Смесительная головка камеры жидкостного ракетного двигателя
Владельцы патента RU 2700482:
Акционерное общество "Конструкторское бюро химавтоматики" (RU)
Изобретение относится к жидкостным ракетным двигателям. Смесительная головка камеры ЖРД, содержащая наружное днище, корпус, огневое днище, двухкомпонентные форсунки, закрепленные в корпусе и огневом днище, кольцевую периферийную часть, магистрали подачи жидкого и газообразного компонента, согласно изобретению в корпусе выполнено три ряда отверстий, один ряд, выполненный в цилиндрической части корпуса, и второй ряд отверстий, выполненный в полостной стенке корпуса, соединяют полость, коллектора жидкого компонента с кольцевой периферийной частью, третий ряд отверстий, выполненный в плоской стенке корпуса, соединяет полость камеры жидкого компонента с жидкой полостью центральной части, а между отверстиями третьего ряда в плоской части корпуса выполнены дозирующие отверстия для подачи газообразного компонента в кольцевую периферийную часть и полости двухкомпонентных форсунок и периферийная кольцевая полость через полости коллекторов соединена с магистралями подвода жидкого и газообразного компонентов топлива. Изобретение обеспечивает повышение надежности и снижение трудоемкости изготовления. 3 ил.
При разработке жидкостного ракетного двигателя предъявляются предельно высокие требования по экономичности и надежности работы. Одним из основных его элементов, влияющих на экономичность и надежность, является смесительная головка камеры.
В настоящее время широкое распространение в России и за рубежом получили смесительные головки, в которых используются двухкомпонентные форсунки.
Известны конструкции смесительных головок, они изложены в патентах RU 2205289 C2, RU 291976 С1 и RU 328615 C1, в которых в состав смесительной головки входят двухкомпонентные форсунки, расположенные по концентрическим окружностям.
Недостатком данных конструкций является расположение периферийного ряда форсунок вблизи внутренней стенки камеры. Компоненты топлива, вытекая из периферийных форсунок, превращаются в продукты сгорания в виде высокотемпературных газовых струй, которые натекают на внутреннюю стенку камеры. При длительных испытаниях в зонах натекания могут появляться трещины, пролизы и даже прогары.
Известна конструкция щелевой смесительной головки, в которой вместо двухкомпонентных форсунок выполнены кольцевые втулки, зазоры между которыми образуют кольцевые каналы подвода жидкого и газообразного компонента топлива, изложенная в патенте RU 2170841 С1 - принятая за прототип. Данная конструкция позволяет устранить натекание высокотемпературных периферийных струй на стенку. Но в конструкции щелевой смесительной головки имеется очень большое количество ненадежных паяно-сварных соединений (на порядок больше, чем в форсуночной головке), что существенно снижает надежность работы ракетного двигателя. Кром этого трудоемкость изготовления щелевой смесительной головки существенно больше трудоемкости изготовления форсуночной головки.
Предлагаемое изобретение решает техническую задачу по обеспечению высокой надежности, снижает трудоемкость изготовления и обеспечивает высокую экономичность.
Поставленная техническая задача решается тем, что в смесительной головке камеры ЖРД, содержащей наружное днище, корпус, огневое днище, двухкомпонентные форсунки, закрепленные в корпусе и огневом днище, кольцевую периферийную часть, магистрали подачи жидкого и газообразного компонента, согласно изложению, в корпусе выполнено три ряда отверстий, один ряд, выполненный в цилиндрической части корпуса, и второй ряд отверстий, выполненный в полостной стенке корпуса соединяет полость, коллектора жидкого компонента с кольцевой периферийной частью, третий ряд отверстий, выполненный в плоской стенке корпуса, соединяет полость камеры жидкого компонента с жидкой полостью центральной части, а между отверстиями третьего ряда в плоской части корпуса выполнены дозирующие отверстия для подачи газообразного компонента в кольцевую периферийную часть и полости двухкомпонентных форсунок, и периферийная кольцевая полость через полости коллекторов соединена с магистралями подвода жидкого и газообразного компонентов топлива.
Такое выполнение смесительной головки позволяет значительно повысить надежность работы головки за счет существенного уменьшения количества паянных и сварных соединений, обеспечивает надежную работу внутренней стенки камеры, снижает трудоемкость изготовления при реализации высоких энергетических характеристик двигателя.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется схемами, показанными на фиг. 1, 2 и 3.
На фиг. 1 показан продольный разрез смесительной головки, где
1 - магистраль подвода жидкого компонента топлива;
2 - магистраль подвода газообразного компонента топлива;
3 - коллектор подвода жидкого компонента топлива;
4 - наружное днище;
5 - отверстия первого ряда подвода жидкого компонента топлива в кольцевую полость 7 периферийной части;
6 - отверстия второго ряда, выполненные в плоской стенке корпуса, соединяющие полость коллектора 3 жидкого компонента топлива с кольцевой полостью 7 периферийной части;
9 - дозирующие отверстия, соединяющие газовую полость внутри наружного днища 4 с газовой полостью двухкомпонентных форсунок 10.
10 - двухкомпонентные форсунки, закрепленные с корпусом 11 и огневым днищем 14.
12 - отверстия подачи жидкого компонента топлива в двухкомпонентные форсунки 10.
15 - отверстия в периферийной части головки;
На фиг. 2 показан вид смесительной головки со стороны входа газообразного компонента в головку, где
1 - магистраль подвода жидкого компонента топлива;
5 - отверстия первого ряда, соединяющие полость коллектора 3 подвода жидкого компонента топлива в кольцевую полость 7 периферийной части;
6 - отверстия второго ряда, выполненные в плоской стенке корпуса, соединяющие полость коллектора 3 жидкого компонента топлива с кольцевой полостью 7 периферийной части;
16 - отверстия третьего ряда, выполненные в плоской стенке корпуса, соединяющие полость коллектора 3 жидкого компонента топлива с полостью жидкого компонента двухкомпонентных форсунок 10;
8 - дозирующие отверстия, соединяющие газовую полость внутри наружного днища с газовой кольцевой полостью периферийной части.
9 - дозирующие отверстия, соединяющие газовую полость внутри наружного днища с газовой полостью двухкомпонентных форсунок 10.
11 - корпус головки.
На фиг. 3 показано сечение головки Б-Б по отверстиям, расположенным в плоской стенке корпуса, где
1 - магистраль подвода жидкого компонента топлива;
3 - коллектор подвода жидкого компонента;
6 - отверстия второго ряда, выполненные в плоской стенке корпуса, соединяющие полость коллектора 3 жидкого компонента топлива с кольцевой полостью 7 периферийной части;
16 - отверстия третьего ряда, выполненные в плоской стенке корпуса, соединяющие полость коллектора 3 жидкого компонента топлива с полостью жидкого компонента двухкомпонентных форсунок 10;
10 - двухкомпонентные форсунки;
11 - корпус головки;
17 - отверстия соединяющие отверстия третьего ряда с полостью жидкого компонента центральной части.
Смесительная головка камеры жидкостного ракетного двигателя работает следующим образом.
В соответствии с циклограммой работы жидкостного ракетного двигателя подаются команды на поступление компонентов топлива в магистрали 1 и 2. Из магистрали жидкого компонента топлива 1, через коллектор 3, первый и второй ряд отверстий 5 и 6 жидкий компонент топлива подается в кольцевую полость 7 периферийной части 13, из которой через отверстия 15 попадет в газовую полость периферийной части 13.
Газообразный компонент из входной магистрали 2 через полость внутри наружного днища 4 через дозирующие отверстия 8 в корпусе 11 поступает в кольцевую полость периферийной части головки. Происходит перемещение компонентов топлива в периферийной части головки.
В соответствии с циклограммой жидкий компонент топлива из подводной магистрали жидкого компонента 1, через коллектор 3 и третий ряд отверстий 16, расположенных в плоской части корпуса 11 через отверстия 17, поступает в центральную часть головки, где расположены двухкомпонентные форсунки 10. Через отверстия 12 в форсунках 10 жидкий компонент поступает внутрь форсунки. Газообразный компонент из полости, расположенной внутри наружного днища, через дозирующие отверстия 9 в корпусе 11 поступает во внутреннюю полость двухкомпонентных форсунок 10.
Происходит перемешивание компонентов топлива в двухкомпонентных форсунках, расположенных в центральной части головки. По соответствующей команде происходит поджиг компонентов топлива от специального устройства. Начинается сгорание компонентов топлива. Наличие кольцевой периферийной зоны у внутренней стенке камеры обеспечивает равномерное горение у стенки камеры, защищает ее от струй газов, вытекающих из форсунок. Наличие в центральной части двухкомпонентных форсунок, существенно уменьшает количество ответственных поясно-сварных соединений.
Таким образом, использование смесительной головки, в корпусе которого выполнено три ряда отверстий, соединяющих полость жидкого компонента топлива с периферийной и центральной частью, повышает надежность, снижает трудоемкость изготовления и позволяет обеспечить предельно высокие требования по экономичности двигателя.
Смесительная головка камеры жидкостного ракетного двигателя, содержащая наружное днище, корпус, огневое днище, двухкомпонентные форсунки, закрепленные в корпусе и огневом днище, кольцевую периферийную часть и магистрали подвода жидкого и газообразного компонента, отличающаяся тем, что в корпусе выполнено три ряда отверстий, первый ряд, выполненный в цилиндрической части корпуса, и второй ряд, выполненный в плоской стенке корпуса, соединяют полость коллектора жидкого компонента с кольцевой периферийной частью, третий ряд отверстий, выполненный в плоской стенке корпуса, соединяет полость коллектора жидкого компонента с жидкой полостью центральной части, а между отверстиями третьего ряда в плоской части корпуса выполнены дозирующие отверстия для подачи газообразного компонента в кольцевую периферийную часть и полости двухкомпонентных форсунок и периферийная кольцевая полость через полости коллекторов соединена с магистралями подвода жидкого и газообразного компонентов топлива.
