СМЕСИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ ДЛЯ ФОРСУНОЧНОЙ ГОЛОВКИ КАМЕРЫ ЖРД Российский патент 2005 года по МПК F02K9/52 

Изобретение относится к области жидкостных ракетных двигателей (ЖРД), применяемых в ракетной технике, оно также может быть использовано в агрегатах промышленной энергетики.

Известна смесительная головка с соосно-струйными форсунками, в которых две втулки, внешняя и средняя, образуют внешний кольцевой канал газообразного горючего, а средняя с внутренней образуют внутренний кольцевой канал жидкого окислителя (двухполостной смесительный элемент). (US Patent, Now. 11, 1986, 4621492).

Известная конструкция соосно-струйных форсунок обладает существенным недостатком, заключающимся в недостаточном массовом расходе компонентов топлива, приходящемся на одну форсунку.

Этот тип форсунок имеет одну поверхность контакта между внутренней кольцевой струей окислителя и внешней кольцевой струей горючего. Поэтому для "обеспечения заданной величины поверхности контакта между окислителем и горючим, при которой достигается высокая полнота сгорания топлива, требуется увеличение количества форсунок.

Целью настоящего изобретения является обеспечение максимально возможной полноты сгорания различных видов топлив при меньшем количестве смесительных элементов на форсуночной головке.

Поставленная цель достигается тем, что предлагается конструкция смесительного элемента, в котором во внешней втулке со стороны подачи горючего параллельно оси смесительного элемента выполнены кольцевые пазы, разделенные перемычками, в которых перпендикулярно оси выполнены отверстия для подачи окислителя в кольцевой канал, выходящий в камеру сгорания. Во внешней втулке, обращенной к зоне горения, выполнена кольцевая полость горючего. Средняя и внутренняя втулки образуют второй дополнительный кольцевой канал подачи горючего в камеру. Кроме того, внешняя и средняя втулки со стороны, противоположной зоне горения, установлены вплотную друг к другу.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в том, что смесительный элемент с двумя полостями подачи горючего и одной полостью окислителя (трехполостной смесительный элемент) обладает более развитой поверхностью контакта между окислителем и горючим в сравнении с двухполостным смесительным элементом, имеющим одну поверхность контакта между окислителем и горючим.

Предлагаемое изобретение поясняется фигурами, где на фиг.1 изображена смесительная головка с одним трехполостным смесительным элементом; на фиг.2 - разрез В-В.

Смесительный элемент состоит из внешней втулки 1, средней 2 и внутренней 3. Во втулке 1 со стороны, обращенной к полости подачи горючего, сделаны кольцевые пазы 4, по которым горючее поступает в кольцевую полость, выполненную во втулке 1 со стороны камеры сгорания. Эти кольцевые пазы разделены перемычками 5, в которых просверлены отверстия, соединяющие полость окислителя "А" с кольцевой полостью окислителя, по которой окислитель поступает в камеру сгорания. Эта полость образована с внешней стороны втулкой 1, а с внутренней - втулкой 2.

Втулка 3, имеющая центрирующие ребра, в сочетании с втулкой 2 образуют внутренний кольцевой газовый канал подачи горючего в камеру сгорания.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

Окислитель по штуцеру 6 подается в коллектор головки, образованный корпусом 7 и дефлектором 8. Из коллектора окислитель по пазам 9, охлаждая огневое днище 10, поступает в полость «А», образованную корпусом 7, дефлектором 8 и внешней втулкой смесительного элемента 1. Из питающей полости «А» окислитель по отверстиям, просверленным в перемычках 5 втулки 1, поступает в кольцевую полость форсунки, образованную втулками 1 и 2. Из кольцевого канала, образованного втулками 1 и 2, окислитель поступает в камеру.

Горючее в равных массовых расходах по кольцевым каналам, образованным втулками 1 и 2 (внешний кольцевой канал) и 2 и 3 (внутренний кольцевой канал), подается с высокой скоростью в камеру. Хорошее качество начального смесеобразования достигается за счет интенсивного разрушения низкоскоростной струи окислителя высокоскоростной струей горючего.

Эффективность форсуночной головки с одним крупномасштабным соосно-струйным смесительным элементом была экспериментально подтверждена на модельной камере ЖРД тягой 20 кН, работавшей по схеме с дожиганием восстановительного кислородно-метанового генераторного газа.

На модельном двигателе, состоящем из газогенератора, вырабатывающего кислородно-метановый восстановительный генераторный газ, и камеры, проведены огневые испытания форсуночной головки с одним трехполостным смесительным элементом, заменяющим девятнадцать обычных соосно-струйных форсунок. Этими экспериментами подтверждена высокая эффективность предлагаемого устройства.

Получена величина коэффициента камеры, характеризующая качество рабочего процесса, равная 0,975 (ϕ_к=975), т.е. такое же значение, что и при применении многофорсуночной головки.

Изобретение относится к области жидкостных ракетных двигателей (ЖРД), применяемых в ракетной технике, оно также может быть использовано в агрегатах промышленной энергетики. Смесительный элемент состоит из внешней, средней и внутренней втулок, образующих кольцевые полости для подачи газообразного горючего и жидкого окислителя, при этом во внешней втулке со стороны подачи горючего параллельно оси смесительного элемента выполнены кольцевые пазы, разделенные перемычками, в которых перпендикулярно оси выполнены отверстия для подачи окислителя в кольцевой канал, выходящий в камеру сгорания, а во внешней втулке, обращенной к зоне горения, выполнена кольцевая полость горючего, при этом средняя и внутренняя втулки образуют второй дополнительный кольцевой канал подачи горючего в камеру, а внешняя и средняя втулки, со стороны, противоположной зоне горения, установлены вплотную друг к другу. Изобретение обеспечивает максимально возможную полноту сгорания различных видов топлив при меньшем количестве смесительных элементов на форсуночной головке. 2 ил.

Смесительный элемент для форсуночной головки камеры ЖРД, состоящий из внешней, средней и внутренней втулок, образующих кольцевые полости для подачи газообразного горючего и жидкого окислителя, отличающийся тем, что во внешней втулке со стороны подачи горючего параллельно оси смесительного элемента выполнены кольцевые пазы, разделенные перемычками, в которых перпендикулярно оси выполнены отверстия для подачи окислителя в кольцевой канал, выходящий в камеру сгорания, а во внешней втулке, обращенной к зоне горения, выполнена кольцевая полость горючего, при этом средняя и внутренняя втулки образуют второй дополнительный кольцевой канал подачи горючего в камеру, кроме того, внешняя и средняя втулки со стороны, противоположной зоне горения, установлены вплотную друг к другу.