Сжатие сопла ракетного двигателя

Если бы вы могли по желанию изменить отношение площади сопла ракетного двигателя ракеты-носителя, вы бы хотели, чтобы оно расширялось , а не сжималось ¹ . Наилучшие характеристики достигаются, когда давление в выходной плоскости соответствует давлению окружающей среды. Когда ракета поднимается, давление окружающей среды падает, и требуется большее расширение, а не меньшее.

Почему они этого не делают? Обычные аэрокосмические причины: стоимость, вес и сложность.

В некоторых двигателях использовались выдвижные выходные сопла. У RL-10B2 есть один.

Обратите внимание, что эта конструкция позволяет согласовать давление в выходной плоскости в двух точках вместо одной, а не непрерывное согласование. Этот график из Aerothermodynamics of Gas Turbine and Rocket Propulsion (Oates, 1984) показывает преимущество этой конструкции. Штриховая линия — идеальный коэффициент тяги. Вы можете видеть, как сплошная «реальная» линия начинает отклоняться от идеальной линии по мере подъема транспортного средства, а затем начинает отклоняться назад на время, когда раскрывается выдвижное сопло.

МБР Peacekeeper имела выдвижные выходные конусы на твердотопливных двигателях 2-й и 3-й ступеней. Я не уверен на 100%, но я считаю, что на этом рисунке (также от Оутса) показан один из этих двигателей. На чертеже показаны два раскрывающихся конуса, позволяющих выравнивать давление в выходной плоскости в трех точках.

Экстраполируя это, можно представить себе своего рода сопло венецианских жалюзи с множеством выдвижных конусов. Визуализируйте, но, вероятно, никогда не продавайте это.

Я уверен, что есть и другие примеры, но «обычные аэрокосмические причины» не позволяют этому быть обычным явлением.

«Святым Граалем» саморегулирующихся форсунок является двигатель aerospike . При этом используются аэродинамические свойства выхлопного потока для создания своего рода саморегулирующегося виртуального сопла. Проблемы с охлаждением центральных корпусов до сих пор относят это к области «скоро полетят» для больших двигателей.

На этом сайте уже есть ряд информативных вопросов о двигателях с шипами и расширительных/отклоняющих соплах.

• Почему линейные аэродинамические двигатели не используются повсеместно?
• Происходит ли весь КПД аэродинамического двигателя в нижних слоях атмосферы, или же преимущества проявляются и в вакууме?
• Каковы плюсы и минусы расширительно-отклоняющего сопла?

¹ Если только вы не совершаете посадку на ракете в атмосфере Земли. Явно научно-фантастический концепт.