного импульса тяги камеры ракетного двигателя по сравнению с камерой, имеющей сопло без излома контура.
Угол наклона контура сопла в точке касания дуги излома контура второй колокольной формы θ1>θ0+8°, где θ0 - угол наклона контура первой колокольной формы к оси симметрии ракетного сопла в точке касания дуги излома, обеспечивает необходимое понижение температуры стенки, расположенной ниже по потоку от излома контура части сопла ракетного двигателя до заданного уровня, а угол θ2≥arctg((yD-yB)/(xD-xB))+θ0-θ1 обеспечивает непрерывное ускорение потока продуктов сгорания вдоль стенки НРО вплоть до выходного сечения сопла (точки D) и минимальное снижение эффективного удельного импульса тяги камеры ракетного двигателя по сравнению с камерой, имеющей сопло без излома контура.
Предлагаемое изобретение поясняется представленным рисунком на Фигуре, где показаны параметры семейства контуров сопла ракетного двигателя с изломом контура. Участок АВ - контур первой колокольной формы с координатами, точки В касания контура с дугой излома и углом наклона контура к оси симметрии сопла θ0 в этой точке; участок ВС - дуга окружности радиуса R, образующая излом контура; участок CD - контур второй колокольной формы с углом наклона к оси симметрии сопла θ1 в точке С касания контура с дугой излома, координатами, концевой точки D этого контура (выходное сечение сопла) и углом наклона к оси симметрии сопла θ2 в этой точке.
При этом оптимизацию контуров колокольных форм, т.е. их параметров xB, yB, θ1, θ2, xD, yD, и радиуса дуги окружности излома контура R осуществляют совместно, любым подходящим для этого методом оптимизации, например методом покоординатного спуска (см., например, Химмельблау Д. Прикладное нелинейное программирование. М., «Мир», 1975), с использованием в качестве целевой функции этой оптимизации эффективного (т.е. с учетом влияния контура на массу сопла) удельного импульса тяги камеры, который при этом максимизируется при условии, что максимальная температура НРО не превышает допустимую для материала НРО температуру и поток газообразного рабочего тела ракетного двигателя (обычно продукты сгорания топлива) непрерывно ускоряется вдоль стенки сопла.
Предложенное устройство сопла ракетного двигателя работает следующим образом. При работе ракетного двигателя поток продуктов сгорания топлива сначала обтекает участок сопла АВ (Фигура), заданный первой колокольной формой, затем с существенно увеличившимся ускорением обтекает дугу окружности ВС излома контура, а затем без какого-либо торможения, с продолжающей увеличиваться скоростью обтекает участок сопла CD, заданный второй колокольной формой. Вследствие более высокой скорости обтекания стенки сопла на участке BD снижается конвективный тепловой поток в стенку сопла от продуктов сгорания, соответственно снижается температура стенки сопла на этом участке по сравнению с температурой стенки сопла на этих же геометрических степенях расширения сопла этого же двигателя, но без излома контура. Поскольку параметры контуров первой и второй колокольных форм оптимизируются, то эффективный (с учетом изменения массы сопла) удельный импульс тяги камеры двигателя с соплом с изломом контура минимально понижается по сравнению с эффективным удельным импульсом тяги камеры этого же двигателя с соплом без излома контура.
Так, в расчетах, выполненных для камеры кислородно-керосинового ЖРД с диаметром минимального сечения сопла 62 мм и давлением в камере сгорания 8,0 МПа, получено, что у этой камеры НРО оптимального сопла без излома контура имеет максимальную температуру 1560 К, а профилирование этого сопла с изломом контура, выполненным по предлагаемому изобретению, позволяет понизить максимальную температуру НРО до 1350 К, при этом эффективный (с учетом изменения массы сопла) пустотный удельный импульс тяги камеры с соплом с изломом всего на 0,56 с меньше, чем у камеры с соплом без излома контура.
 Сопло ракетного двигателя, контур которого выполнен в форме аксиально сдвоенного колокола с изломом контурной линии между двумя колокольными формами, отличающееся тем, что излом контура сопла ракетного двигателя выполнен в виде дуги окружности, начало и конец которой определяется точками ее касания контуров первой и второй колокольных форм, причем контур второй колокольной формы спрофилирован по кривой второго порядка с углом наклона θк оси симметрии ракетного сопла в точке конца излома контура ракетного сопла, а θ>θ+8°, где θ - угол наклона контура первой колокольной формы к оси симметрии ракетного сопла в точке начала излома контура.

[Искандер]

Хм... А тут наоборот, борьба с отрывом потока от стенки...
Да и задача другая. Хотя мы пока только догадываемся зачем излом сопла на Рапторе.