Способ изготовления смесительной головки камеры сгорания жидкостного ракетного двигателя (жрд)


 


Владельцы патента RU 2560117:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный космический научно-производственный центр имени М.В. Хруничева" (ФГУП "ГКНПЦ им. М.В. Хруничева") (RU)

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 ракетной технике и может быть использовано для изготовления смесительной головки камеры сгорания (КС) жидкостного ракетного двигателя (ЖРД).

Известен способ изготовления смесительной головки KС ЖРД, включающий сборку блока форсунок и их сборку под пайку. Крепление форсунок к днищам смесительной головки производят с помощью пайки (В.А. Моисеев и др. Технология производства жидкостных ракетных двигателей, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008, стр. 182-183; Г.Г. Гахун. Конструкция и проектирование жидкостных ракетных двигателей, М.: Машиностроение, 1989, стр. 130-131; В.В. Воробей, В.Е. Логинов. Технология производства жидкостных ракетных двигателей, М.: Изд-во МАИ, 2001, стр. 20).

Недостатком данного способа является необеспечение прочности и герметичности при изготовлении смесительной головки камеры сгорания ЖРД, невысокая производительность и низкое качество.

Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения является способ изготовления смесительной головки с помощью пайки блока форсунок в высоковакуумной печи (ВВП) (Научно-юбилейный сборник. Очерки производства жидкостных ракетных двигателей, ВМЗ - филиал ФГУП «ГКНПЦ им. М.В. Хруничева», Воронеж, ОАО «Воронежская областная типография», 2013, стр. 198).

Недостатком такого способа является невыполнение требуемого качества после пайки, частичное и полное незаполнение припоем паяльных зазоров и, как следствие, непропаи, негерметичность смесительных головок после пайки и необходимость повторной пайки блока форсунок в ВВП, что ведет к расплавлению уже пропаянных форсунок.

Техническим результатом, на достижение которого направлено данное изобретение, является исключение повторной пайки форсунок в высоковакуумной печи и применение лазерной пайки непропаянных форсунок смесительной головки в труднодоступных местах для герметичного соединения, высокая локальность пайки, повышение качества и уменьшение трудоемкости при изготовлении смесительной головки КС ЖРД.

Данный технический результат достигается с помощью способа изготовления смесительной головки камеры сгорания жидкостного ракетного двигателя (ЖРД), который 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 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.

Смесительная головка представляет собой технологический узел КС ЖРД. Она состоит из переднего (огневого), среднего и наружного днищ, корпуса, форсунок горючего и окислителя. Форсунки, огневое днище и другие элементы смесительной головки испытывают действие больших тепловых потоков, поэтому при их изготовлении обеспечивается высокая прочность и герметичность, а также точность гидравлических характеристик. Форсунки изготавливают из материалов с высокой коррозионной стойкостью, жаропрочностью и жаростойкостью, например, сталь 12Х18Н10Т и бронза БрХ0,8. Огневые днища выполняют из жаропрочной стали 12Х18Н10Т. Среднее и верхнее днища изготавливают из высокопрочных сталей, например 12Х21Н5Т.

Сущность изобретения поясняется чертежом. На чертеже изображен способ изготовления смесительной головки ЖРД и функциональная схема лазерной пайки припоем ПСр 37,5 или ПМ 17.

Способ осуществляют следующим образом.

Форсунки из стали 12Х18Н10Т с никелевым покрытием 5 вставляют в проточки с винтовыми канавками 8 днищ (огневое и среднее) смесительной головки с никелевым покрытием 9. Два кольца 6, 7 припоя ПСр 37,5 или ПМ17 с внутренним диаметром 13 мм каждое надевают на стальную форсунку с никелевым покрытием 5 и укладывают в «O»- образную фаску 10 таким образом, чтобы стык одного кольца припоя 6 толщиной Ǿ 1,0 мм перекрывался вторым кольцом припоя 7 толщиной Ǿ 0,5 мм. Количество стальных форсунок с никелевым покрытием 5, установленных в днища с никелевым покрытием 9, достигает нескольких сотен единиц, при этом расстояние между их внешними стенками составляет 4,5 мм. Форсунки размещают на рабочем столе 11 технологического лазера 2, например газового лазера «ХЕБР». Программное устройство 1 графического редактора технологического лазера 2 настраивают (программируют) на вертикальную установку - перемещение излучателя 3, а также на круговое перемещение рабочего стола 11, по диаметру уложенных сверху колец припоя 6, 7. Также, в программное устройство 1 заносят данные о скорости пайки, мощности излучателя 3 и выбирают режим непрерывного воздействия лазерного луча 4. Скорость пайки Vсв=3÷8 мм/с, мощность лазерного излучения Pизл=400÷600 Вт. Контроль и подбор температурных режимов пайки осуществляют на стадии отработки технологического процесса оптическим пирометром 12. Таким образом, на поверхности уложенных колец припоя 6 и 7, днищ смесительной головки 9 и форсунок 5 сфокусированным лазерным лучом 4 создают локальный нагрев каждой непропаянной форсунки при перемещении рабочего стола 11 вокруг излучателя 3, что обеспечивает затекание расплавленного припоя в проточки с винтовыми канавками 8. По окончании пайки очередной форсунки 5, технологический лазер 1 автоматически отключает лазерный луч 4 и рабочий стол 11 перемещают далее по программе, происходит пайка следующих форсунок 5, что обеспечивает высокую скорость нагрева и охлаждения локального места пайки смесительной головки 9 с форсунками 5.

Данный способ отработан не только на стальных форсунках с никелевым покрытием, но и на бронзовых форсунках с серебряным покрытием.

Экспериментальные работы, проведенные авторами, показали, что применение способа изготовления смесительной головки КС ЖРД с помощью лазерной пайки особенно актуально при непропаянных форсунках с днищами смесительной головки после пайки в высоковакуумной печи, что увеличивает количество и повышает качество смесительных головок.

Таким образом, данное изобретение позволяет исключить повторную пайку форсунок в высоковакуумной печи и использовать лазерную пайку непропаянных форсунок смесительной головки для герметичного соединения в труднодоступных местах. В результате повышается качество и уменьшается трудоемкость при изготовлении смесительной головки КС ЖРД.

Способ изготовления смесительной головки камеры сгорания жидкостного ракетного двигателя (ЖРД), включающий сборку блока форсунок смесительной головки, их сборку под пайку, пайку в высоковакуумной печи, контроль качества, испытания на прочность и герметичность, отличающийся тем, что 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 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.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к ракетной технике, конкретно - к организации смесеобразования самовоспламеняющихся компонентов топлива в камере сгорания жидкостного ракетного двигателя малой тяги (ЖРДМТ).

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 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.

Изобретение относится к области жидкостных ракетных двигателей (ЖРД), а именно к газогенераторам, генерирующим газ для привода турбонасосного агрегата. Газогенератор содержит охлаждаемую камеру, смесительную головку, состоящую из наружного днища, среднего днища, огневого днища, форсунок форкамерного типа, включающих в себя осевой канал, выполненный глухим со стороны его входной части, соединенный при помощи тангенциальных отверстий, расположенных равномерно по окружности с полостью окислителя, кольцевой канал с тангенциальными отверстиями, расположенными равномерно по окружности и выходящими в полость горючего, расположенный коаксиально осевому каналу, форкамеру, являющуюся продолжением кольцевого канала, сообщенную с одной стороны с кольцевым каналом и осевым каналом, а с другой стороны с полостью камеры газогенератора, при этом на торце форсунки вокруг форкамеры выполнены отверстия, соединяющие полость горючего с полостью камеры газогенератора, причем во внутренней полости камеры газогенератора расположена полость воды, выполненная в виде двух днищ и закрепленных между ними газовых втулок, при этом полость воды соединена с высокотемпературной зоной камеры газогенератора через радиальные отверстия, выполненные в стенках газовых втулок, в варианте исполнения в днище полости воды, расположенном со стороны смесительной головки, выполнены отверстия. Изобретение обеспечивает повышение однородности температурного поля генераторного газа на выходе и давлений за счет балластировки продуктов сгорания водой и упрощение конструкции. 1 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к ракетной технике, конкретно - к организации смесеобразования в камере сгорания жидкостного ракетного двигателя малой тяги. Камера сгорания жидкостного ракетного двигателя малой тяги, содержащая камеру и смесительную головку с размещенной по оси двухкомпонентой центробежной форсункой, наружная и внутренняя камеры закручивания которой сообщены с коллекторами соответствующих компонентов топлива, в соответствии с изобретением между смесительной головкой и камерой выполнена предкамера с цилиндрической частью, примыкающей к смесительной головке, и конической, сопряженной с одной стороны с указанной цилиндрической частью, а с другой стороны - с камерой, причем линия смыкания конических пелен компонентов топлива работающей камеры расположена в непосредственной близости от конической стенки предкамеры. Линия смыкания конических пелен работающей камеры расположена в непосредственной близости к конической части предкамеры в месте сопряжения ее с цилиндрической частью предкамеры. Изобретение обеспечивает равномерное распределение соотношения компонентов топлива и более полное преобразоване топлива в продукты сгорания. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Наверх