Contoured rocket nozzles
- Paper ID
IAF-58-60
- author
- company
Rocketdyne, A division of North American Aviation Inc.
- country
U.S.A.
- year
1958
- abstract
Contoured Rocket Nozzles. A method of designing rocket nozzle wall contours to yield optimum thrust is presented. The rocket exhaust gases are treated under the assumption of isentropic, adiabatic and frictionless flow. Nozzle length and ambient pressure appear as governing restrictions under which the thrust is maximized. The solution of this extremal problem yields flow properties required along a suitably chosen control surface, and the nozzle contour is constructed by the method of characteristics to yield this required flow field. A typical numerical example is given. For the propellant combination used in the example, it is inferred from available experimental data that the expanding exhaust gases are in chemical equilibrium. The varying gas properties associated with chemical equilibrium are accounted for in the thrust optimization method. The low altitude performance of such a contoured nozzle is discussed. Profllierte Raketendiisen. Es wird eine Methode zum Entwurf der Profile von Raketendüsenwânden für optimalen Schub beschrieben. Dabei wird angenommen, daB die aus der Rakete ausstromenden Gase einen isentropischen, adiabatischen und reibungsfreien FluB aufweisen. Die Lange der Düse und der in der Umgebung herrschen- de Druck treten als beherrschende Einschrànkungsfaktoren auf, unter deren Wirkung der Schub den groBten Wert erreichen kann. Die Lôsung dieses extremen Problems erfordert Eigenschaften des notwendigen Flusses entlang einer geeignet gewahlten Kontrolloberflàche ; das Diisenprofil wird nach der Charakteristikenmethode kon- struiert, um diesen erforderlichen FluB zu liefern. Dafiir wird ein typisches numerisches Beispiel angegeben. Für die dabei benützte Treibstoffkombination kann man aus verfügbaren experimentellen Daten folgern, daB die expandierenden ausstromenden Gase sich im chemischen Gleichgewicht befinden. Die mit clem chemischen Gleich- gewicht verbundenen variierenden Gaseigenschaften werden bei der Methode der ,,Schuboptimalisierung“ berücksichtigt. Es wird die Leistung einer solchen pro- filierten Düse bei niedriger Hôhe erortert. Tuyeres profilées pour fusées. Présentation d’une méthode pour le dessin dü profil d’une tuyère donnant une poussée optimale. L’écoulement des produits de combustion est supposé isentropique et adiabatique. La longueur de la tuyère et la pression ambiante apparaissent comme des limitations dans le problème de l’optimisation. Sa solution donne les propriétés de l’écoulement le long d’une surface de contrôle convenablement choisie et le profil s’en déduit par la méthode des caractéristiques. Un exemple numérique typique est donné. Dès données expérimentales existantes on peut inférer que les produits de combustion, correspondant au mélange d’ergols choisi, sont en équilibre thermodynamique. Les variations de propriété du gaz associées à l’équilibre chimique sont prises en considération dans la méthode d’optimisation. Les performances de basse altitude de telles tuyères sont mises en discussion.