Смесительная головка жидкостного ракетного двигателя особо малой тяги



Смесительная головка жидкостного ракетного двигателя особо малой тяги
Смесительная головка жидкостного ракетного двигателя особо малой тяги

 


Владельцы патента RU 2605496:

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 особо малой тяги. Смесительная головка состоит из смесительной камеры с постоянной площадью поперечного сечения, со струйными форсунками подачи компонентов топлива, выходящими в смесительную камеру, переходящую в расширяющуюся к выходу форкамеру, каналов подвода окислителя и горючего к струйным форсункам. Согласно изобретению каналы подвода окислителя и горючего перед струйными форсунками подачи компонентов топлива пересекаются между собой. Длина каналов от точки пересечения каналов подвода окислителя и горючего до выхода из смесительной камеры не превышает длины совместного пробега компонентов топлива до окончания периода жидкофазной индукции. Поперечное сечение форсунок подачи компонентов топлива больше поперечного сечения каналов подвода компонентов топлива. Площадь поперечного сечения смесительной камеры составляет 1,5-2,0 суммарной площади поперечных сечений форсунок подачи компонентов топлива. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

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

Известна форсуночная головка жидкостного ракетного двигателя малой тяги (см. патент РФ №2390647), состоящая из корпуса головки с каналами подвода окислителя и горючего и смесительного элемента с двумя струйными форсунками, направленными на стенки смесительного элемента, выполненного в виде глухого отверстия, имеющего выход в расширяющуюся форкамеру.

Основным недостатком приведенной схемы смесеобразования является неполное перемешивание компонентов топлива, приводящее к разделению жидкой и газообразной фаз компонентов топлива, неравномерности распределения компонентов топлива по сечению камеры сгорания и увеличению приведенной длины камеры сгорания. Кроме того, для двигателей особо малой тяги из-за малых скоростей истечения компонентов топлива, не будет происходить дробление струй на капли, что существенно снизит качество смесеобразования.

Известна схема смесеобразования, примененная в смесительной головке ЖРД особо малой тяги (~50 Н) (см. патент РФ №2463469).

Смесительная головка состоит из смесительной камеры со струйными форсунками окислителя и горючего, расширяющейся к выходу форкамеры, каналов подвода окислителя и горючего, причем смесительная камера имеет постоянную площадь поперечного сечения, равную 1,0-1,2 суммарной площади поперечного сечения форсунок окислителя и горючего, и длиной, равной длине совместного пробега струй до окончания периода жидкофазной индукции топлива. Струйные форсунки выполнены с пересекающимися осями под углом 45-65°. Смесительная камера имеет цилиндрическую форму и переходит в коническую форкамеру, расширяющуюся к выходу.

Недостатком приведенной схемы смесеобразования применительно к ЖРД особо малой тяги является, как показали результаты проведенных исследований, невысокая полнота жидкофазного смешения компонентов топлива в смесительной камере из-за малых скоростей истечения из струйных форсунок, являющихся следствием малых расходов компонентов топлива, например, для двигателя тягой 0,5 H расход топлива не превышает 0,2 г/с.

При малых скоростях истечения струи окислителя и горючего не пронизывают друг друга, а, коснувшись, расходятся из-за явления сепарации, однако ограниченная площадь поперечного сечения смесительной камеры не позволяет развиться сепарации, но в результате все равно струи окислителя и горючего после столкновения продолжают движение в смесительной камере раздельно.

Начавшаяся химическая реакция в точке столкновения струй приводит к появлению тонкого слоя газофазных продуктов, окруженного с одной стороны жидким окислителем, с другой стороны - жидким горючим, т.е. имеем неполное перемешивание топлива в жидкой фазе, приводящее к низкой полноте сгорания. Как показали результаты исследований, достичь высокой полноты перемешивания не удается даже при больших значениях приведенной длины камеры сгорания.

Целью изобретения является получение высоких энергетических и динамических характеристик ЖРД особо малой тяги при удовлетворительном тепловом состоянии.

Указанная цель достигается тем, что в смесительной головке, состоящей из смесительной камеры с постоянной площадью поперечного сечения со струйными форсунками подачи компонентов топлива, расширяющейся к выходу форкамеры, каналов подвода окислителя и горючего, согласно изобретению каналы подвода окислителя и горючего перед струйными форсунками подачи компонентов топлива пересекаются между собой. Длина каналов от точки пересечения каналов подвода окислителя и горючего до выхода из смесительной камеры не превышает длины совместного пробега компонентов топлива до окончания периода жидкофазной индукции топлива.

Поперечные сечения форсунок подачи компонентов топлива больше поперечных сечений каналов подвода компонентов топлива. Площадь поперечного сечения смесительной камеры составляет 1,5-2,0 суммарной площади поперечных сечений форсунок подачи окислителя и горючего.

Предлагаемое решение поясняется чертежом. На приведенной фигуре показан продольный разрез головки. Смесительная головка состоит из корпуса 1, подводящих каналов окислителя 2, подводящих каналов горючего 3, струйных форсунок подачи компонентов топлива 4, смесительной камеры 5, форкамеры 6, заглушек 7. Позицией 8 обозначена зона пересечения каналов окислителя и горючего, а позициями 9 и 10 - зоны поворота потока компонентов топлива и перехода в форсунки компонентов топлива 4.

Предлагаемая смесительная головка работает следующим образом. Окислитель, пройдя через каналы подвода 2 до точки 8, сталкивается с горючим, поступающим по каналам 3, вступая в химическую реакцию с ним; при этом в промежутке между точками 8-9 и 8-10 образуются жидкофазные промежуточные продукты, из которых начинают выделяться газофазные промежуточные продукты. В точках 9, 10 после соударения с препятствием (заглушками 7) компоненты топлива меняют направление движения при входе в струйные форсунки подачи компонентов топлива 4. Соударение с препятствием способствует перемешиванию жидкофазных промежуточных продуктов и увеличению интенсивности выделения из них газофазных промежуточных продуктов, которое продолжается в струйных форсунках 4. Струйные форсунки 4 выполняются с увеличенными проходными сечениями для предотвращения запирания их выделяющимися газофазными промежуточными продуктами.

Из форсунок 4 предварительно подготовленная смесь из жидкофазных и газофазных промежуточных продуктов поступает в смесительную камеру 5, где происходит еще одно столкновение и перемешивание их и истечение в форкамеру 6. На выходе из смесительной камеры заканчивается период жидкофазной индукции топливной смеси, подготовленной к воспламенению и последующему сгоранию. Для исключения эффекта запирания в

смесительной камере ее сечение должно быть в 1,5-2,0 раза больше суммарного сечения форсунок компонентов топлива.

В заключение можно отметить, что однократное столкновение окислителя и горючего в жидкой фазе и двукратное столкновение компонентов топлива в виде жидкофазных и газофазных промежуточных продуктов обеспечивает практически полное завершение подготовительных процессов, получение высокой полноты сгорания топлива и, как следствие, - получение высоких энергетических и динамических характеристик и уменьшение приведенной длины камеры сгорания.

1. Смесительная головка, состоящая из смесительной камеры с постоянной площадью поперечного сечения, со струйными форсунками подачи компонентов топлива, расширяющейся к выходу форкамеры, каналов подвода окислителя и горючего, отличающаяся тем, что каналы подвода окислителя и горючего перед струйными форсунками подачи компонентов топлива пересекаются между собой.

2. Смесительная головка по п. 1 отличающаяся тем, что длина каналов от точки пересечения каналов подвода окислителя и горючего до выхода из смесительной камеры не превышает длины совместного пробега компонентов топлива до окончания периода жидкофазной индукции.

3. Смесительная головка по пп. 1 или 2, отличающаяся тем, что поперечное сечение форсунок подачи компонентов топлива больше поперечного сечения каналов подвода компонентов топлива.

4. Смесительная головка по пп. 1, или 2, или 3, отличающаяся тем, что площадь поперечного сечения смесительной камеры составляет 1,5-2,0 суммарной площади поперечных сечений форсунок подачи компонентов топлива.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к ракетным двигателям малой тяги, предназначенным для управления положением космических летательных аппаратов. Блок ракетных двигателей включает в себя смесительную головку, клапаны подачи топлива с запорными органами, седлом, тарелью и силовым приводом, смесительные элементы с входными каналами, камеры сгорания, не менее двух.

Изобретение относится к области ракетной техники и может быть использовано при разработке ракетных двигателей, работающих на газообразных компонентах топливной смеси.

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 ракетной технике, конкретно к защите стенки камеры жидкостного ракетного двигателя особо малой тяги от перегрева при организации процесса горения.

Изобретение относится к ракетным двигателям. Многоступенчатая камера сгорания жидкостного ракетного двигателя состоит из последовательности элементарных камер сгорания, каждая из которых оснащена своими форсунками подачи рабочего тела и своими воспламенителями подаваемого рабочего тела.

Изобретение относится к организации распыливания струи, истекающей из струйной форсунки жидкостного ракетного двигателя малой и особо малой тяги.Форсунка состоит из корпуса, канала подачи рабочего тела и сопла.

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 ракетной технике, а именно к способу изготовления внутренней оболочки сопла камеры сгорания жидкостного ракетного двигателя (ЖРД). Способ включает ротационное выдавливание оболочки за несколько переходов.

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 запальное устройство, корпус камеры с магистралями подвода горючего на охлаждение, смесительную головку с магистралями подвода горючего, газовод с магистралью подвода окислительного генераторного газа, соединенный с запальным устройством с помощью фланца, расположенного на наружной поверхности с выполненными в нем каналами тракта охлаждения, который одним концом закреплен с фланцем, а другим устанавливается в центральную втулку корпуса смесительной головки, при этом фланец для установки запального устройства расположен на боковой поверхности газовода смесительной головки и имеет кольцевой коллектор, каналы тракта охлаждения которого соединены с каналами охлаждения втулки изогнутой формы с помощью кольцевой накладки, а каналы тракта охлаждения запального устройства соединены с коллектором фланца с помощью трубки.

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