ГАЗОГЕНЕРАТОР ЖРД Российский патент 2002 года по МПК F02K9/64 

Изобретение относится к области жидкостных ракетных двигателей (ЖРД), а более конкретно к газогенераторам ЖРД, генерирующих газ для привода турбонасосного агрегата.

Известен газогенератор ЖРД, содержащий охлаждаемую камеру сгорания, форсуночную головку, состоящую из переднего, среднего и огневого днищ, форсунок окислителя и горючего, установленный по оси газогенератора распределитель избыточного компонента (см. заявку JP N 5343604A, МПК F 02 K 9/00, 1978 г.).

Недостатками известного газогенератора являются большие габариты и вес, низкая надежность работы, неравномерность температурного поля на выходе и пульсаций потока газа в самом газогенераторе и на выходе из него. Отсутствие элементов распределения избыточного компонента по всему сечению газогенератора приводит к потребности увеличения его длины для того, чтобы поток к выходу из него успел перемешаться, что увеличивает габариты и вес. Некачественное перемешивание потока газов приводит к местным перегревам конструкции как самого газогенератора, так и деталей за ним (сопловой аппарат, турбина). Отсутствие демпфирующих устройств для уменьшения пульсаций потока приводит к появлению вибраций конструкции и снижению устойчивости процесса сгорания и смешения, что дополнительно снижает надежность работы.

Задача, на решение которой направлено изобретение, - повышение надежности работы, уменьшение габаритов и веса.

Решение задачи обеспечивается за счет того, что распределитель избыточного компонента выполнен в виде полого цилиндра, закрытого профилированным днищем, снабженный смесительными элементами подачи избыточного компонента в зону смешивания, выполненных в виде полых перфорированных цилиндров, закрытых перфорированными шатровыми головками, расположенными по боковой поверхности распределителя в шахматном порядке с уменьшающейся их высотой по потоку газа, при этом на распределителе между огневым днищем и смесительными элементами расположены радиальные профилированные пластины с каналами подачи компонента из полости распределителя в полость камеры газогенератора, выполненные на всю высоту пластины, а днище распределителя выполнено в виде усеченного конуса, обращенного вершиной в сторону огневого днища, а в месте перехода цилиндра в днище и в вершине конуса выполнены отверстия.

Газогенератор ЖРД представлен на чертежах, где:
на фиг. 1 - общий вид газогенератора, продольный разрез;
на фиг. 2 - поперечный разрез А-А по распределителю в зоне радиальных перегородок;
на фиг. 3 - поперечный разрез Б-Б по распределителю с видом на смесительные элементы.

Газогенератор ЖРД содержит головку 1, камеру 2, распределитель 3.

Головка 1 содержит переднее днище 4 с патрубком подвода горючего 5, среднее днище 6, огневое днище 7, форсунки окислителя 8, форсунки горючего 9. Между передним 4 и средним 6 днищами образована полость 10 для подвода горючего к форсункам 9, а между огневым днищем 7 и средним днищем 6 образована полость 11 для подвода окислителя к форсункам 8. В среднем днище 6 выполнены пазы 12 для подвода окислителя в полость 11.

Камера газогенератора содержит наружный корпус 13 и внутреннюю оболочку 14, между которыми имеются каналы 15 для прохода окислителя.

Распределитель 3, расположенный по оси газогенератора, содержит цилиндр 16 с полостью 17 избыточного компонента, смесительные элементы 18 и 19 в виде полых цилиндров, закрытых шатровыми головками и перфорированных отверстиями 20. Перед каждым смесительным элементом выполнены отверстия 21. Смесительные элементы расположены в шахматном порядке, а их высота уменьшается по потоку газа.

Между огневым днищем 7 и смесительными элементами 18 расположены радиальные профилированные пластины 22 с каналами 23 подачи компонента из полости 17 в полость камеры газогенератора.

Распределитель закрыт днищем 24 в виде усеченного конуса, обращенного вершиной в сторону огневого днище 7, а в месте перехода цилиндра в днище и в вершине конуса выполнены отверстия 25 и 26.

Головка 1 газогенератора снабжена патрубком 27 для подвода окислителя в полость 11 к форсункам 8, а его избыточной части в полость 17 распределителя 16.

При работе газогенератора ЖРД, например, в составе двигателя горючее через патрубок 5 поступает в полость 10 головки 1, откуда через форсунки 9 распыленным подается в камеру 2. Окислитель через патрубок 27 поступает по пазам 12 в полость 11, откуда по форсункам 8 в распыленном виде подается в камеру 2 и частично по каналам 15 поступает на охлаждение внутренней оболочки 14. Большая (избыточная) часть окислителя поступает в полость 17 распределителя, откуда по элементам 18, 19 через отверстия 20 поступает в поток горячего газа, идущий со стороны головки 1. Часть окислителя из полости 17 поступает в поток по отверстиям 23 в пластинах 22. Этим обеспечивается равномерная раздача холодного окислителя по всему сечению камеры 2 и равномерное его перемешивание с потоком горячего газа на коротком по длине участке. Коническое днище 24 распределителя обеспечивает плавный поворот потока окислителя в полости 17 от осевого направления в радиальное (в элементы 18, 19). Часть окислителя, поступающая через отверстия 25 и 26 в зону за днище 24, сдувает зону завихрений за днищем. Перегородки 22 делят полость камеры 2 в районе головки 1 на ряд полостей и препятствуют распространению вибрационного горения из одной из этих полостей в другую.

Обеспечение перемешивания на коротком участке позволяет уменьшить длину газогенератора и вес. Надежное перемешивание горячего газа с холодным окислителем исключает зоны перегрева (прогаров), что повышает надежность работы. Исключение вибрационного (пульсационного) горения в районе головки и пульсаций газового потока дополнительно повышает надежность работы.

Газогенератор ЖРД содержит охлаждаемую камеру сгорания, форсуночную головку, состоящую из переднего, среднего и огневого днищ, форсунок окислителя и горючего, установленный по оси газогенератора распределитель избыточного компонента. Распределитель избыточного компонента выполнен в виде полого цилиндра, закрытого продольным днищем. Распределитель снабжен смесительными элементами подачи избыточного компонента в зону смешения, которые выполнены в виде полых перфорированных цилиндров, закрытых перфорированными шатровыми головками, и расположены по боковой поверхности распределителя в шахматном порядке с уменьшающейся их высотой по потоку газа. На распределителе между огневым днищем и смесительными элементами расположены радиальные профилированные пластины с каналами подачи компонента из полости распределителя в полость камеры газогенератора, выполненными на всю высоту пластины. Днище распределителя выполнено в виде усеченного конуса, обращенного вершиной в сторону огневого днища. В месте перехода цилиндра в днище и в вершине конуса выполнены отверстия. Изобретение позволяет получить компактный надежный газогенератор с равномерным температурным полем на выходе и устойчивым рабочим процессом. 3 ил.

Газогенератор ЖРД, содержащий охлаждаемую камеру сгорания, форсуночную головку, состоящую из переднего, среднего и огневого днищ, форсунок окислителя и горючего, установленный по оси газогенератора распределитель избыточного компонента, отличающийся тем, что распределитель избыточного компонента выполнен в виде полого цилиндра, закрытого профильным днищем, снабженным смесительными элементами подачи избыточного компонента в зону смешения, выполненными в виде полых перфорированных цилиндров, закрытых перфорированными шатровыми головками, расположенными по боковой поверхности распределителя в шахматном порядке с уменьшающейся их высотой по потоку газа, при этом на распределителе между огневым днищем и смесительными элементами расположены радиальные профилированные пластины с каналами подачи компонента из полости распределителя в полость камеры газогенератора, выполненными на всю высоту пластины, а днище распределителя выполнено в виде усеченного конуса, обращенного вершиной в сторону огневого днища, а в месте перехода цилиндра в днище и в вершине конуса выполнены отверстия.