Жидкостно-газовый реактивный двигатель



Жидкостно-газовый реактивный двигатель

 

F02K99/00 - Реактивные двигательные установки (размещение и крепление реактивных двигательных установок на наземных транспортных средствах или транспортных средствах вообще B60K; размещение и крепление реактивных двигательных установок на судах B63H; управление положением в пространстве, направлением и высотой полета летательного аппарата B64C; размещение и крепление реактивных двигательных установок на летательных аппаратах B64D; установки, в которых энергия рабочего тела распределяется между реактивными движителями и движителями иного типа, например воздушными винтами F02B,F02C; конструктивные элементы реактивных двигателей, общие с газотурбинными установками, воздухозаборники и управление топливоподачей в воздушно-реактивных двигателях F02C)

Владельцы патента RU 2511877:

Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" (RU)

Изобретение относится к ракетно-космической технике и может быть использовано в качестве корректирующей двигательной установки космического аппарата. Жидкостно-газовый реактивный двигатель (ЖГРД) содержит бак, заполненный жидким рабочим телом - водой, с выходным отверстием в крышке, камеру и реактивное сопло. В камере жидкостно-газового реактивного двигателя установлен на выходе из бака разделитель фаз рабочего тела, после которого установлен регулировочный клапан с пружиной и электромагнитом. В ЖГРД камера снабжена устройством подогрева рабочего тела в области, прилегающей к выходному отверстию бака. Жидкостно-газовый реактивный двигатель создает реактивную тягу за счет истечения паров воды, которые образуются за счет процесса парообразования газа из жидкой фазы. Изобретение обеспечивает регулирование тяги, снижение энергопотребления двигателя и применение экологически чистого рабочего тела. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Предлагаемое изобретение предназначено для использования в ракетно-космической технике в качестве корректирующей двигательной установки (КДУ) космического аппарата (КА).

Известен жидкостный реактивный двигатель с дополнительным электромагнитным разгоном рабочего тела, содержащий источник электрической энергии, кольцевую камеру сгорания, смесительную головку, тарельчатое сопло и накопитель энергии с коммутирующим устройством (Патент Российской Федерации № 2374481 по МПК: F02K99/00, 2008 г.). Этот двигатель имеет такие недостатки, как относительно высокая цена тяги, наличие двух баков для хранения топлива и окислителя. Для нормальной работы такого двигателя необходимо дозированная подача компонентов.

Известен жидкостно-газовый реактивный двигатель (ЖГРД), содержащий бак, заполненный жидким рабочим телом, с выходным отверстием в крышке, камеру и реактивное сопло, после выходного отверстия установлена капиллярная трубка, за которой находится полость двигателя, из нее рабочее тело поступает в сопло (Вопросы электромеханики. Т.109. 2009 г. В.П.Ходненко, А.В.Хромов (ФГУП «НПП ВНИИЭМ») Корректирующие двигательные установки для малого космического аппарата.). Этот двигатель выбран в качестве прототипа. В качестве топлива данного двигателя применяется гидразин.

Этот двигатель имеет более низкую цену тяги, один бак с жидким рабочим телом. Но у данного двигателя есть ряд других недостатков - невозможность регулирования в широких пределах тягу двигателя из-за особенностей применяемого топлива, относительно большое энергопотребление из-за необходимости осуществлять нагрев полости двигателя для осуществления термокаталитической реакции, а также есть такой недостаток, как токсичность применяемого топлива.

Техническим результатом заявленного изобретения является получение возможности регулирования тяги двигателя в широких пределах, снижение энергопотребления двигателя и применение экологически чистого рабочего тела.

Технический результат достигается тем, что в жидкостно-газовый реактивный двигатель, содержащий бак, заполненный жидким рабочим телом, с выходным отверстием в крышке, камеру и реактивное сопло, согласно изобретению введен регулировочный клапан с электромагнитом и пружиной, установленный в камере на выходе из бака после разделителя фаз рабочего тела, а в качестве рабочего тела используют воду.

При этом рабочую камеру предлагается снабдить устройством подогрева области, прилегающей к выходному отверстию бака.

В предлагаемом техническом решении для создания тяги используется явление парообразования, а не термокаталитическая реакция, как в прототипе.

На чертеже изображен пример конкретного выполнения заявленного реактивного двигателя.

Жидкостно-газовый реактивный двигатель состоит из бака 1, регулировочного клапана 2 с электромагнитом 3 и пружиной 4, установленного в камере 5 на выходе из бака 1 после разделителя фаз 6 рабочего тела, и сопла 7, установленного после камеры 5 и корпуса клапана 8.

Суть работы двигателя состоит в том, что рабочая жидкость из бака 1 испаряется и, пройдя по капиллярам разделителя фаз 6, поступает в камеру 5, откуда в случае поступления сигнала на электромагнит 3 пар через клапан 2 по каналам в корпусе клапана 8 поступает в сопло 7. В отсутствие сигнала на электромагните 3 пружина 4 обеспечивает поджатие клапана (автоматическое выключение двигателя). Так как давления в области перед соплом превышает давление за бортом, то возникает реактивная тяга. Двигатель может работать, пока не испариться вся жидкость в баке 1. Благодаря клапану осуществляется регулирование двигателя вплоть до полного выключения с возможностью неоднократных включений. Преимуществами данного двигателя является его низкое энергопотребление, нетоксичность топлива, невзрывоопасность, регулирование в широком диапазоне. В случае кристаллизации рабочего тела происходит падение удельного импульса и тяги, но работоспособность сохраняется, в отличие от термокаталитического двигателя. Согласно формуле (А.А.Дорофеев. Основы теории тепловых ракетных двигателей (Общая теория ракетных двигателей) МГТУ им. Н.Э.Баумана Москва 1999 г.):

W max = 2 k k 1 R T [ 1 ]

где Wmax - скорость истечения газа через сопло Лаваля в вакууме при оптимальном профиле сопла, k - показатель адиабаты водяного пара, R - газовая постоянная водяного пара, T - абсолютная температура в камере. При температуре T=273 K, Wmax достигает 1065 м/с. При диаметре клапана d=10 мм и максимальной высоте подъема x=2.5 мм площадь цилиндрической щели в клапане при его максимальном подъеме составит:

f=xdπ=7.85×10-5 м2

При температуре в 273 K давление насыщенных паров воды составляет примерно Рнп=600 Па, при этом плотность газа (если считать газ идеальным) составит:

ρ г = M r V m × P н п Р о

где Mr - молярная масса воды, Vm - молярный объем газа при н.у., Ро - давление газа при н.у. Таким образом, ρг=4.82*10-3 кг/м3. Примем, что гидравлические потери давления на клапане примерно равны давлению насыщенных потерь, тогда массовый расход через клапан составит:

Q = μ × f × ρ г × 2 × Р н п ρ г = 1.133 × 10 4 к г с

Тогда тяга двигателя составит:

F=Q×Wmax=120 мН,

что превышает тягу по сравнению с прототипом. Из формулы [1] следует, что чем выше температура, тем выше скорость истечения и как следствие выше импульс и тяга двигателя. Таким образом, при наличии больших доступных мощностей становится целесообразным установить устройство подогрева непосредственно в камеру, в область, прилегающую к выходному отверстию бака, для повышения импульса двигателя.

Литература

1. Патент Российской Федерации N 2374481, МПК F02K 99/00, 2008 г.

2. Вопросы электромеханики Т.109. 2009 г. В.П.Ходненко, А.В.Хромов (ФГУП «НПП ВНИИЭМ») Корректирующие двигательные установки для малого космического аппарата, с.30-31 (прототип).

3. А.А.Дорофеев. Основы теории тепловых ракетных двигателей (Общая теория ракетных двигателей) МГТУ им. Н.Э.Баумана Москва 1999 г.

1. Жидкостно-газовый реактивный двигатель, содержащий бак, заполненный жидким рабочим телом, с выходным отверстием в крышке, камеру и реактивное сопло, отличающийся тем, что в него введен регулировочный клапан с электромагнитом и пружиной, установленный в камере на выходе из бака после разделителя фаз рабочего тела, а в качестве рабочего тела используют воду.

2. Жидкостно-газовый реактивный двигатель по п.1, отличающийся тем, что камера снабжена устройством подогрева рабочего тела в области, прилегающей к выходному отверстию бака.



 

Похожие патенты:

Устройство для подачи пылеобразного рабочего тела в электроракетный двигатель относится к области электрических ракетных двигателей (ЭРД), в которых используют пыль в качестве рабочего тела для создания тяги.

Микроэлектромеханический ракетный двигатель предназначен для использования в составе космических разгонных блоков, наноспутников. Микроэлетромеханический ракетный двигатель выполнен в виде структуры из полупроводниковых кристаллов кремния, расположенных один над другим, в одном из которых выполнена камера сгорания с топливным элементом, и содержит блок поджига топлива с металлическими проводниками.

Изобретение относится к ракетно-космической технике и может быть использовано в двигательных и энергетических установках перспективных средств межорбитальной транспортировки, предназначенных для доставки космических аппаратов на различные высокоэнергетические орбиты и отлетные от Земли траектории.

Изобретение относится к двигателям, используемым в составе имитаторов боевых средств тренажеров для обучения и тренировки операторов переносных зенитных ракетных комплексов.
Изобретение относится к ракетным двигателям жидкого и твердого топлива. .

Изобретение относится к ракетной технике, конкретно к ракетам для межзведных перелетов с жидкостным ракетным двигателем, выполненным по закрытой схеме, с дожиганием газогенераторного газа, и к средствам управления ракетой по крену, и предназначено для управления вектором тяги двигателя и ракетой по тангажу, рысканию и крену.

Изобретение относится к ракетно-космической технике. .

Изобретение относится к космической технике, в частности к реактивным двигателям, преобразующим тепловую энергию источника тепла в энергию газовой струи, создающей реактивную тягу двигателя.

Изобретение относится к устройствам соединения газоводов. .

Изобретение относится к ракетным двигателям, основанным на получении тяги путем поглощения лазерного излучения, и предназначено для управления малыми космическими аппаратами.

Изобретение относится к ракетным двигательным установкам особенно. Камера жидкостного ракетного двигателя содержит регенеративно охлаждаемую камеру сгорания с критическим сечением и соплом, смесительную головку, включающую корпус, блок подачи окислителя, преимущественно кислорода, блок подачи основного горючего, блок подачи дополнительного горючего, блок огневого днища.

Изобретение относится к измерению характеристик твердых топлив для ракетных двигателей. Способ включает измерение реактивной силы продуктов газификации при сжигании образца твердого топлива, бронированного по боковой поверхности, причем измеряют реактивную силу и время полного сгорания образца твердого топлива, помещенного в бомбу постоянного объема, при давлении в диапазоне (0.5÷15)МПа, создаваемом инертным газом, например азотом или аргоном, причем объем бомбы и масса образца находятся в заданном соотношении, а величину единичного импульса определяют по расчетной формуле.

Изобретение относится к области ракетного двигателестроения и может быть использовано при создании трехкомпонентных жидкостных ракетных двигателей, работающих на криогенных компонентах, например, кислороде, водороде и керосине.

Устройство гашения поперечных усилий включает устройства ориентации, установленные на сопле реактивного двигателя и содержащие первый узел, образующий тягу, второй узел, образующий звено крепления, и приводной узел.

Изобретение относится к области ракетного двигателестроения и может быть использовано при создании трехкомпонентных жидкостных ракетных двигателей, работающих на криогенных компонентах, например кислороде, водороде и керосине.

Изобретение относится к области ракетного двигателестроения и может быть использовано при создании трехкомпонентных жидкостных ракетных двигателей, работающих на криогенных компонентах, например кислороде, водороде и керосине.

Изобретение относится к области ракетного двигателестроения и может быть использовано при создании трехкомпонентных жидкостных ракетных двигателей, работающих на криогенных компонентах, например, кислороде, водороде и керосине.

Изобретение относится к области ракетной техники, а именно к организации процесса подготовки и сжигания газообразного топлива в камере сгорания. .

Изобретение относится к ракетной технике, точнее - к способам изготовления камер ЖРД. .

Изобретение относится к ракетной технике. .

Изобретение относится к жидкостным ракетным двигателям. В системе охлаждения камеры жидкостного ракетного двигателя, содержащей цилиндрическую камеру сгорания и сопло, содержащее, в свою очередь, сужающуюся и расширяющую части и критическое сечение между ними, выполненные в виде наружной оболочки, внутренней оболочки с основными ребрами постоянной толщины, образующими тракт охлаждения, и, по меньшей мере, один пояс завесы с тангенциальными отверстиями и коллектором, внутри которого установлена кольцевая деталь, согласно изобретению кольцевая деталь выполнена трапециевидной формы с полостью трапециевидной формы, на торцах кольцевой детали под углом к оси камеры сгорания выполнены входные и выходные отверстия. Пояс завесы может быть выполнен в месте стыка камеры сгорания и сопла на середине сужающейся части сопла. Может быть выполнено два пояса завесы. Изобретение обеспечивает улучшение охлаждения критического сечения сопла и увеличение удельной тяги двигателя. 3 з.п. ф-лы, 7 ил.
Наверх