Щелевая смесительная головка камеры жидкостного ракетного двигателя

Авторы патента:

Хрисанфов Сергей Петрович (RU)

Иванова Ольга Сергеевна (RU)

Горохов Виктор Дмитриевич (RU)

F02K9/52 - распылительные головки (вообще B05B)

Владельцы патента RU 2700801:

Акционерное общество "Конструкторское бюро химавтоматики" (RU)

Изобретение относится к жидкостным ракетным двигателям. Щелевая смесительная головка камеры жидкостного ракетного двигателя, содержащая наружное днище, корпус с установленными в нем кольцами с трактом охлаждения и отверстиями для подачи жидкого компонента, зазоры между которыми образуют кольцевые каналы подвода газообразного компонента, пусковую форсунку горючего, согласно изобретению кольца с каналами охлаждения смещены друг относительно друга в сторону камеры на расстояние от 0,4 части до ширины кольцевого газового канала, образуя общую величину смещения примерно 0,1÷0,3 величины диаметра цилиндрической части камеры. Изобретение обеспечивает устранение высокочастотных колебаний давления в камере. 1 ил.

При разработке жидкостного ракетного двигателя предъявляются предельно высокие требования по экономичности и надежности работы. Для обеспечения высокой экономичности двигателя приходится решать вопрос по реализации устойчивости процесса горения и принятие мер по устранению высокочастотных колебаний давления в камере. Одним из основных элементов, влияющих на экономичность, надежность и устойчивость рабочего процесса в камере является смесительная головка.

Известны конструкции смесительных головок, в которых используются различные мероприятия, которые позволяют обеспечить устойчивость рабочего процесса за счет разделения полости расположенной у огневого днища на изолированные сектора. Это может быть реализовано за счет выдвижения части форсунок в полость камеры сгорания или установки специальных перегородок.

Известна конструкция смесительной головки, изложенная в заявке №2007142008/06 от 15.11.2004 г., патент RU 23445287 C1, в которой для устранения высокочастотных колебаний используются антипульсационные перегородки, расположенные на огневом днище головки.

Недостатком данной конструкции является расположение периферийного ряда форсунок около внутренней стенки камеры. Компоненты топлива, вытекая из периферийных форсунок, превращаются в продукты сгорания в виде газовых струй, которые натекают на внутреннюю стенку камеры. В результате взаимодействия газовых струй с внутренней стенкой камеры, реализуются от торца смесительной головки на стенке камеры напротив периферийных форсунок зоны с повышенным соотношением компонентов топлива, т.е. с повышенной температурой горячих газов в этих зонах. При длительных испытаниях в этих зонах могут появиться трещины, пролизы и даже прогары.

Известна конструкция смесительной головки, изложенная в заявке №99124002/06 от 15.11.1999 г., патент RU 2170841 C1, принимается за прототип, содержащая корпус с днищем и установленные в них втулки, зазоры между которыми образуют кольцевые каналы подвода жидкого и газообразного компонента.

Данная конструкция позволяет обеспечить высокую экономичность, повысить надежность работы внутренней стенки камеры за счет расположения у стенки вместо периферийных форсунок равномерного кольцевого канала с компонентами топлива окислителя и горючего. Однако конструкция этой головки не позволяет реализовать эффективные мероприятия по борьбе с высокочастотными колебаниями с выдвижением ряда форсунок в виде креста в камеру или установки у огневого днища антипульсационных перегородок, разделяющих полость у огневого днища на изолированные сектора.

Длина этих перегородок должна составлять ~ 0,1 от диаметра цилиндрической части камеры. Отсутствие специальных мер по борьбе с высокочастотными колебаниями, как правило, приводит к выгоранию смесительной головки, т.е. к аварийной работе двигателя.

Предлагаемое изобретение решает техническую задачу по реализации высоких энергетических характеристик жидкостных ракетных двигателей и обеспечивает надежную работу, устраняя возможность появления высокочастотных колебаний давления в камере, в целом устраняет указанные недостатки прототипа. Поставленная техническая задача решается тем, что в щелевой смесительной головке камеры жидкостного ракетного двигателя, содержащей наружное днище, корпус с установленными в нем кольцами с трактом охлаждения и отверстиями для подачи жидкого компонента, зазоры между которыми образуют кольцевые каналы подвода газообразного компонента, пусковую форсунку горючего, согласно изложению, кольца с каналами охлаждения смещены друг относительно друга в сторону камеры на расстояние от 0,4 части до ширины кольцевого газового канала, образуя общую величину смещения примерно 0,1÷0,3 величины диаметра цилиндрической части камеры.

Такое выполнение щелевой смесительной головки камеры позволяет реализовать следующие процессы:

1. Смешение, испарение и сгорание компонентов топлива происходит не в плоском объеме у смесительной головке, а в растянутом объеме в виде конуса на величину примерно 0,1 диаметра цилиндрической части камеры;

2. Сгорание компонентов топлива в переменном по длине объеме устраняет возможность появление высокочастотных колебаний.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется схемой, показанной на фиг. 1.

На фиг. 1 показана конструкция щелевой смесительной головки, где:

1. Коллектор подвода жидкого компонента топлива;

2. Полость подвода газообразного компонента топлива;

3. Наружное днище;

4. Втулка;

5. Трак охлаждения;

6. Кольцо;

7. Отверстие;

8. Кольцевая газовая полость;

9. Дозирующие отверстия газового компонента топлива;

10. Пусковая форсунка.

Щелевая смесительная головка работает следующим образом.

В соответствии с циклограммой работы двигателя жидкий компонент топлива поступает в коллектор 1, газообразный компонент во внутреннюю полость 2 наружного днища 3.

Из коллектора 1 по втулкам 4 жидкий компонент распределяется в тракты охлаждения 5 колец 6, а затем через отверстия 7 попадает в кольцевую газовую полость 8.

Газообразный компонент из полости 2 через дозированные отверстия 9 поступает в кольцевые газовые полости 8.

По соответствующей команде пусковое горючее поступает в пусковую форсунку 10 и происходит воспламенение компонентов топлива.

Смещение колец с трактом охлаждения на расстояние 0,4 до ширины газовой полости (в зависимости о величины газовой полости) обеспечивает надежную защиту торцов колец обратным токам газов и растягивает фронт горения компонентов топлива. В целом за счет смещения колец относительно друг друга фронт пламени растягивается на величины ~ 0,1 диаметра цилиндрической части камеры.

Таким образом, использование щелевой смесительной головки, в которой кольца с каналами охлаждения смещены друг относительно друга в сторону камеры на расстояние от 0,4 части до ширины кольцевого газового канала, образуя общую величину смещения примерно 0,1 величины диаметра камеры цилиндрической части камеры, обеспечивает устойчивый процесс сгорания компонентов топлива, повышает надежность и позволяет реализовать предельно высокие требования по экономичности двигателя.

Щелевая смесительная головка камеры жидкостного ракетного двигателя, содержащая наружное днище, корпус с установленными в нем кольцами с трактом охлаждения и отверстиями для подачи жидкого компонента, зазоры между которыми образуют кольцевые каналы подвода газообразного компонента, пусковую форсунку горючего, отличающаяся тем, что кольца с каналами охлаждения смещены друг относительно друга в сторону камеры на расстояние от 0,4 части до ширины кольцевого газового канала, образуя общую величину смещения примерно 0,1÷0,3 величины диаметра цилиндрической части камеры.

Изобретение относится к жидкостным ракетным двигателям. Смесительная головка камеры ЖРД, содержащая наружное днище, корпус, огневое днище, двухкомпонентные форсунки, закрепленные в корпусе и огневом днище, кольцевую периферийную часть, магистрали подачи жидкого и газообразного компонента, согласно изобретению в корпусе выполнено три ряда отверстий, один ряд, выполненный в цилиндрической части корпуса, и второй ряд отверстий, выполненный в полостной стенке корпуса, соединяют полость, коллектора жидкого компонента с кольцевой периферийной частью, третий ряд отверстий, выполненный в плоской стенке корпуса, соединяет полость камеры жидкого компонента с жидкой полостью центральной части, а между отверстиями третьего ряда в плоской части корпуса выполнены дозирующие отверстия для подачи газообразного компонента в кольцевую периферийную часть и полости двухкомпонентных форсунок и периферийная кольцевая полость через полости коллекторов соединена с магистралями подвода жидкого и газообразного компонентов топлива.

Смесительная головка камеры жидкостного ракетного двигателя // 2699899

Использование: для смесеобразования компонентов топлива. Сущность изобретения заключается в том, что смесительная головка камеры жидкостного ракетного двигателя содержит корпус с полостями подвода компонентов, пояса подачи компонентов, соединенные с соответствующими полостями компонентов при помощи каналов, при этом пояса подачи компонентов выполнены в виде нескольких коаксиально установленных обечаек, расположенных друг по отношению к другу с кольцевыми зазорами и образующих замкнутые кольцевые полости, открывающиеся в камеру сгорания, причем кольцевые полости компонентов топлива равномерно чередуются между собой, при этом на торцах обечаек со стороны входа установлены торцевые профилированные днища, скрепленные между собой и с корпусом и образующие последовательно расположенные торцевые кольцевые полости, причем в указанных днищах и полостях выполнены изолированные каналы разного диаметра, причем диаметр каналов монотонно уменьшается от периферии к центру головки, соединяющие упомянутые торцевые полости через одну между собой, при этом указанные кольцевые полости компонентов топлива соединены с соответствующими полостями подвода компонентов через упомянутые торцевые полости, образованные профилированными днищами.

Смесительная головка камеры жидкостного ракетного двигателя // 2699898

Использование: для смесеобразования компонентов топлива. Сущность изобретения заключается в том, что смесительная головка камеры жидкостного ракетного двигателя содержит корпус с полостями подвода компонентов, пояса подачи компонентов, соединенные с соответствующими полостями компонентов при помощи каналов, при этом пояса подачи компонентов выполнены в виде нескольких коаксиально установленных обечаек, расположенных по отношению друг к другу с кольцевыми зазорами, и образующими замкнутые кольцевые полости, открывающиеся в камеру сгорания, причем на охватываемых обечайках выполнены винтовые каналы, при этом кольцевые полости компонентов топлива равномерно чередуются между собой, а на торцах обечаек со стороны входа установлены торцевые профилированные днища, скрепленные между собой и с корпусом и образующие последовательно расположенные торцевые кольцевые полости, причем в указанных днищах и полостях выполнены изолированные каналы, соединяющие упомянутые торцевые полости через одну между собой, при этом указанные кольцевые полости компонентов топлива соединены с соответствующими полостями подвода компонентов через упомянутые торцевые полости, образованные профилированными днищами.

Устройство впрыска, камера сгорания и ракетный двигатель // 2698859

Изобретение относится к устройствам впрыска для ракетных двигателей. Устройство впрыска, камера сгорания и ракетный двигатель содержат основной корпус (21) устройства, разделенный на коллектор (33) горючего и коллектор (34) окислителя, и множество инжекторов (22, 23, 24), размещенных с заданными интервалами в основном корпусе (21) устройства для впрыска горючего и окислителя в жаровую трубу (12), каждый из инжекторов (22А, 22В, 22С, 22D) содержит канал (43а, 43b) LOx, содержащий проксимальный концевой участок, сообщающийся с коллектором (33) окислителя, и дистальный концевой участок, сообщающийся с жаровой трубой (12), ограничитель (45а, 45b), предусмотренный на проксимальном концевом участке канала (43а, 43b) LOx, и канал (47а, 47б) GH2, содержащий проксимальный концевой участок, сообщающийся с коллектором (34) горючего, и дистальный концевой участок, сообщающийся с жаровой трубой (12), при этом ограничители (45а, 45b, 45 с, 45d) имеют разные формы.

Камера сгорания и ракетный двигатель // 2698562

Изобретение относится к камерам сгорания ракетных двигателей. Камера сгорания и ракетный двигатель содержат устройство (11) впрыска, которое впрыскивает окисляющий агент и горючее из поверхности (23) впрыска, жаровую трубу (12), в которой образуется газообразный продукт сгорания путем сжигания окисляющего агента и горючего, впрыскиваемых из устройства (11) впрыска, резонатор (31), соединенный с возможностью сообщения с жаровой трубой (12) через канал (35) связи, и перфорированную пластину (41), выполненную в канале (35) связи.

Смесительная головка камеры жидкостного ракетного двигателя // 2698171

Изобретение относится к энергетическим установкам летательных аппаратов, а именно к смесительным головкам камер жидкостных ракетных двигателей. Смесительная головка камеры жидкостного ракетного двигателя содержит корпус с полостями подвода компонентов и пояса подачи компонентов, соединенные с соответствующими полостями компонентов при помощи каналов.

Устройство для определения неисправности и способ определения неисправности // 2692946

Настоящее изобретение относится к устройству для определения неисправности и способу определения неисправности. Устройство для определения неисправности согласно одному аспекту настоящего изобретения представляет собой устройство для определения неисправности, которое выполнено с возможностью определения неисправности устройства подачи текучей среды под давлением, используемого в насосе, причем устройство для определения неисправности содержит блок считывания реакции на механическое напряжение, выполненный с возможностью считывания реакции на механическое напряжение, указывающей на временное изменение механического напряжения, приложенного к устройству подачи текучей среды под давлением, блок вычисления степени накопленных усталостных повреждений, выполненный с возможностью вычисления степени накопленных усталостных повреждений устройства подачи текучей среды под давлением на основании реакции на механическое напряжение, блок вычисления скорости уменьшения срока службы, выполненный с возможностью вычисления скорости уменьшения срока службы, которая представляет собой скорость изменения степени накопленных усталостных повреждений во времени, и блок определения, выполненный с возможностью определения неисправности устройства подачи текучей среды под давлением на основании степени накопленных усталостных повреждений и скорости уменьшения срока службы, причем устройство подачи текучей среды под давлением выполнено с возможностью его использования только в течение заданного времени использования при эксплуатации насоса.

Камера жидкостного ракетного двигателя // 2686645

Изобретение относится к области ракетного двигателестроения и может быть использовано при создании безгазогенераторных жидкостных ракетных двигателей (ЖРД), работающих на криогенных компонентах топлива.

Камера сгорания жидкостного ракетного двигателя малой тяги // 2685166

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.