Двухкомпонентная соосно-струйная форсунка

Изобретение относится к жидкостным ракетным двигателям. Двухкомпонентная соосно-струйная форсунка содержит полый наконечник, соединяющий полость одного компонента с зоной горения, втулку, охватывающую с кольцевым зазором наконечник и соединяющую полость другого компонента с зоной горения. В выходной части цилиндрический наконечник на длине 2,5-3,0 его внутреннего диаметра имеет плавно расширяющуюся поверхность, образующую в поперечном сечении окружности, соединенные продольными каналами с центральной частью на выходе, и утопленную относительно выходного торца втулки до 1,0 его диаметра. Изобретение позволяет обеспечить предельно высокую полноту сгорания компонентов топлива и предельно высокие энергетические характеристики ЖРД. 2 ил.

 

Изобретение относится к жидкостным ракетным двигателям.

В ЖРД широкое распространение получили двухкомпонентные соосно-струйные форсунки, позволяющие получить определенную полноту сгорания компонентов топлива при устойчивом горении.

Создание перспективных ЖРД требует получения предельно высоких энергетических характеристик.

В настоящее время известен целый ряд конструкторских решений по соосно-струйным форсункам, направленных на повышение полноты сгорания компонентов топлива.

В патенте RU 2291977С1 изложена конструкция соосно-струйной форсунки, в которой в выходной части наконечника выполнены радиально расположенные пазы с толщиной пучка, равной 2,3÷3 толщины луча. Это решение не позволяет получить предельно высокое значение по экономичности из-за ограниченной величины контакта компонентов топлива в реакционной зоне.

В патенте RU 2171427 С2 изложена конструкция соосно-струйной форсунки, в которой полый наконечник на расстоянии 1÷4 внутреннего диаметра от выходного сечения имеет сквозные каналы, площадь которых меньше площади проходного сечения наконечника. Данное конструкторское решение позволяет улучшить экономичность на режиме дросселирования, но увеличивает перепад давления по линии наконечника и главное не увеличивает зоны взаимодействия компонентов топлива и, как следствие, не реализует предельно допустимых параметров по экономичности.

Известна конструкция соосно-струйной форсунки, описанная в патенте RU 2161719 С2 от 23.02.1999 г. (принятая за прототип), в которой полый наконечник и втулка имеют эквидистантную крестообразную форму.

Недостатком данной конструкции является незначительная зона контакта компонентов топлива. Выполнение выходной части форсунки в виде крестообразной формы позволяет увеличить по сравнению с обычной соосно-струйной форсункой реакционную зону контакта компонентов топлива только в 1,4 раза, что не позволяет существенно увеличить реакционную зону контакта компонентов топлива и, как следствие, получить более совершенное смесеобразование и предельные экономические характеристики, т.е. более высокий удельный импульс тяги двигателя.

Поставленная задача достигается тем, что двухкомпонентная соосно-струйная форсунка содержит полый наконечник, соединяющий полость одного компонента с зоной горения, втулку, охватывающую с кольцевым зазором наконечник и соединяющую полость другого компонента с зоной горения. Согласно изобретению, в выходной части цилиндрический наконечник на длине 2,5-3,0 его внутреннего диаметра имеет плавно расширяющуюся поверхность, образующую в поперечном сечении окружности, соединенные продольными каналами с центральной частью на выходе, и утопленную относительно выходного торца втулки до 1,0 его диаметра.

Сущность предполагаемого изобретения поясняется схемами, показанными на фиг. 1 и 2.

На фиг. 1 показан продольный разрез двухкомпонентной соосно-струйной форсунки, у которой полый наконечник 1, расположенный внутри охватывающей его втулки 2 с кольцевым зазором 8, имеет развитую поверхность 5 и соединяет полость одного компонента 3 с зоной горения, а полость другого компонента 4 соединена кольцевым зазором 8 с зоной горения.

На фиг. 2 показан вид с торца двухкомпонентной соосно-струйной форсунки, у которой показана развитая поверхность 5, состоящая из нескольких окружностей 6 диаметром d2, расположенных на диаметре dl, соединенных продольными каналами 7 с центральной частью 9 полого наконечника 1, а также торцевая часть втулки 2.

Двухкомпонентная соосно-струйная форсунка работает следующим образом.

Один компонент топлива из полости головки 3 поступает во внутреннюю полость наконечника 1. В выходной части 5 на расстоянии примерно (2,5÷3)d от торца наконечника 1 цилиндрическая его часть плавно расширяется с образованием на выходе нескольких окружностей 6 с диаметром d2, расположенных на окружности d1 и соединенных продольными каналами 7 с центральной его частью 9. Поступая из цилиндрической полости наконечника 1, компонент в выходной части наконечника приобретает развитую форму с реакционной зоной, увеличенной примерно в 2 раза (т.к. внутренняя цилиндрическая поверхность наконечника в 2 раза меньше его развитой поверхности на выходе).

Другой компонент из полости 4 по кольцевому зазору 8 поступает в выходную развитую часть форсунки и, обтекая плавно расширяющуюся выходную часть 5 наконечника 1, приобретает увеличенную в 2 раза контактную поверхность взаимодействия с другим компонентом.

Использование предложенного технического решения позволяет обеспечить предельно высокую полноту сгорания компонентов топлива и предельно высокие энергетические характеристики ЖРД.

Двухкомпонентная соосно-струйная форсунка, содержащая полый наконечник, соединяющий полость одного компонента с зоной горения, втулку, охватывающую с кольцевым зазором наконечник и соединяющую полость другого компонента с зоной горения, отличающаяся тем, что в выходной части цилиндрический наконечник на длине 2,5-3,0 его внутреннего диаметра имеет плавно расширяющуюся поверхность, образующую в поперечном сечении окружности, соединенные продольными каналами с центральной частью на выходе, и утопленную относительно выходного торца втулки до 1,0 его диаметра.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к жидкостным ракетным двигателям. Ракетный двигатель содержит камеру сгорания из медного сплава, безмедное вварное переходное кольцо, приваренное к камере сгорания из медного сплава, и форсуночную головку, приваренную к безмедному вварному переходному кольцу.

Изобретение относится к камерам сгорания ракетных двигателей малой тяги, работающих на двухкомпонентном самовоспламеняющемся жидком ракетном топливе. Способ заключается в подаче самовоспламеняющихся компонентов топлива через форсуночные элементы смесительной головки, их течении в камере сгорания, жидкофазном смешении в зоне форсуночных элементов, получении жидкофазных и газофазных промежуточных продуктов горения, воспламенении, горении и истечении продуктов горения через сопло камеры, согласно изобретению течение компонентов топлива в камере сгорания и процесс жидкофазного перемешивания выполняются при давлении, меньшем или равном давлению насыщенных паров хотя бы одного из компонентов топлива.

Изобретение относится к форсунке для жидкостного ракетного двигателя, которая включает в себя массив форсуночных элементов. Каждый форсуночный элемент включает в себя центральный канал и множество периферийных поперечных каналов.

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, в котором выполнены продольные каналы, соединяющие через тангенциальные отверстия полость горючего, образованную корпусом и закрепленным на его торце днищем, с внутренней полостью смесительной головки, причем между рядами тангенциальных отверстий расположены радиальные отверстия, соединяющие полость окислителя, образованную корпусом и коллектором окислителя, с внутренней полостью смесительной головки.

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, содержащая корпус, в котором выполнены кольцевые каналы, соединенные между собой продольными каналами, сообщающимися с полостью горючего, образованной корпусом и закрепленным на его торце днищем, причем внутренняя полость смесительной головки соединена с кольцевыми каналами с помощью наклонных отверстий, при этом между кольцевыми каналами расположены ряды радиальных отверстий, соединяющих внутреннюю полость смесительной головки с полостью окислителя, образованную корпусом и коллектором окислителя, а наклонные и радиальные отверстия образуют триплетные смесительные элементы.

Для улучшения агрегата реактивной тяги, включающего в себя камеру сгорания реактивной тяги, имеющую полость реактивной тяги, которая имеет первую секцию, примыкающую к ней вторую секцию и примыкающую ко второй секции третью секцию, причем полость реактивной тяги во всех трех секциях ограничена внешней стенкой сопла с внешней поверхностью полости реактивной тяги, причем внешняя поверхность полости реактивной тяги в первой и второй секции сужается к третьей секции, в третьей секции расширяется от второй секции, и на переходе от второй секции к третьей секции выполнен самый узкий участок, причем первая секция ограничена внутренней стенкой сопла с внутренней поверхностью полости реактивной тяги, которая сужается ко второй секции, причем между внутренней поверхностью полости реактивной тяги и внешней поверхностью полости реактивной тяги выполнена кольцевая камера сгорания, которая простирается по первой секции, причем агрегат реактивной тяги включает в себя также несколько первых топливных впускных отверстий для первого топливного компонента и несколько вторых топливных впускных отверстий для второго топливного компонента, при этом, чтобы была повышена эффективность агрегата реактивной тяги, внешняя стенка сопла включает в себя, по меньшей мере, часть из нескольких первых топливных впускных отверстий.

Изобретение относится к жидкостным ракетным двигателям малой тяги. Жидкостный ракетный двигатель малой тяги содержит камеру со смесительной головкой, струйные форсунки горючего и окислителя с пересекающимися осями, смесительные экраны с обращенным в предкамеру ребром, предкамеру и камеру сгорания.

Изобретение относится к области ракетной техники и может быть использовано при создании регулируемых ракетных двигателей. Смесительная головка камеры ЖРД, работающая по схеме с дожиганием генераторного газа, содержит патрубки подвода генераторного газа и жидкого компонента, корпус и огневое днище с закрепленными между ними двухкомпонентными форсунками, согласно изобретению полость генераторного газа форсунки выполнена в виде сопла Лаваля с кольцевой с ребрами входной частью, внутри которой установлен подпружиненный профилированный штырь с торцом, наружная поверхность которого взаимодействует с внутренней поверхностью кольцевой с ребрами входной частью, в торце штыря выполнены отверстия, со стороны входа форсунки в кольцевую с ребрами входную часть установлена герметично задняя стенка, а в центральной части штыря выполнено отверстие, на наружной поверхности торца штыря выполнены лабиринтные канавки, наружная поверхность торца штыря покрыта серебром.

Изобретение относится к области ракетной техники и может быть использовано при создании регулируемых ракетных двигателей. Cмесительная головка камеры жидкостного ракетного двигателя, работающего по схеме с дожиганием генераторного газа, содержащая магистрали подвода генераторного газа и жидкого компонента, корпус и огневое днище с закрепленными между ними с помощью пайки и гаек двухкомпонентными форсунками, в стенках которых выполнены отверстия для подачи жидкого компонента, согласно изобретению в полости жидкого компонента между корпусом и огневым днищем на наружной поверхности форсунка выполнен уступ, в который упирается подпружиненный плунжер, на наружной поверхности которого расположена гильза, соединенная с кольцом, установленным на наружной поверхности гайки, а в форсунке выполнены дополнительные тангенциальные отверстия, соединяющие внутреннюю полость гильзы с полостью форсунки, плунжер выполнен с козырьком с одного конца и двумя уступами под пружину с другого конца, на внутренних поверхностях плунжера и гильзы выполнены лабиринтные канавки, кольцо установлено в гильзу герметично, внутренние и наружные поверхности плунжера покрыты серебром.

Изобретение относится к жидкостным ракетным двигателям. Смесительная головка камеры жидкостного ракетного двигателя содержит наружное днище, двухкомпонентные форсунки, закрепленные в корпусе и огневом днище, запальное устройство и подводные магистрали горючего и окислителя, при этом периферийная часть состоит из двух колец, соединенных между собой в торцевой части стенкой с отверстиями, образующих кольцевую газовую полость, в стенках которых выполнены маленькие отверстия 0,5÷1,2 мм на расстоянии между собой от 2 до 5 калибров, соединяющие ее через полость коллектора с автономной магистралью подвода горючего, а центральная часть содержит двухкомпонентные форсунки, закрепленные в корпусе и огневом днище, полости которых соединены через полости коллекторов с основными магистралями подвода окислителя и горючего, и в центре их расположена магистраль запального устройства.
Наверх