Регулятор расхода твердого топлива Российский патент 2004 года по МПК F02K7/18 F02K9/26 

Предлагаемое изобретение относится к машиностроению, а именно к устройствам, предназначенным для регулирования расхода твердого топлива в реактивной технике, в частности в регулируемых ракетно-прямоточных двигателях.

Серьезным недостатком, ограничивающим применение регулятора расхода твердого топлива, размещенного между твердотопливным газогенератором и камерой дожигания, является низкая полнота сгорания в камере дожигания регулируемого ракетно-прямоточного двигателя. Это является следствием неудовлетворительной организации смешения газогенераторных продуктов сгорания на выходе из регулятора расхода.

Известен регулятор расхода твердого топлива, размещенный между газогенератором и камерой дожигания регулируемого ракетно-прямоточного двигателя (см. патент США № 4574586, 1984 г., НКИ 60-254, аналог). Регулятор расхода состоит из канала с сопловым вкладышем, по которому продукты первичного сгорания попадают из газогенератора в камеру дожигания, подвижного штока и его привода. При движении штока перпендикулярно оси канала происходит изменение площади критического сечения соплового вкладыша и, соответственно, давления в газогенераторе, что обеспечивает необходимое изменение расхода твердого топлива.

Недостатком известных устройств является то, что продукты первичного сгорания через канал регулятора непосредственно попадают в камеру дожигания, где они смешиваются с воздухом и окончательно сгорают. Однако для улучшения качества смешения газогенераторного газа и воздуха и повышения полноты сгорания в камере дожигания необходимо увеличение числа каналов и, следовательно, числа регуляторов расхода, что приводит к недопустимому усложнению конструкции устройства, к увеличению его габаритно-массовых характеристик.

Наиболее близким техническим решением, выбранным за прототип, является регулятор расхода твердого топлива, размещенный между газогенератором и камерой дожигания ракетно-прямоточного двигателя, содержащий сопловой вкладыш и шток с подвижным центральным телом (заявка Японии № 63-316163, заявлена 16.12.88, опубл. 01.02.95). При движении центрального тела вдоль неподвижного штока происходит изменение площади критического сечения соплового вкладыша и соответствующее изменение давления и расхода твердого топлива в газогенераторе. Продукты первичного сгорания из газогенератора через отверстие соплового вкладыша непосредственно поступают в камеру дожигания, где они смешиваются с воздухом, вытекающим из воздухозаборного устройства, и окончательно сгорают. Однако в этом устройстве используется одно отверстие соплового вкладыша для подачи газогенераторного газа в камеру дожигания, что недостаточно для организации качественного смешения и получения высокой полноты сгорания в камере дожигания. Кроме того, это отверстие соплового вкладыша соосно с камерой дожигания, что в ряде случаев также ухудшает процесс смешения с воздухом. Рассматриваемое устройство по существу представляет однокаскадный регулятор расхода, когда сопловой вкладыш (один каскад) выполняет одновременно функции дозирующего и смесительного элементов.

Цель изобретения - организация качественного смешения газогенераторного газа на выходе из регулятора расхода и получение высокой полноты сгорания в камере дожигания. Другой целью изобретения является повышение надежности работы регулятора расхода твердого топлива.

Цель достигается тем, что сопловой вкладыш снабжен задней стенкой, образующей вместе с ним промежуточную полость, в которой размещены центральное тело и шток, закрепленный на задней стенке, в которой выполнены сопловые отверстия для подачи газогенераторных продуктов сгорания в камеру дожигания, при этом центральное тело и шток образуют управляющую полость, с которой соединены каналы, проходящие через заднюю стенку и шток.

Элементы регулятора расхода выполнены из композиционных материалов.

На фиг. 1 изображен общий вид предлагаемого регулятора расхода твердого топлива в рабочем положении; на фиг. 2 - общий вид регулятора расхода в закрытом положении.

Заявляемый регулятор расхода 1, размещенный между твердотопливным газогенератором 2 и камерой дожигания 3, снабженной воздухозаборным устройством 4, состоит из следующих основных элементов: соплового вкладыша 5, подвижного центрального тела 6 с управляющей полостью 7, пустотелого штока 8, задней стенки 9, соединенной с сопловым вкладышем, размещенной ниже по потоку и образующей вместе с ним промежуточную полость 10, а сопловые отверстия 11 для подачи газогенераторных продуктов сгорания в камеру дожигания размещены на задней стенке 9. Регулятор снабжен каналом 12 и штуцером 13 для подачи рабочего тела в управляющую полость 7. Пустотелый шток 8 может быть снабжен уплотнительным кольцом 14.

Регулятор расхода работает следующим образом. На маршевом режиме работы ракетно-прямоточного двигателя (фиг. 1) через штуцер 13, канал 12 и пустотелый шток 8 в управляющую полость 7 подается рабочее тело (газ, жидкость) определенного давления. Центральное тело 6 под воздействием приложенных к нему и противоположно направленных силы давления продуктов сгорания со стороны газогенератора 2 и силы давления рабочего тела со стороны управляющей полости 7 перемещается и занимает определенное положение, при котором эти силы уравновешивают друг друга. Таким образом, каждой величине давления рабочего тела в управляющей полости 7 будет соответствовать определенное давление в газогенераторе 2 и, следовательно, определенный расход твердого топлива. При уменьшении или увеличении давления в управляющей полости 7 соответственно уменьшаются или увеличиваются давление продуктов сгорания и расход твердого топлива в газогенераторе. Продукты первичного сгорания из газогенератора 2 через кольцевую щель между сопловым вкладышем 5 и центральным телом 6 поступают в промежуточную полость 10, из которой через сопловые отверстия 11, размещенные в задней стенке 9, вытекают в камеру дожигания 3, где они смешиваются с воздухом, поступающим в камеру дожигания через воздухозаборное устройство 4.

При работе стартового РДТТ на стартовом режиме работы ракетно-прямоточного двигателя (фиг. 2) с помощью подачи рабочего тела определенного давления в управляющую полость 7 осуществляют прижатие центрального тела 6 к сопловому вкладышу 5, благодаря чему исключается попадание продуктов сгорания стартового твердого ракетного топлива в газогенератор 2.

Таким образом, предлагаемый регулятор расхода является по существу двухкаскадным: первый каскад образуют сопловой вкладыш 5 и подвижное центральное тело 6, вторым каскадом является задняя стенка 9 с сопловыми отверстиями 11, которая соединена с сопловым вкладышем 5 и образует вместе с ним промежуточную полость 10, в которой размещены центральное тело 6 и пустотелый шток 8.

По сравнению с прототипом, предлагаемый регулятор расхода позволяет выбирать число, схему размещения на задней стенке и угол наклона сопловых отверстий к оси камеры дожигания оптимальным образом в зависимости от типа воздухозаборного устройства и характеристик камеры дожигания. Благодаря этому существенно улучшается смешение газогенераторного газа с воздухом, что в конечном счете позволяет получить высокую полноту сгорания в камере дожигания.

Выполнение элементов регулятора расхода из композиционных материалов позволяет повысить надежность его работы в условиях высокотемпературного при наличии К-фазы потока газогенераторного газа.

Регулятор расхода твердого топлива ракетно-прямоточного двигателя размещен между газогенератором и камерой дожигания двигателя и содержит сопловой вкладыш и шток с подвижным центральным телом. Сопловой вкладыш снабжен задней стенкой, образующей вместе с ним промежуточную полость, в которой размещены центральное тело и шток, закрепленный на задней стенке. В задней стенке выполнены сопловые отверстия для подачи газогенераторных продуктов сгорания в камеру дожигания. Центральное тело и шток образуют управляющую полость, с которой соединены каналы, проходящие через заднюю стенку и шток. Изобретение позволит повысить полноту сгорания в камере дожигания ракетно-прямоточного двигателя и надежность работы регулятора расхода твердого топлива. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Регулятор расхода твердого топлива, размещенный между газогенератором и камерой дожигания ракетно-прямоточного двигателя, содержащий сопловой вкладыш и шток с подвижным центральным телом, отличающийся тем, что сопловой вкладыш снабжен задней стенкой, образующей вместе с ним промежуточную полость, в которой размещены центральное тело и шток, закрепленный на задней стенке, в которой выполнены сопловые отверстия для подачи газогенераторных продуктов сгорания в камеру дожигания, при этом центральное тело и шток образуют управляющую полость, с которой соединены каналы, проходящие через заднюю стенку и шток.2. Регулятор расхода твердого топлива по п.1, отличающийся тем, что элементы регулятора выполнены из композиционных материалов.