Двухкомпонентная центробежная форсунка с интенсивным смесеобразованием



Двухкомпонентная центробежная форсунка с интенсивным смесеобразованием
Двухкомпонентная центробежная форсунка с интенсивным смесеобразованием

 


Владельцы патента RU 2604974:

федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева (национальный исследовательский университет)" (СГАУ) (RU)

Изобретение предназначено для организации смесеобразования и горения самовоспламеняющегося топлива в жидкостных ракетных двигателях малой тяги (ЖРДМТ), работающих в вакууме. Устройство состоит из предкамеры 1 и камеры сгорания 2. В предкамере 1 выполнены каналы 3 для подачи компонентов топлива, а также выполнена профилированная поверхность 4 с острой кромкой 5. Каналы подачи топлива расположены в плоскости, перпендикулярной оси предкамеры, конец каждого канала сопряжен по касательной с профилированной поверхностью, форма которой представляет собой дугу окружности, причем поверхность заканчивается острой кромкой в полости предкамеры. Изобретение обеспечивает преобразование жидких струй горючего и окислителя в мелкодисперсное, туманообразное состояние, в котором горючее и окислитель взаимодействуют предельно активно. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к области организации смесеобразования и горения самовоспламеняющегося топлива в жидкостных ракетных двигателях малой тяги (ЖРДМТ), работающих в вакууме.

Такие двигатели могут быть использованы в космическом пространстве для ориентации и стабилизации космических кораблей.

В существующих ракетных двигателях в настоящее время применяются двухкомпонентные центробежные и струйные форсунки, которые имеют ряд недостатков.

Известны двухкомпонентные центробежные форсунки с внешним и внутренним смешением (М.В. Добровольский. Жидкостные ракетные двигатели. Издательство Машиностроение, Москва, 1968, стр. 88-90). Основным недостатком центробежных форсунок является слабое распыливание конусообразной жидкости после истечения из форсунки: сначала конусообразная жидкость распадается на сравнительно большие жидкие части и только потом эти части распадаются на капли, которые никак нельзя считать пригодными для интенсивного горения, так как эти капли горючего и окислителя, взаимодействуя друг с другом, образуют продукты сгорания, которые препятствуют дальнейшему взаимодействию капель (В.Е. Алемасов, А.Ф. Дрегалин, А.П. Тишин. Теория ракетных двигателей. Третье издание. Москва. «Машиностроение» 1980, стр. 237-239).

Недостатками двухкомпонентных центробежных форсунок являются также большая сложность и более жесткие термические условия работы головки двигателя. Недостатком двухкомпонентных центробежных форсунок является также и то, что взаимодействие самовоспламеняющихся компонентов топлива начинается в самой форсунке, что приводит к сепарации компонентов топлива продуктами сгорания.

Серьезным недостатком является задержка самовоспламенения топлива и очень малое время пребывание топлива в камере сгорания, что при работе жидкостных ракетных двигателей малой тяги в импульсном режиме приводит к существенному уменьшению полноты сгорания топлива.

Полноту сгорания топлива в ЖРДМТ с центральной двухкомпонентной форсункой можно сделать больше путем увеличения объема камеры сгорания и применив жаропрочные и жаростойкие материалы для камеры сгорания. Но такой вариант имеет существенные недостатки - заметно ухудшаются весовые характеристики ракеты за счет уменьшения полезной нагрузки. Увеличатся также потери топлива за счет лучеиспускания с поверхности очень горячей камеры сгорания.

Целью настоящего изобретения является оптимизация процессов смешения и горения топлива сразу после впрыска струй горючего и окислителя в камеру сгорания. Под оптимизацией процессов смешения и горения топлива следует понимать преобразование жидких струй горючего и окислителя в мелкодисперсное, туманообразное состояние, в котором горючее и окислитель взаимодействуют предельно активно.

Цель достигается тем, что каналы подачи топлива расположены в плоскости, перпендикулярной оси предкамеры, конец каждого канала сопряжен по касательной с профилированной поверхностью, форма которой представляет собой дугу окружности, причем поверхность заканчивается острой кромкой в полости предкамеры.

Кроме того, профилированная поверхность имеет 6-7 класс чистоты поверхности.

Сущность предлагаемого технического решения иллюстрируется чертежами с обозначениями.

На фиг. 1 представлена двухкомпонентная центробежная форсунка;

на фиг. 2 представлено сечение А-А форсунки.

Устройство состоит из предкамеры 1 и камеры сгорания 2. В предкамере 1 выполнены каналы 3 для подачи компонентов топлива, а также выполнена профилированная поверхность 4 с острой кромкой 5. Стрелками показаны струи горючего и окислителя, подаваемые в предкамеру.

Две струи горючего диаметрально противоположны, две струи окислителя также диаметрально противоположны. Возможны и другие варианты подачи топлива в предкамеру: например, одна струя горючего и одна струя окислителя.

Процесс взаимодействия горючего и окислителя происходит следующим образом. Струи горючего и окислителя (фиг. 2) по каналам 3 попадают в предкамеру на профилированную поверхность 4, имеющую 6-7 класс чистоты поверхности и представляющую собой дугу окружности, размываются на этой поверхности до тонкой пленки и далее взаимодействуют с острой кромкой 5, имеющей угол 90°. 6-7 класс чистоты поверхности необходим для того, чтобы энергия струи не уменьшалась при взаимодействии с профилированной поверхностью, а расходовалась только на взаимодействие с острой кромкой. В простейшем варианте профилированная поверхность может быть дугой окружности. В общем случае профилированная поверхность должна быть такой, чтобы взаимодействие компонента топлива с профилированной поверхностью было минимальным. Время взаимодействия пленки с острой кромкой очень мало, поэтому сила взаимодействия жидкой пленки с острой кромкой согласно закону сохранения и превращения энергии и согласно второму закону Ньютона очень велика. Таким образом энергия струй при их взаимодействии с острыми кромками идет на механическое дробление горючего и окислителя до мелкодисперсного, туманообразного состояния, в котором горючее и окислитель взаимодействуют предельно активно. Высота предкамеры 1 на фиг. 1 должна определяться на холодных проливках на воде и быть такой, чтобы размытая пленка воды перед острой кромкой полностью помещалась в предкамере. Высота острой кромки в первом приближении может быть равной 3-4 мм.

1. Двухкомпонентная центробежная форсунка с интенсивным смесеобразованием, состоящая из предкамеры с каналами для подачи топлива, отличающаяся тем, что каналы подачи топлива расположены в плоскости, перпендикулярной оси предкамеры, конец каждого канала сопряжен по касательной с профилированной поверхностью, форма которой представляет собой дугу окружности, причем поверхность заканчивается острой кромкой в полости предкамеры.

2. Двухкомпонентная центробежная форсунка с интенсивным смесеобразованием по п. 1, отличающаяся тем, что профилированная поверхность имеет 6-7 класс чистоты поверхности.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к ракетной технике, конкретно - к организации смесеобразования двигателей особо малой тяги (1-2 Н). Смесительная головка жидкостного ракетного двигателя малой тяги состоит из каналов подвода окислителя и горючего, смесительной камеры со струйными форсунками окислителя и горючего, площадь поперечного сечения которой больше суммарной площади форсунок окислителя и горючего, а длина равна длине совместного пробега струй до окончания периода жидкофазной индукции, при этом форсунка одного из компонентов топлива соосна смесительной головке, а форсунки второго компонента выполнены в боковой стенке смесительной головки и размещены осесимметрично относительно оси центральной форсунки.

Изобретение относится к камерам сгорания ракетного двигателя. Инжектор для смешивания двух компонентов топлива, расположенный по направлению потока перед камерой сгорания, содержащий по меньшей мере один инжекционный элемент (14) тройной коаксиальной конструкции, установленный между двумя панелями (12, 13), ограничивающими между собой пространство (65); из числа коаксиальных каналов внутренний коаксиальный канал (23) и наружный коаксиальный канал (24) снабжаются параллельно одним и тем же компонентом топлива, например, через пространство (65).

Изобретение относится к области инжекционных элементов (201) для инжекции двух компонентов (Е1, Е2) топлива в камеру сгорания, в частности, предназначенных для ракетного двигателя с, по меньшей мере, одной камерой сгорания, содержащей инжектор с одним или множеством инжекционных элементов (201).

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.

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 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.

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.

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 относится к ракетной технике, а более конкретно к организации смесеобразования и горения в камере сгорания жидкостного ракетного двигателя малой и особо малой тяги.

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.
Наверх