Камера сгорания жидкостного ракетного двигателя

Изобретение относится к ракетной технике, конкретно - к организации смесеобразования в камере сгорания жидкостного ракетного двигателя. Камера сгорания жидкостного ракетного двигателя, содержащая камеру и смесительную головку с размещенными в ней форсунками, при этом камера сгорания выполнена в яйцеобразной форме, а форсунки в камере сгорания расположены по вогнутой спирали. При этом форсунки могут быть расположены с наклоном по вертикали, с наклоном по горизонтали, а также вокруг центральной форсунки камеры сгорания. Изобретение обеспечивает повышение полезной нагрузки. 3 з.п. ф-лы, 7 ил.

 

Изобретение относится к ракетной технике, конкретно - к организации смесеобразования в камере сгорания жидкостного ракетного двигателя.

Конструкции и технологии производства жидкостных ракетных двигателей (далее ЖРД) хорошо отработаны и успешно используются в настоящее время. ЖРД производимые в России имеют большой потенциал для усовершенствования.

Известно изобретение, где смесительная головка камеры содержит корпус, блок подачи окислителя, блок подачи водорода, блок подачи керосина, соосно-струйные форсунки (патент РФ 2484288 «Смесительная головка камеры жидкостного ракетного двигателя»), недостатком данного изобретения является то, что в смесительной головке меньшая площадь для подачи горючего и окислителя, чем в заявляемом изобретении и отсутствует возможность создать эффект «огненного вихря».

Задачей настоящего изобретения является увеличение полезной нагрузки ЖРД за счет последовательного перемешивания компонентов топлива и сохранения закрученной формы газовой струи на несколько секунд.

Это достигается путем изменения формы камеры сгорания ЖРД, в которой расположив форсунки соответствующим образом мы создадим условия, при которых горючее и окислитель будут подаваться в камеру сгорания не просто под давлением, а закручиваясь создадут эффект «огненного вихря», который при истекании газовой струи из камеры сгорания попадет в сопло и создаст закрученную газовую струю.

Предлагаемая конструкция камеры сгорания ЖРД и расположение форсунок поясняется рисунками 1-7.

Конструкция камеры сгорания ЖРД - это яйцеобразная форма, которую нужно рассчитывать по правилам Золотого сечения.

В зависимости от поставленных задач для ЖРД в яйцеобразной форме можно увеличивать или уменьшать размер головки форсунок, а соответственно и количество форсунок (Рисунок 1). Головка форсунок это часть формы камеры сгорания ЖРД. Похожие формы существуют в природе: сосновая шишка, виноградная косточка, бутон розы и т.д.

Предлагаемые варианты расположения форсунок в головке камеры сгорания ЖРД яйцеобразной формы:

1. Форсунки расположены по вогнутой спирали (Рисунок 2). Данное расположение форсунок дает возможность увеличивать или уменьшать площадь головки форсунок, а значит увеличивается или уменьшается количество форсунок и этим регулируется размер и мощность двигателя.

2. Наклон форсунок по вертикали.

3. Наклон форсунок по горизонтали.

Расположение форсунок вокруг центральной форсунки камеры сгорания (Рисунки 4 и 5) создает горящее (горючее + окислитель) не закрученное газовое тело, вокруг которого при подаче горючего и окислителя будет создаваться огненный кокон переходящий в закрученный огненный смерч.

4. Расположение форсунок вокруг центра головки (в зависимости от их расположения, конструкции, диаметра и количества вокруг центральной форсунки) дает возможность регулировать газовый поток и создавать под большим давлением газовое тело различной длины, вокруг которого под большим давлением будет создаваться горящий кокон, переходящий через конфузор в закрученную в огненную струю (Рисунок 6).

Вариант 1. Газовая струя (тело) исходящее из центральных форсунок, имеющих соответственно рассчитанный диаметр и конструкцию, на начальном этапе создает не закрученную газовую струю (тело) находящееся в центре вращающегося огненного кокона. Тем самым помогая быстрее и лучше сформироваться закрученному газовому кокону (телу).

Вариант 2. Все тоже самое, что и в варианте 1 плюс такое расположение центральной газовой струи слегка затормозит истечение газов из камеры сгорания, чем повысит давление в камере сгорания.

Вариант 3. Все тоже самое, что и в вариантах 1 и 2 плюс еще больше поможет сформировать вращающийся газовый поток (тело) в конфузоре и сопле двигателя.

При старте ракеты с ЖРД видно как из сопла исходит ровная мощная струя газов. С потерей мощности нижний край газовой струи начинает «болтаться».

Нам известно, что любой шуруп лучше держится и соединяет к примеру деревянные бруски нежели самый лучший и прямой гвоздь. Значит имея плотные слои атмосферы нужно получить закрученную по спирали струю газов, и чем с большей скоростью струя газа будет закручена, тем лучше для ракеты.

Например: огнестрельное оружие (нарезка в стволе), вращение снаряда в плотных слоях атмосферы (пуля).

Вращение по спирали с большой скоростью, истекающей из сопла ракеты газовой струи, дает возможность увеличить полезную нагрузку ракеты за счет большего времени сохранения закрученной формы газовой струи.

Где в природе можно встретить формы спирали и размеры на которые можно обратить внимание:

1. Галактика Млечный путь;

2. Морские раковины и улитки;

3. Подсолнух (расположение семян по спирали).

Приведенное небольшое количество примеров с использованием спирали природой и размер Золотое сечение дает возможность применить их в данном изобретении камеры ЖРД.

Такое изобретение (с закрученной газовой струей и камерой сгорания яйцеобразной формы) дает возможность создавать твердотопливные ракетные двигатели военного назначения. Полет ракет военного назначения зачастую всегда происходит в плотных слоях атмосферы, и на видеосъемке испытаний твердотопливных ускорителей в замедленном режиме видно, как истечение газовой струи происходит «кольцами».

Описанный выше подход к конструкции камеры сгорания ЖРД дает возможность создать еще более высокоэффективный двигатель (Рисунок 7):

а) расположение форсунок, где каждый ряд форсунок дает свой закрученный конус горючего и окислителя (перемешиваясь в дальнейшем);

б) расположенные в центре (по кругу с наклоном) форсунки дают возможность получать отдельное закрученное по спирали газовое тело (в зависимости от конструкций, размера форсунок);

в) центральная форсунка (размер, конструкция в зависимости от поставленных задач) газовое тело (струя) вокруг которого начинается все вращение горючего и окислителя. Чем с более высокой скоростью происходит закругливание отдельных струй горючего и окислителя (на начальном этапе подачи в камеру сгорания), тем сильнее и ближе к друг другу будут прижиматься и перемешиваться молекулы горючего и окислителя, следовательно, полноценнее будет происходить процесс окисления (сгорания) топлива. Техническое решение.

Конструкция камеры сгорания ЖРД яйцеобразной формы и разные варианты расположения форсунок дают возможность получить закрученный газовый поток на выходе из ракетного сопла, что в свою очередь позволяет газовой струе (хвосту) сохранить закрученную форму. Учитывая огромную скорость, большую массу горючего и окислителя, а также высокое давление при работе ЖРД, сохранение закрученной формы газовой струи на несколько секунд даст возможность увеличить полезную нагрузку ракеты по сравнению с уже существующими.

1. Камера сгорания жидкостного ракетного двигателя, содержащая камеру и смесительную головку с размещенными в ней форсунками, отличающаяся тем, что камера сгорания выполнена в яйцеобразной форме, а форсунки в камере сгорания расположены по вогнутой спирали.

2. Камера по п. 1, отличающаяся тем, что форсунки расположены с наклоном по вертикали.

3. Камера по п. 1, отличающаяся тем, что форсунки расположены с наклоном по горизонтали.

4. Камера по п. 1, отличающаяся тем, что форсунки расположены вокруг центральной форсунки камеры сгорания.