Форсуночная головка камеры сгорания жрд



Форсуночная головка камеры сгорания жрд
Форсуночная головка камеры сгорания жрд

 


Владельцы патента RU 2525787:

Открытое акционерное общество "Конструкторское бюро химавтоматики" (RU)

Изобретение относится к области ракетной техники и может быть использовано при создании форсуночных головок камер сгорания жидкостных ракетных двигателей (ЖРД). Форсуночная головка камеры сгорания ЖРД содержит корпус и огневое днище с установленными в них форсунками, имеющими центральный профилированный и тангенциальный каналы, соединяющими полости компонентов с полостью камеры сгорания, при этом торец выходного сечения расширяющейся части центрального канала форсунки расположен перед отверстиями тангенциального канала форсунки, а уступ h между центральным и тангенциальным каналами составляет не более 20% d, где d - диаметр тангенциального канала форсунки. Изобретение обеспечивает повышение экономичности работы камеры сгорания и повышения удельного импульса тяги. 2 ил.

 

Изобретение относится к области ракетной техники и может быть использовано при создании форсуночных головок камер сгорания жидкостных ракетных двигателей (ЖРД).

В настоящее время одной из основных проблем при создании ЖРД является получение высокого значения удельного импульса тяги за счет обеспечения предельно высокой полноты сгорания топлива. Полнота сгорания топлива обеспечивается, в том числе, организацией начала смесеобразования непосредственно в полости форсунки.

Известна форсуночная головка камеры сгорания ЖРД замкнутой системы, содержащая корпус и огневое днище с установленными в них форсунками с центральным и тангенциальным каналами. Центральный канал выполнен профилированным с сужающейся входной и расширяющейся выходной частями с образованием в месте их перехода минимального проходного сечения, при этом торец выходного сечения центрального канала форсунки расположен в области тангенциальных каналов, а выходная часть центрального канала образует козырек над тангенциальными каналами (пат.RU № 2231668, заявка № 2003103417/06 от 02.06.2003 г.).

Данное решение обеспечивает высокую степень смесеобразования на различных режимах работы двигателя за счет обеспечения более равномерного распределения расхода генераторного газа по форсункам и более интенсивного его перемешивания с жидким компонентом в камерах смешения форсунок, но требует выполнения форсунки и, соответственно, форсуночной головки с большой длиной из-за увеличенной камеры смешения.

Задачей предлагаемого изобретения является обеспечение высокой экономичности работы камеры сгорания и удельного импульса тяги при минимальных осевых габаритах форсуночной головки за счет обеспечения минимальной длины камеры смешения газа и жидкого компонента в форсунке.

Указанная задача достигается тем, что в форсуночной головке камеры сгорания ЖРД, содержащей корпус и огневое днище с установленными в них форсунками, имеющими центральный профилированный (с сужающейся входной и расширяющейся выходной частями с образованием в месте их перехода минимального проходного сечения) и тангенциальный каналы, согласно изобретению торец выходного сечения расширяющейся части центрального канала форсунки расположен перед отверстиями тангенциального канала форсунки, а уступ h между центральным и тангенциальным каналами находится в диапазоне 0-20% d, где d - диаметр тангенциального канала форсунки.

Нижний предел указанного соотношения выбран исходя из того, что он обеспечивает наиболее раннее взаимодействие газа и жидкого компонента в камере смешения форсунки и, соответственно, ее минимальную длину. Однако при этом может быть не обеспечено надежное охлаждение тангенциального канала форсунки.

Верхний предел указанного соотношения выбран исходя из того, что при его дальнейшем увеличении происходит значительный рост габаритных размеров форсунки и, соответственно, форсуночной головки.

Сущность предложенного изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показан осевой разрез предложенной форсуночной головки камеры сгорания ЖРД, на фиг.2 - осевой разрез форсунки.

Основными элементами предложенной форсуночной головки являются:

1 - корпус;

2 - огневое днище;

3 - форсунка;

4 - цилиндр;

5 - цилиндр;

6 - полость окислителя;

7 - полость горючего;

8 - центральный канал;

9 - отверстия тангенциального канала;

10 - камера смешения;

11 - сужающаяся входная часть;

12 - минимальное проходное сечение;

13 - расширяющаяся часть;

14 - торец выходного сечения;

h - уступ между центральным и тангенциальным каналами;

d - диаметр тангенциального канала форсунки.

Форсуночная головка представляет собой паяно-сварную конструкцию, содержащую корпус 1 с огневым днищем 2, в которых установлены форсунки 3, состоящие из полых цилиндров 4 и 5. В корпусе 1 с входной стороны выполнена полость окислителя 6, а с другой между днищем корпуса 1 и огневым днищем 2 выполнена полость горючего 7.

В форсунках 3 выполнены центральный 8 и тангенциальные каналы 9, соединяющие полости компонентов с полостью камеры смешения 10, образованной в месте перехода цилиндра 4 в цилиндр 5. Центральный канал 8 форсунки 3 выполнен профилированным с сужающейся входной частью 11, минимальным проходным сечением 12 и расширяющейся частью 13. Торец 14 выходного сечения расширяющейся части центрального канала форсунки расположен перед отверстиями 9 тангенциального канала форсунки.

Предложенная форсуночная головка работает следующим образом.

В полость блока окислителя 6, расположенную в корпусе 1, подается окислительный генераторный газ и распределяется по форсункам 3. Генераторный газ, пройдя через минимальное проходное сечение 12, принудительно расширяется и поступает и камеру смешения 10 форсунки 3. В полость камеры смешения 10 форсунки 3 горючее поступает через тангенциальные каналы 9, расположенные за торцом 14 выходного сечения центрального канала 8, и образует тонкую пленку жидкости, прижатую к стенке форсунки 3 центробежными силами. Окислительный генераторный газ в камере смешения 10 взаимодействует с кольцевой пеленой горючего внутри форсунки 3. Благодаря тому, что торец 14 выходного сечения расширяющейся части центрального канала форсунки расположен перед отверстиями 9 тангенциального канала форсунки, а уступ между центральным и тангенциальным каналами выполнен минимально необходимым, обеспечивается более интенсивное взаимодействие окислительного генераторного газа и горючего, а также меньший линейный габарит форсуночной головки и, соответственно, минимальная масса и габариты камеры, но сравнению с форсункой, имеющей козырек над тангенциальными каналами, образованный выходной частью центрального канала.

Выполнение выходного сечения расширяющейся части центрального канала форсунки перед отверстиями тангенциального канала форсунки и уступа между центральным и тангенциальным каналами с указанными геометрическими размерами позволит обеспечить наиболее полное перемешивание компонентов, получить качественное смесеобразование, увеличить значение удельного импульса тяги ЖРД и уменьшить осевых габариты форсуночной головки и камеры.

Форсуночная головка камеры сгорания ЖРД, содержащая корпус и огневое днище с установленными в них форсунками, имеющими центральный профилированный и тангенциальный каналы, соединяющими полости компонентов с полостью камеры сгорания, отличающаяся тем, что торец выходного сечения расширяющейся части центрального канала форсунки расположен перед отверстиями тангенциального канала форсунки, а уступ h между центральным и тангенциальным каналами составляет не более 20% d, где d - диаметр тангенциального канала форсунки.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области жидкостных ракетных двигателей (ЖРД), применяемых в ракетной технике, и также может быть использовано в агрегатах промышленной энергетики.

Изобретение относится к устройствам для перемешивания и распыливания компонентов топлива жидкостного ракетного двигателя. Двухкомпонентная газожидкостная форсунка, преимущественно для камеры жидкостного ракетного двигателя, содержит корпус с наконечником для подачи горючего, при этом наконечник форсунки установлен внутри корпуса на пилонах, а его канал соединен с полостью горючего при помощи отверстий, выполненных в пилонах, втулку, установленную с кольцевым зазором на корпус и образующую кольцевой канал для подачи газообразного окислителя, соединенный с полостью окислителя при помощи каналов, выполненных в корпусе между его стенкой и пилонами для подачи горючего, при этом канал наконечника выполнен закрытым со стороны его входной части, а его внутренняя полость соединена с кольцевым зазором между наконечником и втулкой при помощи отверстий, предпочтительно, радиальных, выполненных в его выходной части, при этом в выходной части втулки выполнено ступенчатое расширение, полость которого соединена с полостью горючего при помощи тангенциальных каналов, выполненных в стенке втулки.

Изобретение относится к области энергетических установок, а именно к устройствам для перемешивания и распыливания компонентов топлива, и может быть использовано при разработке форсунок и смесительных головок жидкостных ракетных двигателей (ЖРД).

Изобретение относится к области энергетических установок, а именно - к устройствам для перемешивания и распыливания компонентов топлива, и может быть использовано при разработке форсунок и смесительных головок жидкостных ракетных двигателей (ЖРД).

(57) Изобретение относится к области жидкостных ракетных двигателей (ЖРД). Способ подачи компонентов топлива в камеру трехкомпонентного кислородно-керосиново-водородного жидкостного ракетного двигателя заключается в подаче указанных компонентов в камеру через коаксиальные соосно-струйные форсунки, содержащие полый наконечник, соединяющий полость окислителя с зоной горения, втулку, охватывающую с зазором наконечник и соединяющую полость горючего с зоной горения, расположенные в смесительной головке по концентрическим окружностям и образующие центральную и периферийную зоны.

Группа изобретений относится к жидкостным ракетным двигателям (ЖРД). Способ подачи компонентов топлива в камеру трехкомпонентного жидкостного ракетного двигателя, преимущественно кислородно-керосинового-водородного, заключается в подаче указанных компонентов в камеру через коаксиальные соосно-струйные форсунки, содержащие полый наконечник, соединяющий полость окислителя с зоной горения, втулку, охватывающую с зазором наконечник и соединяющую полость горючего с зоной горения, расположенные в смесительной головке по концентрическим окружностям и образующие центральную и периферийную зоны.

Изобретение относится к смесительным головокам жидкостного ракетного двигателя (ЖРД). Смесительная головка камеры ЖРД содержит корпус, блок подачи окислителя, блок подачи основного горючего, блок подачи дополнительного горючего и блок огневого днища.

Изобретение относится к области жидкостных ракетных двигателей (ЖРД), в частности, работающих на трехкомпонентном топливе. Камера ЖРД 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 области энергетических установок, а именно к устройствам для перемешивания и распыливания компонентов топлива, и может быть использовано при разработке форсунок и смесительных головок жидкостных ракетных двигателей (ЖРД).

Изобретение относится к области энергетических установок, а именно смесительным головкам жидкостных ракетных двигателей (ЖРД). Смесительная головка камеры ЖРД содержит корпус, блок подачи окислителя, преимущественно кислорода, блок подачи основного горючего, блок подачи дополнительного горючего и блок огневого днища.

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к жидкостным ракетным двигателям малой тяги (ЖРДМТ). В ЖРДМТ на двухкомпонентном топливе, содержащем неохлаждаемую камеру сгорания, смесительную головку с внутренним днищем, осевой центробежной форсункой, периферийным поясом струйных форсунок и кольцевым коническим дефлектором между ними, в соответствии с изобретением срез центробежной форсунки углублен от выходной кромки образующей поверхности дефлектора в сторону периферийного пояса струйных форсунок, при этом коническая поверхность дефлектора в своей корневой части плавно переходит в цилиндрическую поверхность, соосную с дефлектором, и плавно переходит в обратный конус, острая кромка образующей которого ограничена цилиндрической поверхностью диаметром, меньшим диаметра расположения периферийного пояса струйных форсунок. Изобретение обеспечивает повышение стабильности работы ЖРДМТ и, следовательно, улучшение его параметров, а также уменьшение его габаритов и массы, что в свою очередь улучшает эффективность жидкофазного смешения компонентов топлива, а следовательно и его параметры. 3 ил.

Изобретение относится к ракетно-космической технике, в частности к жидкостным ракетным двигателям малой тяги (ЖРДМТ). Способ заключается в подаче одного из самовоспламеняющихся компонентов топлива, например, горючего через соосную с камерой сгорания центробежную форсунку с образованием цилиндрической пелены, переходящей в коническую за срезом сопла форсунки и второго компонента, например, окислителя через струйные форсунки, равномерно расположенные по окружности, соосной с соплом центробежной форсунки, по заявляемому изобретению весь второй компонент подают через струйные форсунки на конический дефлектор, соосный с ними, формируют на нем первичные пленки, которые затем подают с острой кромки дефлектора на внутреннюю стенку камеры сгорания и формируют на ней вторичные пленки, которые впервые соприкасают с пленкой первого компонента на стенке камеры сгорания для организации жидкофазного смешения компонентов путем взаимного проникновения горючего и окислителя на полную их толщину на стенке камеры сгорания и одновременного охлаждения ее всем поступающим компонентом, при этом обеспечивают длину свободного пролета пленки конуса распыла центробежной форсунки до встречи с камерой сгорания, не превышающую более чем в два раза расчетную длину начала распада пленки, а толщины пленок окислителя и горючего формируют исходя из соотношений: ; где - внутренний диаметр расположения вторичных пленок окислителя на стенке камеры сгорания; - толщины вторичной пленки окислителя на стенке камеры сгорания; rm.к. - радиус вихря на стенке сопла центробежной форсунки; δг - толщина пелены горючего в сопле центробежной форсунки; dc.o. - диаметр струи окислителя; nc.о. - число струй окислителя. Изобретение обеспечивает повышение экономичности и надежности ЖРДМТ за счет повышения удельного импульса с одновременным обеспечением приемлемого теплового состояния с большим запасом по температуре элементов двигателя. 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 9 ил.

Изобретение относится к ракетной технике, конкретно - к организации смесеобразования самовоспламеняющихся компонентов топлива в камере сгорания жидкостного ракетного двигателя малой тяги (ЖРДМТ). Камера сгорания ЖРДМТ состоит из корпуса и смесительной головки с периферийными струйными форсунками, исходящими из кольцевого коллектора первого компонента топлива, оси которых пересекают поверхность кольцевого конического дефлектора, направляющего струи первого компонента на стенку корпуса камеры сгорания, и центрального распылителя, сообщенного с коллектором второго компонента топлива. Согласно изобретению кольцевой коллектор первого компонента топлива размещен в радиальном направлении между кольцевым коническим дефлектором и коллектором центрального распылителя, а струйные форсунки первого компонента с одной стороны направлены на поверхность конического дефлектора, обращенного в сторону выхода из камеры сгорания, а с другой стороны - на поверхность дефлектора, являющегося стенкой коллектора второго компонента, а струйные форсунки второго компонента направлены на поверхность дефлектора, являющегося стенкой коллектора первого компонента. Поверхности дефлекторов центрального распылителя выполнены цилиндрическими, плоскости размещения струйных форсунок разнесены в осевом направлении камеры на расстояние не менее удвоенной суммы диаметров струйных форсунок первого и второго компонентов топлива. Изобретение обеспечивает увеличение экономичности ЖРДМТ, улучшение динамических характеристик двигателя и технологичности изготовления ЖРДМТ. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к ракетной технике и может быть использовано для изготовления смесительной головки камеры сгорания жидкостного ракетного двигателя. Способ включает сборку блока форсунок смесительной головки, их сборку под пайку, пайку в высоковакуумной печи, контроль качества, испытания на прочность и герметичность. После пайки в высоковакуумной печи и проведенного контроля качества, при непропаях некоторых форсунок с днищами смесительной головки, с целью исключения повторной пайки форсунок в высоковакуумной печи, выполняют лазерную пайку непропаянных форсунок с днищами смесительной головки. Пайка происходит с помощью непрерывного воздействия на повторно уложенные кольца припоя сфокусированного лазерного луча и создания локального нагрева каждой непропаянной форсунки при перемещении рабочего стола вокруг излучателя, что обеспечивает затекание расплавленного припоя в проточки с винтовыми канавками днищ смесительной головки. После чего проводят повторные испытания смесительной головки. Изобретение обеспечивает повышение качества и уменьшение трудоемкости при изготовлении смесительной головки. 1 ил.

Изобретение относится к ракетным двигателям малой тяги. Ракетный двигатель малой тяги с регулированием тяги содержащий камеру сгорания, смесительную головку с каналами и устройствами для подачи и регулирования расхода компонентов топлива, а также форсунки для распределения компонентов топлива, при этом устройства для подачи и регулирования расхода каждого компонента топлива, имеют пьезоэлектрический привод, а для управления тяговыми характеристиками двигатель снабжен источниками питания, которые встроены в электрическую цепь каждого пьезоэлектрического привода, при этом источники питания имеют регулятор напряжения. Изобретение обеспечивает повышение надежности, регулирование подачи компонентов топлива и его массового расхода одним устройством. 2 ил.

Изобретение относится к области ракетной техники, а именно к камерам жидкостных ракетных двигателей (ЖРД). Способ подачи компонентов топлива в камеру жидкостного ракетного двигателя заключается в подаче компонентов топлива при помощи форсунок из соответствующих полостей смесительной головки. Смесительную головку выполняют содержащей наружное, среднее и огневое днища, при помощи которых образуют блоки подачи горючего, окислителя и, предпочтительно, охлаждения огневого днища. Указанные днища скрепляют между собой форсунками, штифтами, пайкой и сваркой, причем форсунки горючего и окислителя выполняют преимущественно однокомпонентными и располагают в центральной зоне головки в огневом днище в шахматном порядке с переходом в периферийной зоне головки к расположению по окружностям. Штифты располагают по окружности в периферийной зоне смесительной головки. В центральной зоне огневого днища из форсунок образуют квадрат, причем форсунки, расположенные на сторонах квадрата в центральной части смесительной головки форсунки, а также форсунки, находящиеся для каждой из сторон квадрата на двух лучах, протяженных от квадрата к периферии, выполняют выступающими в огневую полость камеры за огневое днище, образуя антипульсационные перегородки. Каждую периферийную, выступающую относительно огневого днища форсунку соединяют с полостью блока горючего и располагают в местах пересечения окружности расположения штифтов с указанными лучами расположения выступающих форсунок. Указанные лучи выполняют продолжением сторон квадрата, которыми соединяют его вершины с периферийной зоной смесительной головки. В каждом штифте выполняют как минимум три канала, соединяющих полость камеры сгорания с полостью блока горючего, образованной средним и огневым днищами, причем выходную часть указанных каналов располагают параллельно оси камеры сгорания. Основную часть расхода горючего и весь расход окислителя подают через форсунки, установленные в шахматном порядке, а оставшуюся часть расхода горючего подают через форсунки горючего, расположенные в периферийной зоне головки, и каналы, выполненные в штифтах. Изобретение обеспечивает повышение надежности и устойчивости работающей смесительной головки, а также повышение удельного импульса тяги. 3 ил.

Изобретение относится к ракетной технике, а более конкретно к организации смесеобразования и горения в камере сгорания жидкостного ракетного двигателя малой и особо малой тяги. Камера сгорания состоит из камеры, корпуса смесительной головки с каналами подачи компонентов топлива и коллектором первого из компонентов топлива с форсунками для пленочного охлаждения стенок камеры, направленными на кольцевой конический дефлектор, и коллектора второго компонента, сообщенного с форсунками центрального смесителя. Согласно изобретению коллектор первого компонента выполнен в виде кольцевой полости вокруг осевого коллектора второго компонента, а первый ряд форсунок первого компонента направлен радиально на кольцевой конический дефлектор, а центральный смеситель выполнен в виде струйных форсунок, направленных на второй дефлектор, имеющий форму двух сопрягающихся конических поверхностей, на одну из которых направлены перпендикулярно струйные форсунки первого компонента из кольцевого коллектора, а на вторую - перпендикулярно струйные форсунки из осевого коллектора второго компонента топлива. Второй дефлектор может быть выполнен с поверхностью в виде торового сектора, а форсунки направлены перпендикулярно к этой поверхности. Изобретение обеспечивает повышение экономичности двигателя и улучшения динамических характеристик. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к жидкостным ракетным двигателям малой тяги (ЖРДМТ). В ЖРДМТ, содержащем неохлаждаемую камеру 1, смесительную головку с внутренним днищем 2, осевую центробежную форсунку 3, периферийный пояс струйных форсунок 4 и кольцевой конический дефлектор 5 между ними, при этом срез 6 центробежной форсунки углублен от выходной кромки 7, образующей поверхности дефлектора в сторону периферийного пояса струйных форсунок 4, согласно изобретению полость камеры сгорания 8 над наружной поверхностью 9 дефлектора и полость 10 под внутренней поверхностью 11 дефлектора и внутренним днищем смесительной головки сообщены между собой каналами 12. Изобретение обеспечивает повышение стабильности работы ЖРДМТ, повышение удельного импульса и эффективное охлаждение камеры сгорания и смесительной головки. 5 ил.

Изобретение относится к области ракетной техники, а именно к камерам жидкостных ракетных двигателей и входящим в них устройствам и деталям. Камера жидкостного ракетного двигателя содержит регенеративно охлаждаемые сопло и цилиндрическую часть, смесительную головку, включающую наружное, среднее и огневое днища, скрепленные между собой форсунками, штифтами, пайкой и сваркой. Форсунки горючего и окислителя расположены в шахматном порядке в огневом днище с переходом в периферийной зоне головки к расположению по окружностям, а штифты расположены на окружности в периферийной зоне смесительной головки. Расположенные на сторонах квадрата в центральной части смесительной головки форсунки, а также форсунки, находящиеся для каждой из сторон квадрата на двух лучах, протяженных от квадрата к периферии, выполнены выступающими в огневую полость камеры за огневое днище, образуя антипульсационные перегородки. Каждая периферийная, выступающая относительно огневого днища форсунка, является форсункой горючего и расположена в местах пересечения окружности расположения штифтов с указанными лучами расположения выступающих форсунок. Лучи являются продолжением сторон квадрата и соединяют его вершины с периферийной зоной смесительной головки, в каждом штифте выполнено как минимум три канала, соединяющих полость камеры сгорания с полостью, образованной средним и огневым днищами, причем выходная часть указанных каналов расположена параллельно оси камеры сгорания. Изобретение обеспечивает уменьшение потерь, связанных со смесеобразованием. 4 ил.

Изобретение относится к области ракетной техники, а именно к камерам жидкостных ракетных двигателей. Жидкостный ракетный двигатель содержит турбонасосный агрегат, газогенератор, агрегаты питания и регулирования, камеру со смесительной головкой, содержащей наружное, среднее и огневое днища, скрепленные между собой форсунками, штифтами, пайкой и сваркой. Форсунки горючего и окислителя расположены в шахматном порядке в огневом днище с переходом в периферийной зоне головки к расположению по окружностям. Штифты расположены на окружности в периферийной зоне смесительной головки. Расположенные на сторонах квадрата в центральной части смесительной головки форсунки, а также форсунки, находящиеся для каждой из сторон квадрата на двух лучах, протяженных от квадрата к периферии, выполнены выступающими в огневую полость камеры за огневое днище, образуя антипульсационные перегородки. Каждая периферийная выступающая относительно огневого днища форсунка является форсункой горючего и расположена в местах пересечения окружности расположения штифтов с указанными лучами расположения выступающих форсунок. Лучи являются продолжением сторон квадрата и соединяют его вершины с периферийной зоной смесительной головки. В каждом штифте выполнено как минимум три канала, соединяющих полость камеры сгорания с полостью, образованной средним и огневым днищами, причем выходная часть указанных каналов расположена параллельно оси камеры сгорания. Изобретение обеспечивает повышение удельного импульса и высокое качество смесеобразования. 4 ил.
Наверх