Щелевая смесительная головка камеры жидкостного ракетного двигателя

Авторы патента:

Горохов Виктор Дмитриевич (RU)

Хрисанфов Сергей Петрович (RU)

F02K9/52 - распылительные головки (вообще B05B)

Владельцы патента RU 2725397:

Акционерное общество "Конструкторское бюро химавтоматики" (RU)

Изобретение относится к жидкостным ракетным двигателям. 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 изобретению торцевая часть колец с трактами охлаждения и отверстиями для подачи жидкого компонента выполнена в виде волновой поверхности (например, синусоиды) с величиной амплитуды ~ 0,1÷0,3 диаметра цилиндрической части камеры. Изобретение обеспечивает повышение надежности работы двигателя, устраняя появление высокочастотных колебаний давления в камере. 2 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 принятию 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/ от 15.11.2004 г., патент RU 23445287 С1, 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 продуты 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 С1, 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 не менее 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, торцевая часть колец с трактами охлаждения и отверстиями для подачи жидкого компонента выполнена в виде волновой поверхности (например, синусоиды) с величиной амплитуды ~ 0,1÷0,3 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 головки, а в увеличенном объеме в виде цилиндра на величину примерно 0,1÷0,3 диаметра цилиндрической части камеры;

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

Сущность предлагаемого изобретения поясняется схемой, показанной на фиг. 1. и фиг. 2.

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

1. Коллектор подвода жидкого компонента топлива;

2. Полость подвода газообразного компонента топлива;

3. Наружное днище;

4. Втулка;

5. Тракт охлаждения;

6. Кольцо;

7. Отверстие;

8. Кольцевая газовая полость;

9. Дозирующие отверстия газового компонента топлива;

10. Пусковая форсунка.

На фиг. 2 показан вид на кольцо 6 с боку, где 11 - торцевая волновая поверхность кольца с амплитудой А.

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 полость 8.

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

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

Выполнение колец с торцевой волнообразной поверхностью растягивает по длине камеры фронт горения компонентов топлива, что сказывается на стабилизации горения и повышении надежности работы камеры ЖРД.

Таким образом, использование щелевой смесительной головки, в которой кольца с каналами охлаждения и отверстиями для подачи жидкого компонента выполнены с торцевой поверхностью в виде волновой поверхности с величиной амплитуды ~ 0,1÷0,3 диаметра 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 торцевая часть колец с трактами охлаждения и отверстиями для подачи жидкого компонента выполнена в виде волновой поверхности (например, синусоиды) с величиной амплитуды ~ 0,1÷0,3 диаметра цилиндрической части камеры.

Изобретение относится к области ракетно-космической техники, а именно к ракетным двигателям малой тяги на несамовоспламеняющихся газообразном окислителе и жидком горючем.

Способ организации рабочего процесса в жидкостном газогенераторе // 2724067

Изобретение относится к ракетно-космической технике и касается способа организации рабочего процесса в жидкостном газогенераторе. Способ заключается в подаче горючего и окислителя с помощью смесительной головки с использованием соосных центробежных форсунок при близком к стехиометрическому соотношении компонентов топлива, жидкофазном смешении пелен распыла компонентов топлива, сжигании полученной смеси и разбавлении продуктов сгорания одним из компонентов топлива путем подачи его через струйные форсунки.

Смесительная головка жидкостного ракетного двигателя малой тяги // 2720657

Изобретение относится к ракетной технике, конкретно - к смесительным головкам жидкостных ракетных двигателей малой тяги и особо малой тяги (0,3-0,5 Н) на самовоспламеняющихся компонентах топлива.

Камера сгорания жидкостного ракетного двигателя // 2720654

Изобретение относится к ракетной технике, конкретно - к организации смесеобразования в камере сгорания жидкостного ракетного двигателя. Камера сгорания жидкостного ракетного двигателя, содержащая камеру и смесительную головку с размещенными в ней форсунками, при этом камера сгорания выполнена в яйцеобразной форме, а форсунки в камере сгорания расположены по вогнутой спирали.

Камера сгорания жидкостного ракетного двигателя малой тяги // 2716778

Изобретение относится к ракетной технике, конкретно к организации смесеобразования жидкостного ракетного двигателя особо малой тяги на самовоспламеняющихся компонентах топлива.

Смесительная головка камеры жидкостного ракетного двигателя // 2705924

Использование: для смешивания 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 образующие 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, 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 // 2705921

Использование: для смешивания 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 образующими 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, диаметр которых уменьшается от периферии к центру смесительной 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 // 2705919

Использование: для смешивания компонентов топлива. Сущность изобретения заключается в том, что смесительная головка камеры жидкостного ракетного двигателя содержит корпус с полостями подвода компонентов топлива, пояса подачи компонентов, соединенные с соответствующими полостями компонентов топлива при помощи каналов, при этом пояса подачи компонентов топлива выполнены в виде обечаек, расположенных друг по отношению к другу с кольцевыми зазорами, и образующими замкнутые кольцевые полости, объем которых монотонно уменьшается от периферии к центру, и 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, 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 сгорания жрд // 2703889

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 с выполненными в нем втулками, зазоры между которыми образуют кольцевые каналы подвода газообразного компонента.

Щелевая смесительная головка камеры жидкостного ракетного двигателя // 2700801

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.