СМЕСИТЕЛЬНАЯ ГОЛОВКА КАМЕРЫ ЖИДКОСТНОГО РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2009 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.

При работе ЖРД, особенно на режиме запуска, могут возникать высокочастотные колебания (ВЧ), приводящие к разрушению камеры и всего двигателя в целом. Для борьбы с возникновением ВЧ используются различные методы, в частности установка на огневом днище перегородок, разделяющих огневое днище на несколько изолированных частей.

Известна смесительная головка камеры жидкостного ракетного двигателя, содержащая блок окислителя, блок горючего с огневым днищем, форсунки, установленные в блоках и соединяющие их полости с полостью камеры сгорания, антипульсационные перегородки, расположенные на огневом днище и разделяющие огневое днище на изолированные секторы (смесительная головка кислородно-водородного ЖРД SSME - Гахун Г.Г. и др. Конструкция и проектирование жидкостных ракетных двигателей. М., Машиностроение, 1989, с.112, рис.8.4 - прототип).

В указанной головке компоненты топлива подаются из блоков окислителя и горючего через форсунки в камеру сгорания, где происходит их распыл, смешение и сгорание. Для подавления высокочастотных колебаний, возникающих при работе двигателя, особенно на режиме запуска, огневое днище смесительной головки разделено охлаждаемыми антипульсационными перегородками на изолированные секторы. Антипульсационные перегородки образованы специальными удлиненными форсунками, выходная часть которых выступает над поверхностью огневого днища. Для охлаждения выступающей части каждой форсунки в нее подается горючее, которое проходит через каналы охлаждения, охлаждает выступающую часть, а затем сбрасывается в камеру сгорания и сгорает при нерасчетном соотношении компонентов топлива, что приводит к снижению экономичности рабочего процесса.

Кроме этого, в смесительных головках с плоскими днищами, по мере прохождения компонентов топлива от периферии к центру, наблюдается уменьшение расхода, вызванное путевыми потерями и снижением скорости, что приводит к возникновению неравномерности при распределении компонента по форсункам, и, соответственно, снижению экономичности рабочего процесса.

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

Указанная задача достигается тем, что, в предложенной смесительной головке камеры жидкостного ракетного двигателя, содержащей блок окислителя, блок горючего с огневым днищем, форсунки, установленные в блоках и соединяющие их полости с полостью камеры сгорания, антипульсационные перегородки, расположенные на огневом днище и разделяющие огневое днище на изолированные секторы, согласно изобретению внутри антипульсационных перегородок выполнены каналы охлаждения, соединенные с полостью блока горючего, причем подвод горючего в полость каналов охлаждения из полости блока горючего осуществляется через периферийные части перегородок, а отвод из каналов в полость блока горючего - через центральные части.

В ряде случаев, для упрощения конструкции, антипульсационные перегородки могут быть выполнены в виде скрепленных между собой трубок прямоугольного сечения, полости которых соединены между собой.

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 справа, на фиг.3 - разрез Б-Б - входная периферийная часть антипульсационных перегородок, на фиг.4 - разрез В-В - выходная часть антипульсационных перегородок.

Основными элементами предложенной смесительной головки являются:

1 - блок окислителя;

2 - блок горючего;

3 - огневое днище;

4 - форсунки;

5 - антипульсационные перегородки;

6 - каналы охлаждения;

7 - периферийные части перегородок;

8 - центральные части перегородок.

Смесительная головка камеры жидкостного ракетного двигателя содержит блок окислителя 1 и блок горючего 2 с огневым днищем 3. В блоках 1 и 2 установлены форсунки 4, соединяющие их полости с полостью камеры сгорания. На огневом днище 3 установлены антипульсационные перегородки 5, разделяющие огневое днище на изолированные секторы. Внутри антипульсационных перегородок 5 выполнены каналы охлаждения 6, соединенные с полостью блока горючего, причем подвод горючего в полость каналов охлаждения 6 осуществляется через периферийные части перегородок 7, а отвод - через центральные части 8.

Предложенная смесительная головка работает следующим образом.

Компоненты топлива подаются из блоков окислителя 1 и горючего 2, через форсунки 4 в камеру сгорания, где происходит их распыл, смешение и сгорание. Для подавления высокочастотных колебаний, возникающих при работе двигателя, особенно на режиме запуска, огневое днище 3 смесительной головки разделено охлаждаемыми антипульсационными перегородками на изолированные секторы, чтобы в случае возникновения колебаний в одном секторе они не переходили в другой.

По мере прохождения горючего по полости блока горючего 2 из коллектора по межфорсуночной полости смесительной головки к ее центру, происходит падение его давления, за счет того, что часть напора расходуется на преодоление гидравлического сопротивления межфорсуночной полости, играющей в данном случае роль спрямляющей решетки. Таким образом, давление горючего в полости блока ближе к центру головки будет меньше, чем на периферии.

Часть горючего поступает в периферийные части 7 антипульсационных перегородок 5, подается в их каналы охлаждения 6, и далее поступает через центральные части 8 внутрь полости блока горючего 2 смесительной головки. За счет того, что гидравлическое сопротивление тракта антипульсационных перегородок значительно меньше, чем перепад давления на головке, горючее будет поступать в полость смесительной головки из выходных частей 8 с давлением, примерно равным входному давлению. Это позволит в определенной степени выровнять распределение давления по полю смесительной головки и повысить равномерность распределения компонента по форсункам.

Использование предложенного технического решения позволит создать смесительную головку, позволяющую исключить возможность возникновения высокочастотных колебаний без значительного снижения экономичности рабочего процесса.

Изобретение относится к жидкостным ракетным двигателям. Смесительная головка камеры жидкостного ракетного двигателя содержит блок окислителя, блок горючего с огневым днищем, форсунки, установленные в блоках и соединяющие их полости с полостью камеры сгорания, антипульсационные перегородки, расположенные на огневом днище и разделяющие огневое днище на изолированные секторы, при этом внутри антипульсационных перегородок выполнены каналы охлаждения, соединенные с полостью блока горючего, причем подвод горючего в полость каналов охлаждения осуществляется через периферийные части перегородок, а отвод - через центральные части. Антипульсационные перегородки выполнены в виде скрепленных между собой трубок прямоугольного сечения, полости которых соединены между собой. Изобретение обеспечивает исключение возникновения высокочастотных колебаний и уменьшение расхода компонентов топлива, вызванные путевыми потерями и снижением скорости. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Смесительная головка камеры жидкостного ракетного двигателя, содержащая блок окислителя, блок горючего с огневым днищем, форсунки, установленные в блоках, и соединяющие их полости с полостью камеры сгорания, антипульсационные перегородки, расположенные на огневом днище и разделяющие огневое днище на изолированные секторы, отличающаяся тем, что внутри антипульсационных перегородок выполнены каналы охлаждения, соединенные с полостью блока горючего, причем подвод горючего в полость каналов охлаждения осуществляется через периферийные части перегородок, а отвод через центральные части.2. Смесительная головка камеры жидкостного ракетного двигателя по п.1, отличающаяся тем, что антипульсационные перегородки выполнены в виде скрепленных между собой трубок прямоугольного сечения, полости которых соединены между собой.