РЕАКТИВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 1994 года по МПК F02K9/00 

Изобретение относится к двигателестроению и может использоваться при создании реактивных двигателей (РД).

Известен РД, содержащий камеру сгорания, сопловой блок и корпус с твердотопливным зарядом [1].

Известен РД, содержащий многосопловую камеру сгорания с канальным зарядом твердого топлива [1].

Известен реактивный двигатель, содержащий камеру сгорания с соплом, насосы окисления и горючего, расположенные на одном валу с турбиной, топливные баки и магистрали подачи компонентов [2].

Названные РД в процессе функционирования испускают высокотемпературную струю, весьма опасную с точки зрения возможности пожара и взрыва (путем воздействия на элементы наземного оборудования и косвенного влияния на РН), а также хорошо заметную с больших расстояний. Кроме того, компоненты выхлопной струи РДТТ содержат экологически вредные вещества, воздействующие на атмосферу.

Цель изобретения - повышение надежности путем облегчения термомеханического нагружения конструкции двигателя и за счет связывания экологически вредных компонент.

Указанная цель по варианту I достигается тем, что РД, содержащий камеру сгорания, сопловой блок и корпус с зарядом твердого топлива, снабжен дополнительной емкостью с испарительной жидкостью, сообщенной с камерой сгорания, сообщена своей передней частью с передней полостью камеры сгорания, и тем, что дополнительная емкость с испарителем, жидкостью выполнена в виде рубашки, размещенной между корпусом и зарядом, а полость рубашки снабжена продольными радиальными перегородками, разделяющими ее на секции.

Цель вариантов II, III достигается тем, что РД, содержащий многосопловую камеру сгорания с канальным зарядом твердого топлива, снабжен:
II - дополнительной емкостью с испарительной жидкостью, размещенной в центральной части твердотопливного заряда, и поршнем, расположенным в ее передней части.

III - дополнительная емкость с испарительной жидкостью выполнена в виде рубашки, размещенной между корпусом и зарядом.

Цель по варианту IV достигается тем, что РД, содержащий камеру сгорания и соплом, насосы окислителя и горючего, расположенные на одном валу с турбиной, топливные баки и магистрали подачи компонентов, снабжен дополнительной емкостью с испарительной жидкостью, выполненной в виде бака с автономным насосом, размещенным на одном валу с насосами горючего и окислителя и турбиной, а выходная магистраль насоса связана с камерой сгорания.

На фиг. 1 показан внешний вид ЖРД; на фиг. 2 - многосопловой РДТТ; на фиг. 3 - односопловой РДТТ; на фиг. 4 - зависимость относительного снижения температуры газовой струи от относительного снижения удельного импульса Ру.

РД содержит сопло 1, камеру сгорания (КС) 2, емкость с испаряемой жидкостью 3 и подводящей магистралью 4. В случае ЖРД в его состав входят топливные баки (ТБ) 5 и 6 соответственно с горючим и окислителем, турбонасосный агрегат (ТНА) 7 с насосами 8 -горючего, 9-окислителя, 10-жидкости. В случае РДТТ в его состав входят корпус 11 с зарядом 12 и герметичным центральным блоком 13 с жидкостью 3.

ТБ 5 и 6 ЖРД связаны магистралями с насосами 8 и 9, подающими горючее и окислитель в КС 2. Емкость с жидкостью 3 (водой) связана магистралью с насосом 10, откуда магистраль 4 идет в КС 2 ниже форсунок горючего и окислителя. Насосы 8,9 и 10 приводятся во вращение турбиной 14, запитываемой от ТБ 5 и 6. В случае многосоплового РДТТ жидкость 3 находится в центральном блоке 13, снабженном сверху поршнем 15 и связанной магистралями 16 с полостью КС 2, которая снабжена также воспламенителем. В случае односоплового РДТТ (фиг. 3) жидкость 3 находится в пространстве между корпусом11 и рубашкой 17. В случае односоплового РДТТ емкость жидкости 3 разгорожена на секции перегородками 18, каждая секция содержит свои магистрали 4 и 16.

В исходном положении сопла 1 РДТТ закрыты заглушками 19, воспламенители обесточены. Топливные магистрали ЖРД и магистраль 4 перекрыты, турбина 14 остановлена.

При пуске включаются РД. В случае РДТТ срабатывает воспламенитель, поджигая заряд 12, образующиеся при этом высокотемпературные продукты сгорания поднимают давление в КС 2, в результате чего вышибаются заглушки 17 и оказывается давление на поршень 15. При этом жидкость 3 из блока 13 через магистрали 4 подается в сопло 1. Там происходит смешение продуктов сгорания и жидкости 3 с ее испарением.

При применении РД удается как значительно снизить температуру истекающей струи, чем добиться минимума ее вредного воздействия на наземное оборудование, так и снизить экологически вредное влияние продуктов сгорания (ПС), поскольку частицы топлива, являющиеся центрами кристаллизации сразу взаимодействуют с парами жидкости 3.

Дадим некоторые количественные оценки. Исходя из уравнений теплового баланса, отношение Т температуры струи с парами жидкости 3 к температуре То продуктов сгорания РД-прототипа можно выразить формулой
T = (1), где ϕ - отношение массового расхода ПС топлива 12 (горючего и окислителя) к общему массовому расходу струи (случай ϕ =1 соответствует прототипу),
а - отношение теплоемкости Сn паров жидкости 3 к теплоемкости Сг чистых ПС.

Параметр b определяется по формуле
b = (2), где С_b, q - теплоемкость жидкости и теплота ее парообразования,
Т_к, Т_b - температура кипения и начальная температура жидкости.

Впрыск жидкости скажется и на снижении удельного импульса РД. Отношение y удельных импульсов заявляемых РД к прототипу можно оценить по формуле
y ≈ , (3), где - отношение молекулярных масс жидкости и чистых ПС.

Зависимость от y для РДТТ, когда в качестве жидкости взята вода, приведена на фиг. 4. Из полученных результатов следует, что за счет снижения удельного импульса РД всего на 21% можно добиться снижения температуры на 40% . Это означает, что если температура ПС на выходе из сопла РД-прототипа составляла 1000 К, то при использовании жидкости она составит 600 К (321^оС).

Такое снижение температуры способно повысить надежность РД за счет облегчения термомеханического нагружения его конструкции, предотвращения возможного попадания на него высокотемпературных газов при пуске увеличения безотказности наземного оборудования.

Изобретение относится к двигателестроению и направлено на повышение эффективности реактивных двигателей (РД) за счет повышения надежности РД и снижения их экологически вредного воздействия на окружающую среду. Целью изобретения является повышение надежности путем облегчения термомеханического нагружения конструкции двигателя и за счет связывания экологически вредных компонент. Цель достигается тем, что РД снабжен емкостью с испарительной жидкостью, впрыскиваемой в камеру сгорания. В случае варианта на жидком топливе жидкость находится в специальном баке, связанном с насосом, вращаемым турбиной общего турбонасосного агрегата, а выход этого насоса связан с камерой сгорания. В случае РД на твердом топливе жидкость размещена либо в центральном блоке (многосопловой вариант), либо в полости между внешней рубашкой и корпусом РД (односопловой вариант), верхняя часть этой полости связана с верхней частью корпуса РД, а нижняя часть - с соплом или камерой сгорания РД. 4 с и 2 з.п.ф-лы, 4 ил.

1. Реактивный двигатель, содержащий камеру сгорания, сопловой блок и корпус с зарядом твердого топлива, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности путем облегчения термомеханического нагружения конструкции двигателя и за счет связывания экологически вредных компонент, он снабжен дополнительной емкостью с испарительной жидкостью, сообщенной с камерой сгорания. 2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что дополнительная емкость с испарительной жидкостью сообщена своей передней частью с передней полостью камеры сгорания. 3. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что дополнительная емкость с испарительной жидкостью выполнена в виде рубашки, размещенной между корпусом и зарядом, а полость рубашки снабжена продольными радиальными перегородками, разделяющими ее на секции. 4. Реактивный двигатель, содержащий многосопловую камеру сгорания с канальным зарядом твердого топлива, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности путем облегчения термомеханического нагружения конструкции двигателя и за счет связывания экологически вредных компонент, он снабжен дополнительной емкостью с испарительной жидкостью, размещенной в центральной части твердотопливного заряда, и поршнем, расположенным в ее передней части. 5. Реактивный двигатель, содержащий многосопловую камеру сгорания с канальным зарядом, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности путем облегчения термомеханического нагружения конструкции двигателя и за счет связывания экологически вредных компонент, он снабжен дополнительной емкостью с испарительной жидкостью, которая выполнена в виде рубашки, размещенной между корпусом и зарядом. 6. Реактивный двигатель, содержащий камеру сгорания с соплом, насосы окислителя и горючего, расположенные на одном валу с турбиной топливные баки и магистрали подачи компонентов, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности путем облегчения термомеханического нагружения конструкции двигателя и за счет связывания экологически вредных компонент, он снабжен дополнительной емкостью с испарительной жидкостью, выполненной в виде бака с автономным насосом, размещенным на одном валу с насосами горючего и окислителя и турбиной, а выходная магистраль насоса связана с камерой сгорания.