Камера сгорания жидкостного ракетного двигателя малой тяги


 


Владельцы патента RU 2558489:

Федеральное государственное унитарное предприятие "НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ МАШИНОСТРОЕНИЯ" (ФГУП "НИИМаш") (RU)

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, конкретно - к организации смесеобразования самовоспламеняющихся компонентов топлива в камере сгорания.

Известна камера жидкостного ракетного двигателя малой тяги (ЖРДМТ), содержащая корпус и смесительную головку с размещенной по оси двухкомпонентной центробежной форсункой и со струйными форсунками, сообщенными с коллектором наружной форсунки и равномерно распределенными по окружности. Оси струйных форсунок направлены на стенки корпуса камеры сгорания (патент РФ №2041375, МПК F02K 9/52, F02K 9/62, з. №4812921 от 28.02.1990 г.).

Недостатком известной конструкции являются довольно большие заклапанные объемы и большой расход компонента топлива на организацию пленочного охлаждения стенки корпуса камеры.

Известна струйно-центробежная форсуночная головка, приведенная в статье Ю.И.Агеенко «Исследование параметров смесеобразования и методический подход к расчетам и проектированию ЖРДМТ со струйно-центробежной схемой смешения компонентов AT и НДМГ на стенке камеры сгорания» (см. «Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета» №3(19), 2009 г.).

Струйно-центробежный смесительный элемент состоит из центробежной форсунки горючего, струйных форсунок, через которые окислитель попадает на конический дефлектор, на котором струи, растекаясь, преобразуются в пелену и попадают на внутреннюю поверхность камеры сгорания, где происходит соприкосновение, перемешивание с пеленой горючего с образованием продуктов сгорания.

Основными недостатками данного струйно-центробежного смесительного элемента являются следующие:

- перемешивание и горение компонентов топлива на стенке камеры сгорания автоматически влечет за собой ухудшение (по сравнению с организацией смесеобразования в ядре потока) динамических характеристик двигателя (τ0,1; τ0,9; Jп.д.) из-за времени, затрачиваемого на преодоление расстояния от среза сопла центробежной форсунки горючего до стенки камеры сгорания;

- большие объемы заклапанных полостей магистралей окислителя и горючего (в основном, из-за коллекторов, заполняемых компонентами топлива) также способствуют ухудшению динамических характеристик двигателя;

Задачами предлагаемого изобретения являются:

- увеличение экономичности ЖРДМТ за счет организации смесеобразования в ядре потока и за счет увеличения дисперсности распыла впрыскиваемых в камеру сгорания компонентов топлива;

- улучшение динамических характеристик ЖРДМТ за счет уменьшения объема заклапанных полостей и приближения предпламенных процессов к смесительной головке;

- улучшение технологичности изготовления ЖРДМТ за счет отказа от использования центробежных форсунок в пользу струйных форсунок.

Решение заключается в том, что в известной камере сгорания жидкостного ракетного двигателя малой тяги, состоящей из корпуса камеры сгорания 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.

Для улучшения качества смесеобразования целесообразно выполнять поверхности дефлекторов центрального распылителя цилиндрическими, а для исключения попадания в заклапанные полости коллекторов одного из компонентов топлива другого компонента топлива плоскости размещения струйных форсунок следует разнести в осевом направлении камеры на расстояние не менее удвоенной суммы диаметров струйных форсунок первого и второго компонентов топлива.

Такое исполнение камеры позволяет осуществить смесеобразование в ядре потока, что способствует существенному (по сравнению со схемой, когда смесеобразование и горение реализуются на стенке камеры) повышению экономичности двигателя и улучшению его динамических характеристик.

Предлагаемая конструкция поясняется чертежом, на котором показан продольный разрез камеры сгорания ЖРДМТ. Камера сгорания состоит из корпуса смесительной головки 1, корпуса форсунки 2 первого компонента, корпуса форсунки 3 второго компонента, кольцевого конического дефлектора 4, коллектора 5 первого компонента, струйных форсунок 6 первого компонента (завесы), коллектора 7 второго компонента, струйных форсунок 8 первого компонента центрального распылителя, струйных форсунок 9 второго компонента центрального распылителя, подводящих каналов 10 первого компонента, подводящих каналов 11 второго компонента, заглушки 12, корпуса камеры сгорания 13. Кольцевая полость 14 центрального распылителя образована дефлекторами 15 и 16, являющимися соответственно стенками коллекторов 7 и 5.

Камера сгорания работает следующим образом. Первый компонент топлива поступает из клапана (не показан), проходит через подводящие каналы 10, выполненные в корпусе смесительной головки 1 и в корпусе форсунки 2, попадает в коллектор 5, где разделяется на два потока: одна часть, пройдя через струйные форсунки 6, попадает в виде струй на конический кольцевой дефлектор 4, на котором струи преобразуются в пелену. Пелена, стекая с кромки дефлектора, попадает на внутреннюю поверхность корпуса камеры сгорания 13 и охлаждает ее.

Другая часть первого компонента, пройдя через струйные форсунки 8, поступает в полость 14 центрального смесителя и, ударившись о поверхность дефлектора 15, являющегося стенкой коллектора 7, разбрызгивается, преобразуясь в полости 14 в мелкодисперсное пылеобразное состояние.

Второй компонент топлива, поступая через каналы 11 в корпусе смесительной головки 1, в корпусе форсунки 2 и в корпусе форсунки 3, попадает в коллектор 7 и в виде струй через струйные форсунки 9 - в полость 14 центрального смесителя, где, ударившись о поверхность дефлектора 16, являющегося стенкой коллектора 5, разбрызгивается и преобразуется в полости 14 в мелкодисперсное пылеобразное состояние. Учитывая небольшой объем полости 14, мелкодисперсные брызги первого и второго компонентов перемешиваются в ней практически в жидкой фазе и, пройдя стадии преобразования (жидкофазные промежуточные продукты, выделение газофазных промежуточных продуктов, появление очагов пламени и т.д.) воспламеняются уже за пределами полости 14, образуя продукты сгорания, причем с равномерно распределенным соотношением компонентов топлива в ядре потока.

Констатируя вышеизложенное, можно отметить свойства изобретения:

- обеспечивается более надежное тепловое состояние и повышенная экономичность двигателя путем реализации смесеобразования в ядре потока, которое позволяет получить равномерное по сечению камеры распределение соотношения компонентов топлива в области ядра потока, что, в свою очередь, приводит к более благоприятному распределению температуры продуктов сгорания по сечению камеры совместно с организованной защитой стенки камеры;

- улучшаются динамические характеристики двигателя путем уменьшения объема заклапанных полостей и организации смесеобразования в ядре потока;

- улучшается технологичность изготовления двигателя путем замены центробежной форсунки на струйные, поскольку изготовление струйных форсунок не требует специального технологического оборудования и оснащения, связанного с выполнением жестких допусков на изготовление и допусков расположения поверхностей деталей, которые необходимы для центробежных форсунок.

1. Камера сгорания жидкостного ракетного двигателя малой тяги, состоящая из корпуса камеры сгорания 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 стенки корпуса камеры сгорания, и центрального распылителя, сообщенного с коллектором второго компонента топлива, отличающаяся тем, что 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 кольцевую коническую поверхность дефлектора, обращенную 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 кольцевого коллектора первого компонента топлива.

2. Камера сгорания по п.1, отличающаяся тем, что поверхности дефлекторов центрального распылителя выполнены цилиндрическими.

3. Камера сгорания по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что плоскости размещения струйных форсунок первого и второго компонентов топлива центрального распылителя разнесены в осевом направлении камеры на расстояние не менее удвоенной суммы диаметров струйных форсунок первого и второго компонентов топлива.



 

Похожие патенты:

Камера сгорания силовой установки крылатой ракеты выполнена в виде многослойного изделия и содержит обечайку, несущую механическую нагрузку внутреннего давления, и слой теплозащитного керамического композиционного материала, контактирующего с образующимися при сжигании топлива газами.

Изобретение относится к жидкостным ракетным двигателям. Камера сгорания жидкостного ракетного двигателя, работающая на компонентах топлива жидкий кислород и жидкий водород или жидкий кислород и сжиженный природный газ, содержащая корпус камеры с магистралью подвода горючего на охлаждение, смесительную головку с магистралью подвода горючего, газовод с магистралью подвода окислительного генераторного газа, газораспределительную решетку, запальное устройство, закрепленное на наружной поверхности газовода, в соответствии с изобретением в центре газовода, газораспределительной решетки и центральной втулки корпуса имеется гильза, которая одним концом жестко закреплена с корпусом газовода, а другим по наружной поверхности устанавливается по конусу в центральную втулку корпуса смесительной головки и на конце внутренней поверхности гильзы имеются центрирующие ребра, по которым свободным концом устанавливается запальное устройство.

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.

Изобретение относится к ракетно-космической технике, а конкретно к жидкостным ракетным двигателям малой тяги, используемым в качестве исполнительных органов систем управления движением космических летательных аппаратов.

Изобретение относится к композиционным материалам, в частности к углерод-углеродному композиционному материалу, и может использоваться при изготовлении жидкостных ракетных двигателей.

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.

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.

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.

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.

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 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 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 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.
Наверх