Камера жидкостного ракетного двигателя (жрд), работающая при высоких давлениях
Изобретение относится к камерам жидкостных ракетных двигателей (ЖРД). Камера ЖРД, работающая при высоких давлениях, содержащая сверхзвуковую часть сопла с каналами охлаждения, подводные и отводные магистрали, при этом каналы охлаждения с ребрами выполнены с изменяющимся углом поворота от продольной оси камеры до места перехода на увеличенное количество каналов и ребер, которое определяется толщиной ребер и величиной каналов по зависимости
где δребра - толщина ребра; δканала - толщина канала; n - число ребер; α - угол наклона ребер части 2; D - переменный диаметр профиля сопловой части, а для обеспечения выравнивания расхода охладителя в ребрах выполнены выборки, соединенные между собой каналами в кольцевом ребре. Изобретение обеспечивает улучшение энергомассовых характеристик. 2 ил.
В настоящее время к разрабатываемым жидкостным ракетным двигателям предъявляются предельно высокие требования по экономичности и массовым характеристикам.
Обеспечение высокой экономичности требует выполнения сверхзвуковой части сопла с высокой степенью расширения (отношения площади выходного сечения сопла к площади критического сечения) порядка ~150 и выше.
В разрабатываемых в России двигателях сверхзвуковые части сопла состоят из нескольких секций, соединенных между собой с помощью сварки.
Известна конструкция охлаждаемого сопла «Маршевый двигатель ракеты-носителя «Энергия» кислородно-водородный ЖРД РД0120» УДК 629.7036.54-6 стр. 130 - принятая за прототип.
Большегабаритное сопло этого двигателя длиной ~3 м и срезом сопла 2,28 м выполнено из трех паяных секций, соединенных между собой с помощью сварки. Паяные секции имеют постоянную толщину ребер и переменную величину канала охлаждения. Максимальное давление охладителя в сопле возможно не более 400÷450 кгс/см2.
Недостатком такой конструкции является большая масса сопла из-за стыков блоков и невозможность обеспечения высоких значений давления ~800÷850 кгс/см2.
В последнее время развитие высоких технологий (получение конструкций сопловой части с помощью лазерного спекания) дало возможность обеспечить в трактах охлаждения давление ~850 кгс/см2, что обеспечивает существенное повышение энергетических характеристик двигателей, работающих, например, по схеме «газ-газ».
Поставленная задача улучшения энергомассовых характеристик достигается тем, что камера ЖРД, работающая при высоких давлениях, содержащая сверхзвуковую часть сопла с каналами охлаждения, согласно изложению, каналы охлаждения с ребрами с изменяющимся углом поворота вдоль продольной оси камеры до места перехода на увеличенное количество каналов и ребер, которое определяется толщиной ребер и величиной каналов по зависимости а для обеспечения выравнивания расхода охладителя в ребрах выполнены выборки, соединенные между собой каналами в кольцевом ребре.
δребра - толщина ребра;
δканала - толщина канала;
n - число ребер;
α - угол наклона ребер сопловой части 2;
D - переменный диаметр профиля сопловой части 2;
Сущность предлагаемого изобретения поясняется схемами, показанными на фиг. 1 и 2.
На фиг. 1 показана камера 1 со сверхзвуковой частью сопла 2, подводной магистралью 3 и отводной магистралью 4, где:
5 - переменные каналы охлаждения в количестве n1 на выходе имеющие угол α1;
6 - ребра переменной толщины в количестве n1 на выходе имеющие угол α1;
7 - кольцевая стенка;
8 - переменные каналы охлаждения в количестве n2, на выходе имеющие угол α2;
9 - ребра переменной толщины в количестве n2, на выходе имеющие угол α2.
На фиг. 2 показан переток охлаждающего компонента через отверстия 10 в кольцевой стенке 11 в выборках 12 в ребрах 6 и 9.
Камера работает следующим образом. По соответствующей команде охлаждающий компонент поступает в подводную магистраль 3, расположенную на сверхзвуковой части 2 камеры 1. Из подводной магистрали 3 охлаждающий компонент поступает в n1 каналов охлаждения 5. Поступая по каналам охлаждения с изменяющимся углом поворота по длине сопла, охлаждающий компонент охлаждает ребра 6 переменного сечения (из-за увеличения проточной газовой полости сопла) до диаметра D1 равного
где tpe6pa и tканала - допустимая величина толщины ребра и допустимая величина канала охлаждения, определяются расчетом охлаждения.
tканала - величина продольного сечения канала;
tребра - толщина ребра;
n1 - число каналов в сверхзвуковой части 2;
α1 - угол наклона каналов в сверхзвуковой части 2;
n2 - число каналов в другой сверхзвуковой части сопла;
α2 - _угол наклона каналов 8 в другой части сопла.
На диаметре D1 охлаждающий компонент проходит через отверстия 10 в кольцевой стенке 11 и выравнивается в проточках 12 ребер 6 и 9 и поступает в охлаждающие каналы 8 в количестве n2; значительно больше количества n1. Протекая по каналам переменной величины 8 с изменяющимся углом поворота по длине, компонент охлаждает ребра 9 переменного сечения до диаметра Dcp, равного
У среза сопла охладитель разворачивается и поступает в выходную магистраль 4.
Использование предложенного технического решения позволяет существенно повысить давление в тракте охлаждения до 850 кгс/см2 и улучшить массовые характеристики за счет устранения стыков и значительно повысить энергетические характеристики камеры двигателя, работающего, например, по схеме «газ-газ».
Камера жидкостного ракетного двигателя (ЖРД), работающая при высоких давлениях, содержащая сверхзвуковую часть сопла с каналами охлаждения, подводные и отводные магистрали, отличающаяся тем, что каналы охлаждения с ребрами с изменяющимся углом поворота вдоль продольной оси камеры до места перехода на увеличенное количество каналов и ребер определяется толщиной ребер и величиной каналов по зависимости где
δребра - толщина ребра;
δканала - толщина канала;
n - число ребер;
α - угол наклона ребер в сопловой части;
D - переменный диаметр профиля сопловой части,
а для обеспечения выравнивания расхода охладителя в ребрах выполнены выборки, соединенные между собой каналами в кольцевом ребре.