СМЕСИТЕЛЬНАЯ ГОЛОВКА КАМЕРЫ ЖИДКОСТНОГО РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2008 года по МПК F02K9/52 

Изобретение относится к энергетическим установкам летательных аппаратов, а именно - к смесительным головкам камер жидкостных ракетных двигателей.

Наиболее эффективно настоящее изобретение может быть использовано при создании смесительных головок жидкостных ракетных двигателей, работающих по генераторной схеме на компонентах кислород-керосин.

Одним из основных направлений в развитии камер сгорания ЖРД является непрерывный рост тяги, экономичности и улучшение весовых характеристик, а также снижение стоимости изготовления камеры и ее составных частей. При этом происходит рост относительной расходонапряженности с одновременным повышением давления в камере сгорания, особенно в связи с созданием камер сгорания, работающих по схеме с дожиганием генераторного газа.

Дальнейшее повышение расходонапряженности с применением существующих конструкций головок камер сгорания с последовательным расположением полостей компонентов затруднительно вследствие увеличения скоростей газа в зоне смешения компонентов, так как это ослабляет процесс внедрения жидкости в газ и снижает экономичность камеры сгорания.

Известна смесительная головка камеры сгорания ЖРД, содержащая форсунки для подачи одного компонента, щелевые каналы для подачи другого компонента, выполненные в виде шестигранных щелей одинаковой толщины вокруг профилированных выходных частей форсунок (патент Франции №2543222, F02К - прототип).

В известной смесительной головке форсунки окислителя консольно установлены в силовом днище. Окислитель подается в форсунки из общего питающего канала, выполненного в виде шарового сегмента, в плоской части которого установлены форсунки. Горючее поступает через кольцевую щель, образованную днищем и стенкой камеры сгорания, перераспределяется по зазору между форсунками и поступает в камеру сгорания, где перемешивается с окислителем.

Основными недостатками смесительной головки являются значительное гидравлическое сопротивление по линии горючего и повышенная скорость горючего, вызванные загроможденностью тракта горючего силовым днищем и необходимостью подачи всего расхода горючего через достаточно узкую кольцевую щель, значительная неравномерность распределения горючего по шестигранным щелям, связанная с тем, что на периферийных участках обеспечивается больший расход горючего, чем в центральной части.

Задачей предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков и создание смесительной головки камеры ЖРД с улучшенными характеристиками.

Решение указанной задачи достигается тем, что в предложенной смесительной головке камеры жидкостного ракетного двигателя, содержащей корпус с коллектором, пояса подачи жидкого компонента, соединенные с коллектором при помощи каналов, расположенные коаксиально и образующие кольцевые щели для подачи газообразного компонента, согласно изобретению пояса подачи жидкого компонента выполнены в виде полой спирали Архимеда с профилированным поперечным сечением и с отверстиями в его выходной части для подачи компонента в полость камеры сгорания, а кольцевые щели для подачи газообразного компонента образованы витками спирали.

Сопоставительный анализ заявляемого изобретения с прототипом и другими известными решениями в данной области техники показал, что изложенная совокупность признаков неизвестна из существующего уровня техники, на основании чего можно сделать вывод о соответствии технического решения критерию изобретения «новизна».

При анализе других известных технических решений в данной области техники признаки, отличающие заявленное изобретение от прототипа, не были выявлены, а изложенная совокупность признаков не следует явным образом для специалиста из существующего уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию «изобретательский уровень»

Соответствие предлагаемого технического решения критерию «промышленная применимость» следует из приведенного ниже примера конкретного выполнения смесительной головки камеры ЖРД.

Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показан продольный разрез предложенной смесительной головки, на фиг.2 - вид смесительной головки со стороны камеры, на фиг.3 - поперечное сечение пояса подачи.

Основными элементами предложенной смесительной головки являются:

1 - корпус;

2 - коллектор;

3 - газовод;

4 - пояс;

5 - профилированное поперечное сечение;

6 - канал;

7 - отверстия.

8 - кольцевая щель.

Смесительная головка содержит корпус 1 с коллектором 2 подачи жидкого компонента и газоводом 3. Пояса 4 подачи жидкого компонента выполнены в виде витков полой спирали Архимеда с профилированным поперечным сечением 5 и соединены с полостью коллектора 2 при помощи канала 6. В выходной части профилированного сечения 5 выполнены отверстия 7 для подачи жидкого компонента в полость камеры сгорания. Кольцевые щели 8 для подачи газообразного компонента образованы витками 4 спирали Архимеда.

Предложенная смесительная головка работает следующим образом.

Жидкий компонент из полости коллектора 2, расположенном на корпусе 1, через канал 6 поступает в полость спирали Архимеда и далее в кольцевые пояса 4, образованные ее витками, из кольцевых поясов 4, через отверстия 7, в полость камеры сгорания.

Газообразный компонент из полости газовода 3, через кольцевые щели 8, образованные витками 4 спирали Архимеда, поступает в камеру сгорания, где перемешивается с жидким компонентом, поступившим из отверстий 7.

Необходимо отметить, что генераторный газ подается через осевые кольцевые щели 8, образованные концентрично расположенными поясами 4, что обеспечивает подогрев жидкого компонента в поясах и улучшает тем самым процесс смесеобразования.

Пониженные скорости газа и возможность повышения скорости истечения жидкости с малыми потерями позволяет значительно повысить степень внедрения жидкости в газ и тем самым улучшить смесеобразование.

Использование предложенного технического решения позволит создать смесительную головку достаточно простой конструкции, обеспечивающую при этом повышенную полноту смесеобразования при пониженной скорости генераторного газа.

Изобретение относится к энергетическим установкам летательных аппаратов, а именно - к смесительным головкам камер жидкостных ракетных двигателей. Смесительная головка камеры жидкостного ракетного двигателя содержит корпус с коллектором, полость которого соединена с поясами подачи жидкого компонента, выполненными в виде полой спирали Архимеда с профилированным поперечным сечением и с отверстиями в его выходной части для подачи жидкого компонента в полость камеры сгорания, а кольцевые щели для подачи газообразного компонента образованы витками спирали. Изобретение обеспечивает уменьшение гидравлического сопротивления и повышение скорости горючего, а также равномерность его распределения. 3 ил.

Смесительная головка камеры жидкостного ракетного двигателя, содержащая корпус с коллектором, пояса подачи жидкого компонента, соединенные с коллектором при помощи каналов, расположенные коаксиально и образующие кольцевые щели для подачи газообразного компонента, отличающаяся тем, что пояса подачи жидкого компонента выполнены в виде полой спирали Архимеда с профилированным поперечным сечением и с отверстиями в его выходной части для подачи жидкого компонента в полость камеры сгорания, а кольцевые щели для подачи газообразного компонента образованы витками спирали.