Expansão bico deflexão - Expansion deflection nozzle

O bocal de expansão de deflexão é um avançado bocal foguete que atinge compensação de altitude através da interacção do gás de escape com a atmosfera, bem como os de encaixe e Aerospike bicos.

Descrição

Esta secção através de um bocal de ED mostra claramente o espigão. Neste exemplo, a parede exterior é semelhante ao contorno interior de um bocal de sino.

Parece assim como um bocal de campainha normal, mas na garganta é um 'centrebody' ou 'espigão', que desvia o fluxo para as paredes. O gás de escape escoa passado este numa direcção mais para o exterior do que em bicos de campainha normal, enquanto a expansão antes de ser transformado para a saída. Isto permite bicos mais curtos do que o desenho padrão, mantendo índices de expansão bocal. Devido ao limite atmosférica, a pressão atmosférica afecta a relação de área de saída de modo que a compensação atmosférica pode ser obtida até ao máximo permitido pela geométrico do bico específico.

O bocal opera em dois modos distintos: abertas e fechadas. Em modo de despertar fechada, o gás de escape preenche toda a área de saída do bocal. A pressão ambiente no qual as mudanças de vigília aberto para modos fechadas é chamada a pressão de projecto. Se a pressão ambiente se reduz ainda mais, a expansão adicional irá ocorrer fora do bocal bem como um bocal de campainha normal e nenhum efeito de compensação de altitude será adquirida. No modo de esteira aberta, a área de saída é dependente da pressão ambiente e os gases de escape sai do bocal como um anel, uma vez que não preenche todo o bocal. Uma vez que a pressão ambiente controla a área de saída, a razão de área deve ser perfeitamente compensando para a altitude-se para a pressão de projecto.

Se o pino é concebido para se deslocar ao longo do seu eixo de rotação, a área da garganta pode ser variada. Isto permitiria estrangulamento eficaz, enquanto se mantinha a pressão da câmara.

Como os bocais Aerospike e de encaixe, se as câmaras de combustão modulares foram usadas em lugar de uma única câmara de combustão, em seguida, empurrado vectorização seria alcançável por estrangulamento do escoamento de várias câmaras.

modelos desenvolvidos

O bico ED tem sido conhecida desde a década de 1960 e tem havido várias tentativas para desenvolvê-lo, com várias atingindo o patamar de hot-firings estáticos. Estes foram tentadas por empresas privadas, de modo nenhum literatura existe no domínio público a partir desses esforços, que incluem o '50k Expansão-deflexão' (Rocketdyne), o '10k Expansão-deflexão' (Rocketdyne) eo RD-0126 (CADB) . Rocketdyne também desenvolveu um terço menor bocal, ED.

Rocketdyne desenvolvem o seu trabalho durante a vaga inicial de interesse nos anos 1960, inicialmente o desenvolvimento do bocal ED 50k, que tinha uma pressão de câmara de 20,7 bar (2,07 MPa) proporcionando um impulso de 50000 lbf (220 kN) e foi não arrefecido, permitindo que ele a ser testado por alguns segundos de cada vez. O injector ED 10k tinha uma pressão de câmara de 15,5 bar (1,55 MPa) entregando 10000 lbf (44,5 kN), uma câmara refrigerada com empuxo e foi testado numa instalação de simulação de altitude. O injector ED menor desenvolvido 9900 lbf (44 kN) e também foi usado para testar a capacidade de compensação de altitude. Estes testes confirmaram uma vantagem sobre o desempenho bicos de sino equivalentes.

O injector automático Chemical Design Bureau ED foi totalmente arrefecida e usada para ensaios de fogo quente, em 1998. As suas casas centrebody a câmara de combustão (tal como o desenho Astrium mencionada abaixo) que permite uma redução do comprimento, para além da do melhor adaptação.

Wickman nave espacial & Propulsão Companhia desenvolveram e estática-testado um motor de sólido em conjunto com um ED.

A Universidade de Bristol, Reino Unido, foi recentemente testado com sucesso gasosos propulsores hidrogênio / ar como parte do projeto Stern. Eles também estão envolvidos no desenvolvimento do conhecimento do comportamento durante o voo do bocal ED utilizando um motor de foguete híbrido.

Os usos potenciais

Enquanto investigação sobre este bico continua, ele poderia ser usado antes de todas as suas vantagens são desenvolvidos. Como uma fase superior, em que poderia ser utilizado num ambiente de baixa pressão ambiente / vácuo especificamente no modo de despertar fechado, um bocal de ED iria oferecer reduções de peso, redução de comprimento e um aumento potencial para o impulso específico sobre bicos de sino (dependendo do ciclo do motor ) permitindo o aumento cargas úteis. Um estudo sugere que poderia adicionar um adicional de 180 kg (400 lb) para a carga de um Ariane 5 sobre o novo motor Vinci fornecida é também um ciclo de expansão. Tal bocal poderia ser postos em serviço antes de suas habilidades compensação de altitude foram desenvolvidos.

É também a ser investigadas para motores de reacção spaceplane skylon . Emprego em um single-stage-to-orbit (SSTO) foguete usaria altitude de um bocal ED compensar habilidades totalmente, permitindo um aumento substancial na carga útil. Motores de reacção, Engenharia Airborne e da Universidade de Bristol estão atualmente envolvidos no projeto (estática deflexão Teste Expansão foguete Bico) STERN para avaliar as habilidades do bocal ED, e para desenvolver a tecnologia.

Referências

Outras leituras