Управление вектора тяги РД
Используется в управляемых ЛА, но не во всех - многие управляемые ракеты - с аэродинамическим управлением. Упрaвление вектора тяги незаменимо либо когда скорость ЛА мала и рули неэффективны, либо вне атмосферы. Кстати, крупные ракеты стартуют с небольшим ускорением, вначале практически стоят "на огне" и удержать их на вертикали совсем не просто. Удаленное представление можно получить, удерживая на пальце длинную палку.
Вопрос был только по интерцепторам и вторичной инжекции, им - самое большое внимание. Для полноты перечислил и остальные методы.
1. Поворотом камеры сгорания или всей ДУ в каком-либо подвесе - чаще карданном - понятно, только для ЖРД.
2. Поворотом выхлопных патрубков турбины. Тоже для ЖРД. Есть, и довольно много ЖРД с ТНА, у которых продуктов сгорания вспомагательного топлива, отработав в турбину, сбрасываются за борт, конечно через сопло. Устанавливая его в подвесе, можно отклонять его в одну или обе плоскости.
3. Поворотом сопла. По идее, можно использовать и для ЖРД, и для РДТТ. Известны много вариантов - карданный подвес, шаровый шарнир, "техрол" (гидростатический подшипник), установка сопла на гибкой опоре (Space Shuttle) - все для РДТТ.
У рассмотренных пока способов потери тяги почти незаметные, угол отклонения вектора тяги определяется конструкцией.
4. Газовые рули. Сегодня применяют редко, причина - потери 7...15% тяги при отсутствие управляющего воздействия, вызванная наличием тел в сверхзвуковом потоке и образующиеся скачки уплотнения. Другая проблема - эррозия. В случае современных металлизированных смесевых топлив подбор материалов предельно сложен из-за наличия значительного колличества Al2O3, действующий абразивно. Тем не менее, это самая старая, хорошо отработанная система управления вектора тяги РД и ее надеждность довольно высокая.
5. Насадки, дефлекторы. Многообразные устройства этой группы отклоняют поток уже на выходе из сопла. Насадок может быть циллиндрическим, коническим, прямо или кососрезанным. Для уменьшения шарнирного монента используют и сферические дефлекторы. Если насадок прямосрезанный, для отклонения струи необходимо угловое отклонение насадка, в случае кососрезанного насадок перемещается по оси сопла, входя/выходя из потока. Таким образом регулириется угол отклонения, величина регулируется поворотом. Близко к кососрезанным насадкам по механизму действия находятся периферийные рули - поверхности, параллелные потоку и выдвигаемые за срезом сопла для получения управляющего действия.
6. Интерцепторы. Механическая преграда на пути потока, чаще за срезом сопла, иногда в раструбе. Есть много конструктивных вариантов - чаще на оси, параллельной сопла, закреплена "лапка". Поворотом она вводится в поток, перекрывая неск. % его сечения. Реже из щели в раструбе выдвигается невысокая перегородка. В обоих случаях вызывает появление системы скачков уплотнения, которые перераспределяют давление и у тяги появляется боковая составляющая. Считаются недорогими, простыми, легкими и надеждными, максимальный угол отклонения вектора тяги 14 градусов, потери тяги - около 1%/градус. Если сопло двигателя (ступени) одиночное, обычно ставят 4 интерцептора, которыми управляют в двух плоскостях вектор тяги. Если сопловой блок с 4 соплами, можно ставить по 1 интерцептор на сопло, достигая того же.
7. Вторичная инжекция. Газодинамически метод подобен верхнему (интерцепторы), но реализация в корне различная. В сверхзвуковой части сопла инжектируется рабочее тело. Тело может быть газом или жидкостью (даже твердым сублимирующим, но попробуйте закачать порошок через клапаны:). Еще может быть нейтральным химически, топливом или окислителем. Наконец, может браться из отдельного бака, из внешнего газогенератора или из камеры ракетного двигателя. Считается самым продвинутым методом для РДТТ, поскольку быстродействие самое высокое. Потери тяги зависят от характера рабочего тела. В случае использования окислителя типа N2O4 тяга может даже увеличиваться. В случае жидкости используют вытеснительную систему подачи - давление в раструбе сопла невысокое - 1...2 атмосферы в точку ввода. Из-за желания обеспечить больший расход давление увеличивают в неск. раз, и все равно баки получаются легкими. Если инжектируют газ, появляется соблазнь взять его прямо из камеры сгорания. Объяснить такую схему достаточно просто - 4 трубопровода выходят из кормовую (см. примечание в конце) крышку двигателя и входят в районе последней трети сопла. Перед входом - регулириемый клапан. Идиллическая картинка портится параметрами потока - температура - за 3000, давление - как в камере, твердые частицы - на уровне 15 массовых процентов. Еще и агрессивность газов, и прочие прелести. К двигателистам, занимающимися вторичной инжекцией газов из камеры РДТТ, питают глубокое уважение напополам со страхопочитанием. И еще, в дополнение: "Поскольку инжекция газа или жидкости производится либо через круглые отверстия, либо через щели ограниченной ширины, картина взаимодействия (двух потоков) становится трехмерной, а поверхность, воспринимающая давление в зоне взаимодействия принимает серповидную форм, что значительно усложняет расчет зависимостей, связывающих отклонения вектора тяги с расходом вторичной струи." (с) Абугов, Бобылев - профессора такие, учебники писали. Понимать это надо так - двигателисты мат. модель управления теоретически не могут получить ни за какие коврижки, следует получать ее экспериментально на стенде. Не думайте, что с остальными методами обходится без огневых испытании, но хотя бы модель закладывается в управляющее устройство и ищут коэффициенты. В случае инжекции - это завершающий этап, сначала десятки и сотни пусков для статистики.
8. Управляющие (верньерные) двигатели (камеры). Самая используемая схема для ЖРД - вспомним хотя бы Р-7. РД-107 имеет две такие камеры, РД-108 - 4. Да сами видели сотни раз. Кстати, Р-7 и ее производные рассчитывают и на аэродинамическую систему стабиллизации до конца работы первой ступени.
Теоретически для ракет типа Р-7 возможно управление вектора тяги и регулированием основных двигателей, но тогда система управления имела бы крайне недостаточное быстродействие - чем крупнее двигатели, тем медленнее можно менять их режим, а в случае ЖРД с ТНА в контур управления приходится включать и ТНА.
Кормовая крышка - сначала я написал передняя крышка. Дело в том, что все пороховики и двигателисты подсознательно считают, что "перед" ракетного двигателя - там, где сопло (важнее же!). На одном совете таким макаром час, наверное, спорили, где выше давление. Я говорил - сзади, а меня не понимали и объясняли очень смешно, что застойная зона - спереди, значит, статдавление - выше. В вопросах баллистики и газодинамики я (пороховик) разбирался заметно лучше товарищей (артиллеристы), дело было на совете, где ищут не истину, а защищают этап, и в конце концов я убедил их, что черное - белое. Проверял при случае - все пороховики передом считают сопловую часть. С тех пор стараюсь избегать перед/зад - либо нос/корма, либо сопло
Кстати, сопло ракетного двигателя не обязательно находится сзади по полету, бывает и спереди, и даже в середине камеры