Агрегат подачи топлива жидкостного ракетного двигателя



Агрегат подачи топлива жидкостного ракетного двигателя
Агрегат подачи топлива жидкостного ракетного двигателя
Агрегат подачи топлива жидкостного ракетного двигателя
Агрегат подачи топлива жидкостного ракетного двигателя
Агрегат подачи топлива жидкостного ракетного двигателя
Агрегат подачи топлива жидкостного ракетного двигателя
Агрегат подачи топлива жидкостного ракетного двигателя
Агрегат подачи топлива жидкостного ракетного двигателя
Агрегат подачи топлива жидкостного ракетного двигателя

 


Владельцы патента RU 2574192:

Болотин Николай Борисович (RU)

Изобретение относится к ракетной технике, конкретно к жидкостным ракетным двигателям, работающим на криогенном окислителе и на углеводородном горючем. Жидкостный ракетный двигатель, содержащий газогенератор, имеющий головку и расположенный под ним турбонасосный агрегат, содержащий, в свою очередь, основную турбину и насосы окислителя и горючего, дополнительный насос горючего и пусковую турбину с по меньшей мере одним источником высокого давления, содержащим пирозаряд, при этом выход из насоса окислителя соединен трубопроводом, содержащим клапан окислителя с головкой газогенератора, при этом на источнике высокого давления выполнена торцовая стенка с отверстиями, число которых соответствует числу пирозарядов, при этом установлено не менее двух пирозарядов, пусковая турбина выполнена с по меньшей мере двумя сопловыми аппаратами, закрытыми заслонкой, имеющей возможность поочередного открытия отверстий и их совмещения с одним из сопловых аппаратов, а трубопровод в месте соединения с газогенератором установлен радиально. Заслонка соединена с приводом. Заслонка соединена с приводом через механическую передачу. Может быть установлено два или более источников высокого давления. Изобретение обеспечивает многоразовый запуск ТНА и двигателя в полете. 4 з.п. ф-лы, 9 ил.

 

Изобретение относится к ракетной технике, конкретно к жидкостным ракетным двигателям ЖРД, работающим на криогенном окислителе и на углеводородном горючем.

Известен жидкостный ракетный двигатель по патенту РФ на изобретение №2095607, предназначенный для использования в составе космических разгонных блоков, ступеней ракетоносителей и как маршевый двигатель космических аппаратов, включает в себя камеру сгорания с регенеративным трактом охлаждения турбонасосный агрегат - ТНА. ТНА содержит насосы подачи компонентов - горючего и окислителя с турбиной на одном валу, в который введен конденсатор. Выход конденсатора по линии хладагента соединен с входом в камеру сгорания и с входом в тракт регенеративного охлаждения камеры сгорания. Выход из конденсатора по линии теплоносителя соединен с входом в насос одного из компонентов. Выход из насоса того же компонента сообщен с входом конденсатора по линии хладагента. Второй вход конденсатора сообщен с выходом турбины. Выход насоса другого компонента сообщен с входом в камеру сгорания.

Недостатком ТНА двигателя является ухудшение кавитационных свойств насоса при перепуске конденсата. Такое свойство насоса неминуемо приводит к уменьшению расхода одного из компонентов топлива через ТНА, падению тяги ракеты в несколько раз и срыву программы полета ракеты или к катастрофе.

Известны способ работы ЖРД и жидкостный ракетный двигатель по патенту РФ на изобретение №2187684. Способ работы жидкостного ракетного двигателя заключается в подаче компонентов топлива в камеру сгорания двигателя, газификации одного из компонентов в тракте охлаждения камеры сгорания, подводе его на турбину турбонасосного агрегата с последующим сбросом в форсуночную головку камеры сгорания. Часть расхода одного из компонентов топлива направляют в камеру сгорания, а оставшуюся часть газифицируют и направляют на турбины турбонасосных агрегатов. Отработанный на турбинах газообразный компонент смешивают с жидким компонентом, поступающим в двигатель при давлении, превышающем давление насыщенных паров получаемой смеси. Жидкостный ракетный двигатель содержит камеру сгорания с трактом регенеративного охлаждения, насосы подачи компонентов топлива и турбину. Насосы и турбины скомпонованы в два ТНА: основной и бустерный. Двигатель содержит установленные последовательно перед насосом подачи одного из компонентов топлива основного турбонасосного агрегата, насос бустерного турбонасосного агрегата и смеситель. Выход насоса основного турбонасосного агрегата соединен как с форсуночной головкой камеры сгорания, так и с трактом регенеративного охлаждения камеры сгорания. Тракт регенеративного охлаждения, в свою очередь, связан с турбинами основного и бустерного турбонасосных агрегатов, выходы которых соединены со смесителем.

Недостатком этой схемы является то, что тепловой энергии, снимаемой при охлаждении камеры сгорания, может оказаться недостаточно для привода турбонасосного агрегата двигателя очень большой мощности.

Известен ЖРД по патенту РФ на изобретение №2190114, МПК 7 F02K 9/48, опубл. 27.09.2002 г. Этот ЖРД включает в себя камеру сгорания с трактом регенеративного охлаждения, турбонасосный агрегат ТНА с насосами окислителя и горючего, выходные магистрали которых соединены с головкой камеры сгорания, основную турбину и контур привода основной турбины. В контур привода основной турбины входят последовательно соединенные между собой насос горючего и тракт регенеративного охлаждения камеры сгорания, соединенный с входом в основную турбину. Выход из турбины ТНА соединен с входом второй ступени насоса горючего.

Этот двигатель имеет существенный недостаток. Перепуск подогретого в тракте регенеративного охлаждения камеры сгорания горючего на вход во вторую ступень насоса горючего приведет к его кавитации и к последствиям, указанным выше. Большинство ЖРД используют такие компоненты топлива, что расход окислителя почти всегда больше расхода горючего. Следовательно, для мощных ЖРД, имеющих большую тягу и большое давление в камере сгорания, эта схема не приемлема, т.к. расхода горючего будет недостаточно для охлаждения камеры сгорания и привода основной турбины.

Кроме того, не проработана система запуска ЖРД, система воспламенения компонентов топлива и система выключения ЖРД и его очистки от остатков горючего в тракте регенеративного охлаждения камеры сгорания.

Известен жидкостный ракетный двигатель и способ его запуска по патенту РФ на изобретение №2232915, опубл. 20.07.2004 г., который содержит камеру сгорания, турбонасосный агрегат, газогенератор, систему запуска, средства для зажигания компонентов топлива и топливные магистрали. Выход насоса окислителя соединен с входом в газогенератор. Выход первой ступени насоса горючего соединен с каналами регенеративного охлаждения камеры и со смесительной головкой. Выход второй ступени насоса горючего (дополнительного насоса горючего) соединен с регулятором расхода с электроприводом. Другой вход регулятора соединен с пусковым бачком со штатным горючим. Выход из регулятора соединен с газогенератором. Выход из газогенератора соединен с входом в турбину турбонасосного агрегата, выход из которой соединен со смесительной головкой. Регулятор расхода снабжен гидроприводом предварительной ступени, который через кавитирующий жиклер и гидрореле соединен с пусковым бачком со штатным горючим. Гидрореле соединено со второй ступенью насоса горючего. Дроссель, установленный на выходе первой ступени насоса горючего, выполнен совместно с управляемым клапаном предварительной ступени.

Недостатком такой схемы является пожар или взрыв ТНА и ракеты на старте или в полете вследствие низкой надежности уплотнения между турбиной и насосом окислителя, между насосом окислителя и горючего, а также между насосом горючего и дополнительным насосом горючего из-за действия на них большого перепада давления: 300…400 кгс/см2 для современных ЖРД. Например, при использовании в качестве компонентов ракетного топлива водорода и кислорода самые незначительные утечки этих компонентов приводят к образованию «гремучей смеси» и практически всегда - к взрыву ракеты.

Известен агрегат подачи топлива сайта Интернет http://www.lpre.de/sntk/NK-33/index.htm, прототип.

Этот агрегат содержит газогенератор и расположенный под ним турбонасосный агрегат, содержащий, в свою очередь, основную турбину и насосы окислителя и горючего, дополнительный насос горючего и пусковую турбину с по меньшей мере одним источником высокого давления, содержащим пирозаряд, при этом выход из насоса окислителя соединен трубопроводом, содержащим клапан окислителя с головкой газогенератора.

Недостаток этого агрегата - невозможность многократного запуска ТНА и двигателя в полете вследствие того, что пусковая турбина имеет один пиротехнический заряд, а система воспламенения газогенератора выполнена химической в виде блока ТЭА самовоспламеняющегося горючего - триэтилалюминия в ампуле и приспособленной для одного запуска. Двигатель допускает повторное включение только на стенде после замены пиротехнического заряда и блока ТЭА.

Задачи создания изобретения: обеспечение многоразового запуска ТНА и двигателя в полете.

Решение указанной задачи достигнуто в агрегате подачи топлива жидкостного ракетного двигателя, содержащем газогенератор и расположенный под ним турбонасосный агрегат, содержащий, в свою очередь, основную турбину и насосы окислителя и горючего, дополнительный насос горючего и пусковую турбину с по меньшей мере одним источником высокого давления, содержащим пирозаряд, при этом выход из насоса окислителя соединен трубопроводом, содержащим клапан окислителя с головкой газогенератора, тем, что согласно изобретению на источнике высокого давления выполнена торцовая стенка с отверстиями, число которых соответствует числу пирозарядов, при этом установлено не менее двух пирозарядов, пусковая турбина выполнена с по меньшей мере двумя сопловыми аппаратами, закрытыми заслонкой, имеющей возможность поочередного открытия отверстий и их совмещения с одним из сопловых аппаратов, а трубопровод в месте соединения с газогенератором выполнен радиально.

Заслонка может быть соединена с приводом. Заслонка может быть соединена с приводом через механическую передачу. Может быть установлено два или более источников высокого давления.

Сущность изобретения поясняется на фиг. 1…9, где:

- на фиг. 1 приведена схема агрегата,

- на фиг. 2 приведена схема пусковой турбины,

- на фиг. 3 приведены сопловые аппараты и заслонки,

- на фиг. 4 приведен вид А,

- на фиг. 5 приведена заслонка,

- на фиг. 6 приведена торцовая стенка с двумя отверстиями.

- на фиг. 7 приведен ТНА с двумя аккумуляторами давления,

- на фиг. 8 приведен вид В,

- на фиг. 9 приведен второй вариант исполнения трубопровода окислителя.

Агрегат подачи топлива жидкостного ракетного двигателя ТНА (Фиг. 1…9) содержит газогенератор 1, имеющий головку 2 и коллектор подвода горючего 3, и турбонасоный агрегат 4.

Турбонасосный агрегат 4 содержит, в свою очередь, основную турбину 5, имеющую корпус 6, входной корпус 7 и выходной корпус 8. Внутри корпуса 6 установлен сопловой аппарат 9, рабочее колесо 10 с рабочими лопатками 11. Рабочее колесо 10 установлено на валу 12. Основная турбина 1 имеет опору 13 (фиг. 1 и 2).

Кроме того, ТНА содержит насос окислителя 14 с рабочим колесом 15, установленным на валу 12. Насос окислителя 14 имеет опору 16.

Кроме того, в состав ТНА входит насос горючего 17 с рабочим колесом 18 и опоры 19 и 20.

С торца ТНА, противоположного основной турбине 5, установлена пусковая турбина 21 с источником высокого давления 22 и выхлопной трубой 23.

ТНА 4 содержит в нижней части дополнительный насос горючего 24, который соединен с валом 12 при помощи мультипликатора 25.

Выход из насоса окислителя 14 трубопроводом окислителя 26, имеющим клапан окислителя 27, соединен с головкой 2 газогенератора 1. (фиг. 1). При этом для уменьшения осевого габарита ТНА 3 и двигателя выход трубопровода 26 соединен с головкой 2 радиально (перпендикулярно продольной оси газогенератора 1).

Пусковая турбина 21 (фиг. 2) содержит входной корпус 28, выходной корпус 29. Во входном корпусе 28 установлены первый и второй сопловые аппараты 30 и 31, перед которыми установлена заслонка 32, закрывающие отверстия 33 и 34, выполненные в торцовом днище 35. К заслонке 32 через механическую передачу 36 присоединен привод 37.

На валу 12 установлено рабочее колесо 38 с рабочими лопатками 39.

К входному корпусу 28 присоединен источник высокого давления 40, содержащий корпус 41, внутри которого размещены по меньшей мере два пиротехнических заряда, в нашем примере первый 42 и второй 43, разделенные перегородкой 44. На корпусе 41 установлены по меньшей мере два пироинициатора 45 и 46.

В торцовом днище 35 выполнено одно отверстие 47 (фиг. 5 и 6) для поочередного совмещения с отверстиями 33 и 34.

Возможен вариант исполнения ТНА с двумя источниками высокого давления 48 и 49 (фиг. 7 и 8), обеспечивающими два запуска.

Газогенератор 1 оборудован по меньшей мере одним запальником многоразового действия 50. (Свеча лазерного воспламенения, плазменная, ионная или электрическая свеча.)

Возможен вариант исполнения газогенератора 1 с коллектором окислителя 51 на его боковой поверхности и подвода трубопровода окислителя 26 перпендикулярно продольной оси газогенератора 1 (фиг. 9).

ТНА работает следующим образом.

Для первого запуска (фиг. 1) приводом 37 сдвигают заслонку 32 и открывают первое отверстие 33. Потом подают напряжение на первый пироинициатор 45 и воспламеняют первый пиротехнический заряд 42. Продукты сгорания выходят через первый сопловой аппарат 30 на рабочие лопатки 39 рабочего колеса 38. Рабочее колесо 38 раскручивает вал 12 и рабочие колеса 15 и 18 насосов окислителя 14 и горючего 17. Потом в основную турбину 5 через входной корпус 7 подается генераторный газ, который проходит через рабочие лопатки 11 рабочего колеса 10. В действие вступает основная турбина 5, а пусковая турбина 21 работает вхолостую.

Для повторного запуска ТНА поворачивает заслонку 32 и совмещает отверстие 47 с вторым отверстием 34 и подает команду на второй пироинициатор 46. Воспламеняется второй пиротехнический заряд 43 и осуществляется повторный запуск ТНА 4 и двигателя.

Применение изобретения позволило:

1. Обеспечить многократный запуск ТНА и ракетного двигателя в полете.

2. Уменьшить габариты и вес ТНА.

3. Обеспечить модульность конструкции ТНА.

4. Спроектировать все узлы ТНА: две турбины и два насоса на оптимальные параметры.

1. Агрегат подачи топлива жидкостного ракетного двигателя, содержащий газогенератор и расположенный под ним турбонасосный агрегат, содержащий, в свою очередь, основную турбину и насосы окислителя и горючего, дополнительный насос горючего и пусковую турбину с по меньшей мере одним источником высокого давления, содержащим пирозаряд, при этом выход из насоса окислителя соединен трубопроводом окислителя, содержащим клапан окислителя с головкой газогенератора, отличающийся тем, что на источнике высокого давления выполнена торцовая стенка с отверстиями, число которых соответствует числу пирозарядов, при этом установлено не менее двух пирозарядов, пусковая турбина выполнена с по меньшей мере двумя сопловыми аппаратами, закрытыми заслонкой, имеющей возможность поочередного открытия отверстий и их совмещения с одним из сопловых аппаратов, а трубопровод в месте соединения с газогенератором установлен радиально.

2. Агрегат по п. 1, отличающийся тем, что заслонка соединена с приводом.

3. Агрегат по п. 2, отличающийся тем, что заслонка соединена с приводом через механическую передачу.

4. Агрегат по п. 1 или 2, отличающийся тем, что установлено два или более источника высокого давления.

5. Агрегат по п. 3, отличающийся тем, что установлено два или более источника высокого давления.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к турбонасосостроению и может быть использовано в турбонасосных агрегатах (ТНА) ЖРД верхних ступеней ракет многоразового включения. Изобретение решает задачу работоспособности подшипников ТНА в условиях воздействия вакуума при многократном включении ЖРД, что достигается уменьшением нагрева подшипников. Для этого турбонасосный агрегат включает корпус 1, ротор с центробежным насосом 2, турбину 3, подшипниковую опору 4, входной патрубок насоса низкого давления 5, выход из насоса высокого давления 6, камеру высокого давления 7, трубопровод 8, обратный клапан 9 и жиклер 10.

Изобретение относится к жидкостным ракетным двигателям. Жидкостный ракетный двигатель, содержащий камеру сгорания, турбонасосный агрегат, дренажную полость, соединенную с дренажным трубопроводом, баллон со сжатым газом, причем дренажная полость расположена между насосом окислителя и турбиной, а дренажный трубопровод снабжен газовым эжектором, согласно изобретению между турбиной и насосом окислителя и между насосом окислителя и насосом горючего выполнены по две дренажные полости, а газовый эжектор соединен трубопроводом с полостью за турбиной.

Изобретение относится к ракетной технике. Жидкостный ракетный двигатель (ЖРД), содержащий турбонасосный агрегат, содержащий установленные на валу турбину, насосы окислителя, два насоса горючего, и камеру сгорания, имеющую цилиндрическую часть с форсунками окислителя и горючего, и сопло с главным коллектором горючего и системой регенеративного охлаждения, при этом турбонасосный агрегат и камера сгорания установлены соосно, камера сгорания выполнена двухзонной и содержит первую кольцевую зону с кольцевым форсуночным блоком и верхним коллектором горючего и вторую зону с центральным форсуночным блоком, выполненным в виде пустотелого цилиндра, имеющего осевые дополнительные форсунки второго горючего, а турбина установлена между первой и второй зонами камеры сгорания, турбина выполнена состоящей из соплового аппарата, рабочего колеса и спрямляющего аппарата с полостью внутри него, центральный форсуночный блок выполнен пустотелым и его полость соединена отверстиями через полость внутри спрямляющего аппарата с зазором регенеративного охлаждения сопла вторым горючим и второй зоны камеры сгорания, а полость внутри спрямляющего аппарата щелевыми отверстиями соединена с второй зоной.

Изобретение относится к ракетной технике, конкретно к жидкостным ракетным двигателям, работающим на криогенном окислителе и на углеводородном горючем. В турбонасосном агрегате (ТНА) жидкостного ракетного двигателя, содержащем основную турбину и насосы окислителя, горючего и пусковую турбину с по меньшей мере одним источником высокого давления, содержащим пирозаряд, согласно изобретению на источнике высокого давления выполнена торцевая стенка с отверстиями, число которых соответствует числу пирозарядов, при этом установлено не менее двух пирозарядов, пусковая турбина выполнена с по меньшей мере двумя сопловыми аппаратами, закрытыми заслонкой, имеющей возможность поочередного открытия отверстий.

Изобретение относится к ракетному двигателестроению и может быть использовано при проектировании жидкостных ракетных двигателей (ЖРД). ЖРД, имеющий в составе камеру сгорания и вспомогательную камеру, работающую с избытком одного из компонентов топлива, соединенные в единый блок, согласно изобретению он снабжен турбонасосным агрегатом, вход в турбину которого сообщен со вспомогательной камерой, кроме того, двигатель дополнительно снабжен газогенератором, работающим с избытком второго компонента топлива, выход из которого сообщен с форсуночной головкой камеры сгорания.

Изобретение относится к области силовых установок летательных аппаратов. Система подачи жидкого кислорода, содержащая агрегат соединенных последовательно гидравлически друг с другом насосов трех каскадов с автономными приводами, бак с кислородом и потребитель кислорода, где вход системы соединен с баком, а выход - с потребителем кислорода, в соответствии с изобретением снабжена источником газа высокого давления с вентилем, смесителем и потребителем газа, где источник газа соединен через вентиль с входом привода насоса третьего каскада, выполненного в виде турбины, выход газа из турбины третьего каскада соединен с потребителем газа и с входами газа приводов насосов первого и второго каскадов, выполненных в виде осевых турбин, расположенных коаксиально соответствующим насосам и скрепленных с ними, выходы газа из турбин первого и второго каскадов соединены через смеситель с выходом жидкого кислорода из насоса первого каскада, причем каналы подачи кислорода в насосах первого и второго каскадов выполнены диагональными с осевыми входами и выходами, а насос третьего каскада выполнен центробежным.

Изобретение относится к ракетной технике, конкретно к турбонасосным агрегатам. В турбонасосном агрегате жидкостного ракетного двигателя, содержащем установленные на валу рабочее колесо насоса окислителя, рабочее колесо насоса горючего и рабочее колесо турбины, размещенные в корпусе турбонасосного агрегата, при этом он содержит электрогенератор, имеющий статор и ротор с валом, вал электрогенератора соединен с валом турбонасосного агрегата, при этом между валом турбонасосного агрегата и валом электрогенератора установлена магнитная муфта.

Изобретение относится к ракетно-космической технике. В жидкостном ракетном двигателе, содержащем систему управления с бортовым компьютером, камеру, турбонасосный агрегат и газогенератор, соединенный газоводом с камерой, и запальные устройства на камере сгорания и газогенераторе, на камере сгорания и газогенераторе установлены свечи электрического зажигания, на валу турбонасосного агрегата установлен электрогенератор, а внутри газовода активатор газогенераторной смеси, а к пусковой турбине присоединен бортовой баллон сжатого воздуха.

Изобретение относится к ракетному двигателестроению и может быть использовано при проектировании жидкостных ракетных двигателей (ЖРД). ЖРД, содержащий камеру, газогенератор, топливные насосы и двухступенчатую турбину, питаемую генераторным газом, выход из первой ступени которой соединен с форсуночной головкой камеры, согласно изобретению, выход из второй ступени турбины соединен с входом в корпус турбины бустерного насоса одного из компонентов топлива, выход из которого соединен со входом в двигатель или с окружающей средой.

Изобретение относится к ракетной технике, конкретно к жидкостным ракетным двигателям. Турбонасосный агрегат жидкостного ракетного двигателя содержит турбину и насосы окислителя и горючего с рабочими колесами, согласно изобретению турбина выполнена биротативной и содержит два рабочих колеса, выполненных без сопловых аппаратов с возможностью вращения в противоположные стороны, каждое из которых соединено соответственно с рабочим колесом насоса окислителя и насоса горючего.

Изобретение относится к области жидкостных ракетных двигателей (ЖРД) с дожиганием окислительного генераторного газа. Газовый тракт на выходе из газогенератора и в корпусе турбины ТНА снабжен гальваническим никелевым и медным покрытиями, повышающими стойкость агрегатов к возгоранию, единый концевой участок изогнутого трубопровода двигателя в полетной комплектации снабжен смотровым отверстием и приваренным к нему резьбовым штуцером осмотра колеса турбины с установленной на нем заглушкой и уплотнительным кольцом, в патрубках на выходе из единого концевого участка изогнутого трубопровода смонтированы резьбовые штуцеры с установленными в них тремя термопарами, имеющими различную длину чувствительного элемента, и уплотнительными прокладками, на прямолинейных участках разветвленного изогнутого трубопровода установлены теплообменники, снабженные штуцерами подвода и отвода газа наддува, причем штуцер подвода газа наддува расположен ниже по потоку окислительного генераторного газа. Изобретение обеспечивает повышение надежности места соединения газогенератора с ТНА и единого концевого участка изогнутого трубопровода с выходом турбины, а также повышение надежности работы двигателя, его агрегатов ТНА и газогенератора. 2 з.п. ф-лы, 12 ил.

Блок сопел // 2587729
Изобретение относится к арматуростроению, а именно к нормально закрытым клапанам, и может быть использовано в машиностроении, например в ракетной технике. Блок сопел состоит из корпусов, герметично соединенных между собой общим патрубком входа сваркой. Затворы установлены в корпусы. Седла с гибкими обечайками установлены в проточки корпусов с натягом. Уплотнительные кольца поджаты прорезными пружинами. Таким образом, применение указанного блока сопел позволяет снизить утечки генераторного газа через уплотнительные кольца и седла с гибкой обечайкой и утечки управляющего гелия через уплотнительные кольца, что способствует снижению массы жидкостного ракетного двигателя. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.
Наверх