Камера жидкостного ракетного двигателя

Авторы патента:

Климов Владислав Юрьевич (RU)

F02K9/52 - распылительные головки (вообще B05B)

Владельцы патента RU 2686645:

Климов Владислав Юрьевич (RU)

Изобретение относится к области ракетного двигателестроения и может быть использовано при создании безгазогенераторных жидкостных ракетных двигателей (ЖРД), работающих на криогенных компонентах топлива. Камера жидкостного ракетного двигателя содержит охлаждаемое сопло, смесительную головку, состоящую из корпуса, коллектора, днища и соосно-струйных форсунок, расположенных равномерно по концентрическим окружностям, установленных между соплом и смесительной головкой теплообменных элементов, выполненных в виде двух коаксиально установленных труб, на одной из которых выполнены пазы, при этом концы труб теплообменных элементов закреплены в трубных досках, образующих подводящий и отводящий коллекторы компонента топлива, используемого для привода турбин турбонасосных агрегатов, закрепленные на смесительной головке и сопле камеры, причем выходная часть каждой соосно-струйной форсунки соединена с теплообменным элементом. Изобретение обеспечивает повышение давления в камере ЖРД за счет улучшения теплообмена между продуктами сгорания топлива и компонентом топлива, используемого для привода турбин турбонасосных агрегатов. 4 ил.

Одной из основных проблем, возникающих при создании безгазогенераторных ЖРД, является сравнительно низкое давление в камере сгорания из-за невозможности обеспечения подогрева компонента топлива, используемого для привода турбины турбонасосного агрегата, в тракте охлаждения камеры до высокой температуры.

Известен ЖРД HIPEX, содержащий камеру, включающую в себя регенеративно охлаждаемую камеру сгорания с критическим сечением и соплом, смесительную головку с соосно-струйными форсунками и запальным устройством, агрегаты управления и два турбонасосных агрегата, при этом во внутренней полости камеры сгорания установлен теплообменник, состоящий из двух частей: внутренней оболочки с прямоугольными фрезерованными каналами и внешней оболочки, которые жестко соединены между собой с помощью диффузионной пайки (Шляхов В.И., Овчинникова С.В. ЖРД безгенераторной схемы для межорбитальных буксиров. Обзор по материалам зарубежной печати за 1980 - 1990 г. г №30. Центр научно-технической информации «Поиск», ГОНТИ-8. 1991, стр. 54-56 - прототип).

Указанный ЖРД работает следующим образом.

Горючее из насоса турбонасосного агрегата поступает в охлаждающий тракт камеры сгорания, затем проходит через теплообменник, установленный во внутренней полости камеры сгорания, и тракт охлаждения сверхзвуковой части сопла камеры поступает на турбины турбонасосных агрегатов и в смесительную головку камеры. Окислитель подается из насоса турбонасосного агрегата в смесительную головку камеры.

В камере компоненты топлива воспламеняются, сгорают и истекают из сопла. Продукты сгорания, контактируя с внутренней поверхностью камеры и теплообменника, отдают тепло горючему, которое приводит в действие турбины и связанные с ними насосы турбонасосных агрегатов.

Основными недостатками данного ЖРД являются значительная сложность конструкции камеры и высокая стоимость ее изготовления.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков и повышение давления в камере ЖРД за счет улучшения условий теплообмена между продуктами сгорания топлива и компонентом топлива, используемого для привода турбин турбонасосных агрегатов.

Решение указанной задачи достигается тем, что предложенная камера ЖРД, согласно изобретению, содержит, охлаждаемое сопло, смесительную головку, состоящую из корпуса, коллектора, днища и соосно-струйных форсунок, расположенных равномерно по концентрическим окружностям, установленные между соплом и смесительной головкой теплообменных элементов, выполненных в виде двух коаксиально установленных труб на одной из которых выполнены пазы, при этом концы труб теплообменных элементов закреплены в трубных досках, образующих подводящий и отводящий коллекторы компонента топлива используемого для привода турбин турбонасосных агрегатов, закрепленные на смесительной головке и сопле камеры, причем выходная часть каждой соосно-струйной форсунки соединена с теплообменным элементом.

Предлагаемая камера ЖРД, за счет своих отличительных признаков обеспечивает решение поставленной технической задачи - повышение давления в камере ЖРД за счет улучшения условий теплообмена между продуктами сгорания топлива и компонентом топлива, используемого для привода турбин турбонасосных агрегатов.

Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 показан общий вид камеры ЖРД в продольном разрезе, на фиг. 2 - продольный разрез смесительной головки, на фиг. 3 - продольный разрез теплообменного элемента, на фиг. 4 - поперечный разрез теплообменного элемента.

Предложенная камера ЖРД содержит охлаждаемое сопло 1, смесительную головку 2 и теплообменные элементы 3.

Смесительная головка 2 состоит из корпуса 4, коллектора 5, днища 6 и соосно-струйных форсунок 7, расположенных равномерно по концентрическим окружностям. При этом выходная часть каждой соосно-струйной форсунки 7 соединена с теплообменным элементом 3.

Теплообменные элементы 3 содержат трубы 8 и 9, установленные коаксиально при этом на наружной поверхности трубы 9 выполнены пазы 10. Выходная часть труб 8 и 9 теплообменных элементов 3 закреплена в трубных досках 11, 12, образующих подводящий коллектор 13. Входная часть труб 8 и 9 теплообменных элементов 3 закреплена в трубных досках 14 и 15, образующих отводящий коллектор 16.

Предложенная камера ЖРД работает следующим образом.

Горючее, поступающее из насоса турбонасосного агрегата горючего ЖРД, разделяется на две части. Основная часть горючего поступает в подводящий коллектор 13, где оно равномерно распределяется между теплообменными элементами 3. Оставшаяся часть горючего направляется на охлаждения сопла 1. По пазам 10 горючее поступает в отводящий коллектор 16, после чего смешивается с частью горючего, поступающего из сопла 1, и далее направляется на турбины турбонасосных агрегатов ЖРД. После прохождения через турбины турбонасосных агрегатов ЖРД горючее направляется в коллектор 5 смесительной головки 2 и далее через соосно-струйные форсунки 7 во внутреннюю полость труб 9.

Окислитель подается из насоса турбонасосного агрегата окислителя ЖРД в смесительную головку 2 и далее через соосно-струйные форсунки 7 во внутреннюю полость труб 9.

Во внутренней полости трубы 9 компоненты топлива смешиваются и сгорают.

Продукты сгорания компонентов топлива, контактируя с внутренней поверхностью трубы 9, отдают тепло горючему, которое приводит в действие турбины и связанные с ними насосы турбонасосных агрегатов ЖРД.

Использование предлагаемого изобретения позволит повысить давления в камере ЖРД за счет улучшения условий теплообмена между продуктами сгорания топлива и компонентом топлива, используемого для привода турбин турбонасосных агрегатов.

Камера жидкостного ракетного двигателя, характеризующаяся тем, что она содержит, охлаждаемое сопло, смесительную головку, состоящую из корпуса, коллектора, днища и соосно-струйных форсунок, расположенных равномерно по концентрическим окружностям, установленных между соплом и смесительной головкой теплообменных элементов, выполненных в виде двух коаксиально установленных труб, на одной из которых выполнены пазы, при этом концы труб теплообменных элементов закреплены в трубных досках, образующих подводящий и отводящий коллекторы компонента топлива, используемого для привода турбин турбонасосных агрегатов, закрепленные на смесительной головке и сопле камеры, причем выходная часть каждой соосно-струйной форсунки соединена с теплообменным элементом.

Изобретение относится к области ракетной техники. Камера сгорания состоит из камеры, образующей полость камеры сгорания с присоединенным к ней герметично корпусом смесительной головки с каналами подачи компонентов топлива, центральной струйной форсункой первого компонента топлива (горючего) и периферийными струйными форсунками второго компонента (окислителя), направленными к оси центральной форсунки.

Смесительная головка камеры сгорания жрд // 2684701

Изобретение относится к области ракетной техники и может быть использовано при создании смесительных головок камер сгорания жидкостных ракетных двигателей (ЖРД). Смесительная головка камеры сгорания ЖРД содержит корпус, огневое днище и установленные между ними двухкомпонентные газожидкостные форсунки, отличающаяся тем, что часть форсунок выступает за огневое днище, образуя радиальные перегородки, и содержит внутреннюю и наружную втулки, установленные коаксиально и соединенные между собой с помощью ребер, расположенных на наружной поверхности внутренней втулки и между которыми находятся пазы подвода жидкого компонента топлива, при этом в половине пазов, расположенных в выходной части внутренней втулки, выполнены радиальные отверстия, соединенные с каналом подачи газообразного компонента топлива, причем в районе отверстий пазы со стороны подачи жидкого компонента топлива перекрыты перемычками, а в выходной части внутренней втулки и перед перемычками выполнены кольцевые канавки, соединяющие между собой пазы.

Смесительная головка жидкостного ракетного двигателя малой тяги // 2681564

Изобретение относится к ракетной технике, а более конкретно - к организации смесеобразования жидких самовоспламеняющихся компонентов топлива в камере жидкостного ракетного двигателя малой тяги (ЖРДМТ).

Смесительная головка газогенератора // 2680282

Изобретение относится к области жидкостных ракетных двигателей (ЖРД), а именно к газогенераторам, генерирующих газ для привода турбонасосного агрегата. Смесительная головка газогенератора содержит корпус, включающий в себя смесительные камеры, состоящие из концентрически соединенных между собой колец, продольные пазы, расположенные равномерно по окружности и сообщающиеся с полостью окислителя, триплетные смесительные элементы, обеспечивающие соударение струй компонентов топлива, поступающих в смесительные камеры, днище, закрепленное на торце корпуса и образующее с ним полость горючего, при этом корпус представляет собой цельную конструкцию, изготовленную методом послойного лазерного сплавления металлического порошка.

Смесительная головка газогенератора // 2680281

Изобретение относится к области жидкостных ракетных двигателей (ЖРД), а именно к газогенераторам, генерирующим газ для привода турбонасосного агрегата. Смесительная головка газогенератора содержит блок горючего, включающий в себя наружное днище, внутреннее днище, на котором равномерно по окружностям расположены форсунки горючего, представляющие собой полый наконечник, выполненный в выходной части глухим, блок окислителя, состоящий из корпуса, поясов подачи окислителя, представляющих собой две концентрически соединенные между собой втулки, на наружной поверхности одной из которых выполнены продольные пазы, при этом пояса подачи окислителя, соединенные между собой с помощью колец, образуют кольцевые каналы, внутренняя полость которых соединена с полостью горючего с помощью радиальных отверстий, выполненных на цилиндрической поверхности форсунок горючего, а с полостью окислителя - через отверстия, выполненные в кольцах и расположенные коаксиально относительно форсунок горючего.

Форсуночная головка камеры жрд // 2679073

Изобретение относится к области ракетной техники и может быть использовано при создании форсуночных головок камер жидкостных ракетных двигателей (ЖРД). Форсуночная головка камеры ЖРД, содержащая корпус головки и огневое днище с установленными в них струйно-центробежными форсунками, имеющими центральный осевой профилированный и тангенциальные каналы, выполненные в корпусе каждой форсунки, соединяющие полости компонентов с полостью камеры сгорания.

Струйно-центробежная форсунка // 2679049

Струйно-центробежная форсунка // 2679047

Изобретение относится к области ракетной техники и может быть использовано при создании форсуночных головок камер жидкостных ракетных двигателей (ЖРД). Струйно-центробежная форсунка содержит корпус, состоящий из двух цилиндров разного диаметра, соединенных между собой с образованием кольцевой ступеньки, образованной торцом большего цилиндра, при этом в корпусе выполнены центральный осевой профилированный канал с расширяющейся и цилиндрической частями, соединенными между собой с образованием внутреннего уступа, и тангенциальные каналы, соединяющие полости компонентов с полостью камеры сгорания и открывающиеся в полость смешения форсунки.

Форсуночная головка камеры жрд // 2679046

Изобретение относится к области ракетной техники и может быть использовано при создании форсуночных головок камер жидкостных ракетных двигателей (ЖРД). Форсуночная головка камеры ЖРД содержит корпус головки и огневое днище с установленными в них струйно-центробежными форсунками, имеющими центральный осевой профилированный и тангенциальные каналы, выполненные в корпусе каждой форсунки, соединяющие полости компонентов с полостью камеры сгорания.

Стендовый жидкостный ракетный двигатель с непрерывной спиновой детонацией // 2674117

Изобретение относится к области испытаний, в частности стендовых испытаний режимов работы ЖРД, работающих в режиме непрерывной детонации на топливной смеси, состоящей из газообразного кислорода и керосина.