СОПЛО КАМЕРЫ ЖИДКОСТНОГО РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 1999 года по МПК F02K9/97 

Изобретение относится к области ракетной техники и может быть использовано при создании сопл жидкостных ракетных двигателей (ЖРД).

В настоящее время одной из основных проблем при создании фрезерованных сварно-паяных сопл ЖРД является обеспечение прочности сопла в зоне размещения коллекторов, т.к. именно в этом месте отсутствует связь между оболочками и ребрами.

Известно сопло камеры сгорания жидкостного ракетного двигателя, содержащее наружную и внутреннюю оболочки с продольными основными ребрами, между которыми равно расположены дополнительные ребра меньшей длины, образующие тракт охлаждения, сообщенный сквозными отверстиями через радиальную канавку со сборным коллектором, размещенным перед конической отбортовкой, выполненной на срезе сопла, при этом концы основных ребер в зоне радиальной канавки выполнены П-образной формы, а сквозные отверстия расположены внутри них (Патент России N 2095609 от 03.08.89, МКИ: F 02 K 9.97 - прототип).

В данном сопле ребра выполнены на одной из оболочек, а оболочки соединены между собой при помощи пайки по ребрам. Повышение прочности сопла в зоне радиальной канавки обеспечивается выполнением концов ребер П-образной формы, что позволяет увеличить поверхность под пайку. Охладитель подается из межрубашечного тракта в сборный коллектор, расположенный на срезе сопла, через сквозные отверстия, расположенные внутри П-образных ребер.

Однако, в ряде случаев, при использовании ребер с П-образными концами для повышения прочности сопла в зоне подводящего коллектора, расположенного, например, в центральной части сопла, необходимо не только усилить сопло в зоне коллектора, но и обеспечить перемешивание и равномерное распределение потоков охладителя по каналам. После выхода из П-образных ребер потоки охладителя частично перемешиваются друг с другом в радиальной канавке, что не обеспечивает необходимой неравномерности распределения. В исполнении, когда один из концов П-образного ребра соединен с конической отбортовкой, потоки охладителя после выхода из П-образных ребер не перемешиваются друг с другом, а поступают дальше в тракт в виде отдельных параллельных потоков, идущих по обе стороны одного ребра.

Это приводит к неравномерности в распределении расхода охладителя по каналам и к образованию локальных зон перегрева в зоне меньших диаметров сопла и увеличенных тепловых потоков, что снижает надежность работы сопла.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков и повышение надежности работы сопла.

Поставленная задача достигается тем, что в предложенном сопле камеры жидкостного ракетного двигателя, содержащем наружную и внутреннюю оболочки, образующие тракт охлаждения, сообщенный с коллектором, размещенным на наружной оболочке, продольные и П-образные ребра, расположенные внутри тракта охлаждения, между продольными и П-образными ребрами под коллектором выполнена кольцевая радиальная проточка.

Целесообразно, чтобы ширина кольцевой радиальной проточки составляла величину не менее 0,4 ширины паза между продольными ребрами перед П-образными ребрами и не более ширины паза между П-образными ребрами на срезе сопла.

Нижний предел указанного значения выбирается, исходя из того, что при дальнейшем его уменьшении происходит значительное возрастание гидравлического сопротивления тракта, снижается равномерность распределения охладителя по каналам, а при значении, равном 0, в каналах не обеспечивается перемешивание потоков охладителя, идущих по обе стороны ребра, что может привести к локальному перегреву охладителя в канале с последующим прогаром стенки оболочки.

Верхний предел указанного соотношения выбирается, исходя из того, что при дальнейшем его возрастании происходит увеличение длины неподкрепленного участка, что приводит к потере работоспособности сопла.

Сравнение предложенного технического решения с прототипом и другими известными техническими решениями в данной области техники показало, что данная совокупность признаков в предложенном сочетании неизвестна и применена впервые.

Проведенный сравнительный анализ предложенного технического решения с прототипом и другими известными техническими решениями в данной области показал, что данное техническое решение не следует явным образом из достигнутого уровня техники, не является очевидным для среднего специалиста в данной области промышленности и превосходит достигнутый уровень техники за счет того, что выполнение кольцевой радиальной канавки между продольными и П-образными ребрами позволяет обеспечить требуемую равномерность в распределении охладителя при сохранении увеличенной поверхности ребер, и соответственно, необходимой прочности сопла в зоне коллекторов.

Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показан продольный разрез предложенного сопла, на фиг. 2 -вид А, на фиг.3 - вид Б, на фиг. 4 - вид В. На фиг.5 и 6 соответственно указан вид сверху Г в варианте, когда концы ребер расположены по центру перемычки П-образного профиля и в варианте, когда концы ребер смещены от центра перемычки П-образного профиля.

Основными элементами предложенного сопла являются:
1 - внутренняя оболочка;
2 - продольные ребра;
3 - П-образные ребра;
4 - кольцевая радиальная проточка;
5 - дополнительные продольные ребра;
6 - наружная оболочка;
7 - тракт охлаждения;
8 - подводящий коллектор;
9 - отводящий коллектор;
10 - отверстия;
11 - отверстия.

На внутренней оболочке 1 расположены продольные ребра 2 и П-образные ребра 3. Между продольными ребрами 2 и П-образными ребрами 3 выполнена кольцевая радиальная проточка 4. Между продольными ребрами 2 могут быть выполнены дополнительные продольные ребра 5, имеющие меньшую длину, чем ребра 2. На внутреннюю оболочку 1 одета наружная оболочка 6 и соединена с ней при помощи пайки по ребрам 2,5, образуя при этом тракт охлаждения 7. На наружной оболочке 6 установлены подводящий 8 и отводящий 9 коллекторы. Подводящий 8 и отводящий 9 коллекторы соединены с полостью тракта охлаждения 7 при помощи отверстий 10 и 11 соответственно, выполненных в наружной оболочке 6.

Предложенное сопло работает следующим образом.

Охладитель подается в подводящий коллектор 8 и по отверстиям 10, выполненным в наружной оболочке 6, подается внутрь П-образных ребер 3. Из П-образных ребер охладитель поступает к срезу сопла и по каналам снаружи П-образных ребер в виде отдельных изолированных струй пода тся к началу П-образных ребер. На выходе из каналов между П-образными ребрами 3 охладитель поступает в кольцевую радиальную проточку 4. В кольцевой радиальной проточке 4 отдельные изолированные струи охладителя перемешиваются между собой, перераспределяются по сечению проточки и поступают в каналы между ребрами 2, 5. Из указанных каналов охладитель по отверстиям 11 поступает внутрь отводящего коллектора 9 и из него отводится для дальнейшего использования. Работа устройства по варианту на фиг. 6 аналогична работе на фиг.5.

Использование предложенного технического решения позволило повысить надежность работы сопла за счет уменьшения неравномерности распределения охладителя по пазам охлаждающего тракта.

Сопло предназначено для камер жидкостных ракетных двигателей. Оно содержит наружную и внутреннюю оболочки, образующие тракт охлаждения, сообщенный с подводящим коллектором, продольные и П-образные ребра, расположенные внутри тракта охлаждения. Причем между продольными и П-образными ребрами под коллектором, для перемешивания струй охладителя выполнена кольцевая радиальная проточка. Ширина этой проточки составляет величину не менее 0,4 ширины паза между продольными ребрами перед П-образными ребрами и не более ширины паза между П-образными ребрами на срезе сопла. Такая конструкция сопла позволяет повысить надежность его работы за счет уменьшения неравномерности распределения охладителя по пазам охлаждающего тракта. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Сопло камеры жидкостного ракетного двигателя, содержащее наружную и внутреннюю оболочки, образующие тракт охлаждения, сообщенный с коллектором, размещенным на наружной оболочке, продольные и П-образные ребра, расположенные внутри тракта охлаждения, отличающееся тем, что между продольными и П-образными ребрами выполнена кольцевая радиальная проточка. 2. Сопло по п.1, отличающееся тем, что ширина проточки составляет величину не менее 0,4 ширины паза между продольными ребрами перед П-образными ребрами и не более ширины паза между П-образными ребрами на срезе сопла. 3. Сопло по п.1, отличающееся тем, что кольцевая радиальная проточка расположена под коллектором.