КАМЕРА ЖИДКОСТНОГО РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2003 года по МПК F02K9/62 F02K9/52 

Изобретение относится к области тепловых двигателей на химическом топливе, а более конкретно к жидкостным ракетным двигателям (ЖРД) многократного включения, преимущественно малой тяги (ЖРДМТ).

Известно устройство - пульсирующий ракетный двигатель [1], имеющий клапаны горючего и окислителя, расположенные на некотором расстоянии от форсуночной головки для обеспечения тепловой защиты. Трубопроводы топливных линий между клапанами и форсуночной головкой имеют малый диаметр и толщину стенок для максимального увеличения излучения и сведения к минимуму тепловых потоков в сторону клапанов.

Недостатком устройства является наличие значительных заклапанных объемов из-за того, что каждый элемент форсунки соединен отдельным трубопроводом с клапаном подачи компонента топлива.

Известна камера ЖРД многократного включения, содержащая камеру сгорания с соплом и смесительную головку с форсуночными элементами с заклапанными полостями и магистралями подачи компонентов топлива с клапанами подачи, в которой заклапанные полости сообщены каналами с отдельными замкнутыми полостями, расположенными в стенке камеры сгорания или сопла [2].

В такой конструкции, за счет опорожнения заклапанных полостей, сохраняются стабильными динамические характеристики при запуске двигателя. Однако, за счет больших заклапанных объемов, происходят нерациональные потери компонентов топлива при включении и выключении двигателя и растягивается время выхода на режим номинальной тяги и время перехода в режим "молчания".

Для исключения указанных недостатков в известной камере жидкостного ракетного двигателя, содержащей камеру сгорания, смесительную головку с клапанами подачи компонентов и каналами подачи компонентов топлива к коллекторам со струйными форсунками предлагается каналы подачи компонентов топлива совместить с выходными каналами клапанов и следом за ними установить коллекторы. В коллекторах предлагается выполнить струйные форсунки, оси которых направить в кольцевую канавку на стенке камеры сгорания.

Целесообразно точки пересечения осей струйных форсунок разноименных компонентов с кольцевой канавкой чередовать по окружности.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами. На фиг.1 приведена камера ЖРД в разрезе, на фиг.2 показана схема распределения компонентов топлива по сечению камеры сгорания.

Камера ЖРД состоит из смесительной головки 1, к которой присоединена камера сгорания 2 и клапаны 3 и 4. В полостях 5 и 6 расположены соответственно якоря 7 и 8 с уплотнителями 9 и 10. Полости 5 и 6 соединены каналами 11 и 12 подачи компонентов топлива с топливными коллекторами 13 и 14, образованными блоками форсунок 15 и 16 со струйными форсунками 17 и 18 соответственно. В камере сгорания 2 выполнена кольцевая канавка 19, поверхность которой пересекают оси струйных форсунок 17 и 18, причем точки пересечения осями форсунок разноименных компонентов поверхности кольцевой канавки чередуются по окружности.

Камера ЖРД работает следующим образом.

После подачи команды и срабатывания приводов клапанов 3 и 4 якоря 7 и 8 с уплотнениями 9 и 10, перемещаясь в полостях 5 и 6, открывают доступ компонентов топлива в каналы 11 и 12, на выходе которых расположены коллекторы 13 и 14, образованные блоками форсунок 15 и 16.

Компоненты топлива (окислитель и горючее) из топливных коллекторов 13 и 14 через струйные форсунки 17 и 18, пересекая объем камеры сгорания 2, поступают в кольцевую канавку 19, выполненную на стенке камеры сгорания. Струи компонентов топлива, растекаясь по поверхности канавки, меняют направление движения, и в виде пелен и мелких брызг с одного уровня (уровня канавки) поступают вновь в объем камеры сгорания, где перемешиваются, воспламеняются и горят.

Канавка 19 постоянно омывается жидкими компонентами топлива, которые снимают часть тепла, поступающего по стенкам камеры сгорания 2 к смесительной головке 1 с клапанами 3 и 4. Кроме того, сама канавка, как конструктивный элемент, является термосопротивлением и уменьшает тепловой поток к смесительной головке в период "молчания" двигателя.

Компактное выполнение узла клапан-коллектор - струйные форсунки позволяет осуществлять простую модернизацию двигателя путем совершенствования каждого составляющего элемента, особенно блока струйных форсунок с топливным коллектором. При модернизации двигателя можно менять расходонапряженность (количество струй), уровень рабочего давления, изменять положение струй в пространстве камеры сгорания и т.д. Предлагаемая конструкция допускает автономную проверку, настройку перед монтажом или заменой в ЖРД.

Кроме того, за счет минимизации заклапанных объемов особенно актуальной для ЖРДМТ, существенно улучшаются динамические характеристика двигателя, а кольцевая канавка на стенке камеры сгорания, омываемая жидкими компонентами топлива, обеспечивает удовлетворительное тепловое состояние клапанов и топливных коллекторов. Обеспечение удовлетворительного теплового состояния клапанов при их близком расположение к объему камеры сгорания является сложной задачей, но в предлагаемой конструкции она находит приемлемое решение.

Источники информации
1. Патент США 3429124, МПК F 02 K 9/02, 7/02, НПК 60-258, 1962 г.

2. Патент РФ 2088782 (з. 93030931 от 17.06.93), МПК 6 F 02 К 9/00, 11/00, публ. 27.08.97, бюл. 24, "Камера жидкостного ракетного двигателя".

Камера жидкостного ракетного двигателя содержит камеру сгорания, смесительную головку с клапанами, каналы подачи компонентов топлива и коллекторы со струйными форсунками. Каналы подачи компонентов топлива выполнены в клапанах и на их выходе установлены топливные коллекторы. Оси струйных форсунок топливных коллекторов пересекают кольцевую канавку, выполненную на стенке камеры сгорания. Изобретение позволяет улучшить динамические характеристики двигателя и осуществлять простую модернизацию двигателя. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Камера жидкостного ракетного двигателя, содержащая камеру сгорания, смесительную головку с клапанами, каналами подачи компонентов топлива, коллекторами со струйными форсунками, отличающаяся тем, что каналы подачи компонентов топлива выполнены в клапанах, и на их выходе установлены топливные коллекторы, оси струйных форсунок которых пересекают кольцевую канавку, выполненную на стенке камеры сгорания. 2. Камера по п. 1, отличающаяся тем, что точки пересечения осей струйных форсунок разноименных компонентов с кольцевой канавкой чередуются по окружности.