Камера жидкостного ракетного двигателя



Камера жидкостного ракетного двигателя
Камера жидкостного ракетного двигателя

 


Владельцы патента RU 2610624:

Климов Владислав Юрьевич (RU)

Изобретение относится к области ракетного двигателестроения и может быть использовано при создании безгазогенераторных жидкостных ракетных двигателей (ЖРД), работающих на криогенных компонентах топлива. Камера ЖРД содержит регенеративно охлаждаемую камеру сгорания с критическим сечением и соплом, смесительную головку, включающую в себя блок подачи окислителя, блок подачи горючего, блок огневого днища, при этом в указанных блоках по концентрическим окружностям установлены соосно-струйные форсунки, причем во внутренней полости камеры сгорания расположены теплообменные элементы, выполненные в виде трубок Фильда, у которых вход наружной трубки и выход внутренней трубки соединены с полостями блока огневого днища, при этом одна из его полостей сообщается с трактом охлаждения камеры сгорания, в варианте исполнения на внешней поверхности трубок Фильда выполнены ребра. Изобретение обеспечивает повышение давления в камере ЖРД за счет улучшения условий теплообмена между продуктами сгорания топлива и компонентом топлива, используемого для привода турбин турбонасосных агрегатов. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к области ракетного двигателестроения и может быть использовано при создании безгазогенераторных жидкостных ракетных двигателей (ЖРД), работающих на криогенных компонентах топлива.

Одной из основных проблем, возникающих при создании безгазогенераторных ЖРД, является сравнительно низкое давление в камере сгорания из-за невозможности обеспечения подогрева компонента топлива, используемого для привода турбины турбонасосного агрегата, в тракте охлаждения камеры до высокой температуры.

Известен ЖРД HIPEX, содержащий камеру, включающую в себя регенеративно охлаждаемую камеру сгорания с критическим сечением и соплом, смесительную головку с соосно-струйными форсунками и запальным устройством, агрегаты управления и два турбонасосных агрегата, при этом во внутренней полости камеры сгорания установлен теплообменник, состоящий из двух частей: внутренней оболочки с прямоугольными фрезерованными каналами и внешней оболочки, которые жестко соединены между собой с помощью диффузионной пайки (Шляхов В.И., Овчинникова С.В. ЖРД безгенераторной схемы для межорбитальных буксиров. Обзор по материалам зарубежной печати за 1980-1990 г.г №30. Центр научно-технической информации «Поиск», ГОНТИ-8. 1991, стр. 54-56 - прототип).

Указанный ЖРД работает следующим образом.

Горючее из насоса турбонасосного агрегата поступает в охлаждающий тракт камеры сгорания, затем проходит через теплообменник, установленный во внутренней полости камеры сгорания, и тракт охлаждения сверхзвуковой части сопла камеры поступает на турбины турбонасосных агрегатов и в смесительную головку камеры. Окислитель подается из насоса турбонасосного агрегата в смесительную головку камеры.

В камере компоненты топлива воспламеняются, сгорают и истекают из сопла. Продукты сгорания, контактируя с внутренней поверхностью камеры и теплообменника, отдают тепло горючему, которое приводит в действие турбины и связанные с ними насосы турбонасосных агрегатов.

Основными недостатками данного ЖРД являются значительная сложность конструкции камеры и высокая стоимость ее изготовления.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков и повышение давления в камере ЖРД за счет улучшения условий теплообмена между продуктами сгорания топлива и компонентом топлива, используемого для привода турбин турбонасосных агрегатов.

Решение указанной задачи достигается тем, что предложенная камера сгорания ЖРД согласно изобретению содержит регенеративно охлаждаемую камеру сгорания с критическим сечением и соплом, смесительную головку, включающую в себя блок подачи окислителя, блок подачи горючего, блок огневого днища, при этом в указанных блоках по концентрическим окружностям установлены соосно-струйные форсунки, причем во внутренней полости камеры сгорания расположены теплообменные элементы, выполненные в виде трубок Фильда, у которых вход наружной трубки и выход внутренней трубки соединены с полостями блока огневого днища, при этом одна из его полостей сообщается с трактом охлаждения камеры сгорания.

В варианте исполнения на внешней поверхности трубок Фильда выполнены ребра.

Предлагаемая камера ЖРД за счет своих отличительных признаков обеспечивает решение поставленной технической задачи - повышение давления в камере ЖРД за счет улучшения условий теплообмена между продуктами сгорания топлива и компонентом топлива, используемого для привода турбин турбонасосных агрегатов.

Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 показан общий вид камеры ЖРД в продольном разрезе, на фиг. 2 - продольный разрез смесительной головки камеры ЖРД, на фиг. 3 - поперечный разрез камеры ЖРД в варианте исполнения.

Предложенная камера ЖРД содержит регенеративно охлаждаемую камеру сгорания 1 с критическим сечением 2 и соплом 3, смесительную головку 4, включающую в себя блок подачи окислителя 5, блок подачи горючего 6, блок огневого днища 7, при этом в указанных блоках по концентрическим окружностям установлены соосно-струйные форсунки 8, причем во внутренней полости камеры сгорания 1 расположены теплообменные элементы, выполненные в виде трубок Фильда 9. Трубка Фильда 9 включает в себя наружную трубку 10 и внутреннюю трубку 11. Вход наружной трубки 10 соединен с полостью 12 блока огневого днища 7, которая сообщается с трактом охлаждения 13 камеры сгорания 1, а выход внутренней трубки 11 соединен с полостью 14 блока огневого днища 7.

В варианте исполнения на внешней поверхности трубок Фильда 9 выполнены ребра 15.

Предложенная камера ЖРД работает следующим образом.

Горючее из насоса турбонасосного агрегата ЖРД поступает в тракт охлаждения 13 камеры сгорания 1 и далее в полость 12 блока огневого днища 7. В полости 12 горючее равномерно распределяется между трубками Фильда 9. По кольцевому зазору между внутренней поверхностью наружной трубки 10 и наружной поверхностью внутренней трубки 11 горючее поступает к глухому концу наружной трубки 10, где оно разворачивается и направляется по внутренней трубке 11 в полость 14 блока огневого днища 7. Из полости 14 горючее поступает в турбины турбонасосных агрегатов ЖРД и далее в блок подачи горючего 6 смесительной головки 4, где оно равномерно распределяется по соосно-струйным форсункам 8.

Окислитель подается из насоса турбонасосного агрегата в блок подачи окислителя 5 смесительной головки 4, где он равномерно распределяется по соосно-струйным форсункам 8.

Из соосно-струйных форсунок 8 компоненты топлива поступают в камеру сгорания 1, где они воспламеняются и сгорают. Продукты сгорания компонентов топлива, контактируя с внутренней поверхностью камеры сгорания 1 и наружной поверхностью трубок Фильда 9, отдают тепло горючему, которое приводит в действие турбины и связанные с ними насосы турбонасосных агрегатов ЖРД.

В варианте исполнения на внешней поверхности трубок Фильда 9 выполнены ребра 15, что позволяет интенсифицировать процесс теплопередачи.

Использование предлагаемого изобретения позволит повысить давления в камере ЖРД за счет улучшения условий теплообмена между продуктами сгорания топлива и компонентом топлива, используемого для привода турбин турбонасосных агрегатов.

1. Камера жидкостного ракетного двигателя, характеризующаяся тем, что она содержит регенеративно охлаждаемую камеру сгорания с критическим сечением и соплом, смесительную головку, включающую в себя блок подачи окислителя, блок подачи горючего, блок огневого днища, при этом в указанных блоках по концентрическим окружностям установлены соосно-струйные форсунки, причем во внутренней полости камеры сгорания расположены теплообменные элементы, выполненные в виде трубок Фильда, у которых вход наружной трубки и выход внутренней трубки соединены с полостями блока огневого днища, при этом одна из его полостей сообщается с трактом охлаждения камеры сгорания.

2. Камера жидкостного ракетного двигателя по п. 1, отличающаяся тем, что на внешней поверхности трубок Фильда выполнены ребра.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области реактивных двигательных установок, а более конкретно к реактивной двигательной установке (1), в которой первый топливный контур (6) для подачи первого компонента топлива в основной двигатель (4) содержит отвод (13), расположенный ниже по потоку от насоса (8b) первого турбонасоса (8) и проходящий через первый регенеративный теплообменник (10) и турбину (8a) первого турбонасоса (8), а второй топливный контур (7) для подачи второго компонента топлива в основной двигатель (4) содержит отвод, расположенный ниже по потоку от насоса (9b) второго турбонасоса (9) и проходящий через второй регенеративный теплообменник (11) и турбину (9a) второго турбонасоса (9).

Изобретение относится к области теплоэнергетики, а именно к теплообменным аппаратам, и может быть использовано при создании охлаждаемых конструкций с большими удельными тепловыми потоками.

Изобретение относится к области ракетного двигателестроения и может быть использовано при создании жидкостных ракетных двигателей, работающих на криогенных компонентах, преимущественно кислороде и водороде.

Изобретение относится к области теплоэнергетики, а именно к теплообменным аппаратам, и может быть использовано при создании охлаждаемых конструкций с большими удельными тепловыми потоками.

Изобретение относится к авиационному двигателестроению и предназначено для прямоточных воздушно-реактивных двигателей. Прямоточный воздушно-реактивный двигатель на твердом горючем содержит воздухозаборник, газогенератор с зарядом твердого горючего в отдельном корпусе, камеру дожигания и сопло.

Изобретение относится к жидкостным ракетным двигателям (ЖРД) и может быть использовано при их огневой стендовой отработке для повышения надежности работы камеры сгорания.

Изобретение относится к области ракетной техники, а именно к двигателестроению, и может быть использовано при создании камер жидкостных ракетных двигателей (ЖРД). ЖРД содержит камеру со смесительной головкой, турбонасосный агрегат, газогенератор, агрегаты питания и регулирования.

Изобретение относится к области ракетного двигателестроения при создании жидкостных ракетных двигателей, работающих на криогенных компонентах, преимущественно кислороде и водороде.

Изобретение относится к области ракетной техники может быть использовано при создании камер жидкостных ракетных двигателей (ЖРД). Камера ЖРД содержит смесительную головку, внутреннюю профилированную оболочку, на внешней поверхности которой выполнены ребра тракта охлаждения, наружную профилированную оболочку, установленную на внутреннюю и скрепленную с ней по вершинам ребер тракта охлаждения, причем упомянутые оболочки и ребра образуют каналы охлаждения.

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для создания потока перегретого водяного пара за счет сжигания водород-кислородной смеси в паровой среде. Может использоваться в ракетных двигателях, циклах комбинированных и паротурбинных энергетических установок.

Изобретение относится к устройствам для перемешивания и распыливания компонентов топлива жидкостного ракетного двигателя. Соосно-струйная форсунка, преимущественно для камеры жидкостного ракетного двигателя, содержит, наконечник с профилированным осевым каналом, соединяющим полость одного компонента топлива с полостью камеры сгорания, и втулку, охватывающую с кольцевым зазором наконечник и соединяющую полость другого компонента топлива с полостью камеры сгорания, при этом в выходной части наконечника выполнены пилоны, взаимодействующие с внутренней поверхностью втулки и центрирующие наконечник относительно втулки, причем на цилиндрической поверхности наконечника выполнены радиальные отверстия, равномерно расположенные по окружности и соединяющие осевой канал наконечника с внутренней полостью втулки.

Изобретение относится к области ракетной техники, а именно камерам жидкостных ракетных двигателей (ЖРД), и может быть использовано при создании высокоэкономичных смесительных головок и камер ЖРД для перспективных средств выведения.

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

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.
Наверх