СМЕСИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ ДЛЯ ФОРСУНОЧНОЙ ГОЛОВКИ КАМЕРЫ ЖРД Российский патент 2012 года по МПК F02K9/52 

Описание патента на изобретение RU2449157C1

Изобретение относится к области жидкостных ракетных двигателей (ЖРД), применяемых в ракетной технике, и 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.

Известен смесительный элемент для форсуночной головки камеры ЖРД, состоящий 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, кроме того, внешняя и средняя втулки со стороны, противоположной зоне горения, установлены вплотную друг к другу (Патент РФ №2265748, МПК: F02K 9/52 - прототип).

Указанный смесительный элемент для форсуночной головки камеры ЖРД работает следующим образом.

Окислитель по штуцеру подается в коллектор головки, образованный корпусом и дефлектором. Из коллектора окислитель по пазам, охлаждая огневое днище, поступает в питающую полость, образованную корпусом, дефлектором и внешней втулкой смесительного элемента. Из питающей полости окислитель по отверстиям, просверленным в перемычках втулки, поступает в кольцевую полость форсунки, образованную втулками. Из кольцевого канала, образованного втулками, окислитель поступает в камеру.

Горючее в равных массовых расходах по кольцевым каналам, образованным втулками, внешнему и внутреннему кольцевому каналу, подается с высокой скоростью в камеру. Хорошее качество начального смесеобразования достигается за счет интенсивного разрушения низкоскоростной струи окислителя высокоскоростной струей горючего.

Основными недостатками указанной форсунки является наличие внутренней полости, по которой подается струя горючего. При такой подаче часть горючего высокоскоростной струи не успевает прореагировать с низкоскоростной струей окислителя, что приводит к ухудшению условий смесеобразования и, соответственно, потерям удельного импульса тяги.

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

Решение указанной задачи достигается тем, что в предложенном смесительном элементе для форсуночной головки камеры ЖРД, состоящем из нескольких коаксиально установленных втулок, образующих кольцевые полости для подачи горючего и окислителя, согласно изобретению кольцевые полости подачи компонентов со стороны полости камеры сгорания закрыты проставками, в которых выполнены отверстия для подачи компонентов топлива в зону горения, а со стороны, противоположной зоне горения, указанные полости закрыты профилированным днищем, внутренняя поверхность которого выполнена ступенчатой, при этом в днище выполнены радиальные и осевые каналы, соединяющие полости подачи компонентов топлива с соответствующими кольцевыми полостями.

Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 изображен предложенный смесительный элемент в составе смесительной головки ЖРД, на фиг.2 - выносной элемент в увеличенном масштабе.

Смесительный элемент для форсуночной головки камеры ЖРД состоит из нескольких коаксиально установленных втулок 1-11. Втулки образуют кольцевые полости 12 и 13 горючего и окислителя соответственно. Кольцевые полости 12 и 13 подачи компонентов со стороны полости камеры сгорания закрыты проставками 14-24, в которых выполнены отверстия 25 и 26 для подачи компонентов топлива в зону горения. Со стороны, противоположной зоне горения, кольцевые полости 12 и 13 полости закрыты профилированным днищем 26, внутренняя поверхность 27 которого выполнена ступенчатой. В днище выполнены радиальные 28 и осевые каналы 29, 30. При помощи радиальных каналов 28 и осевых 29 кольцевые полости горючего 12 соединяются с полостью блока подачи горючего 31. При помощи осевых каналов 30 кольцевые полости окислителя 13 соединяются с полостью блока окислителя 32.

Предложенный смесительный элемент работает следующим образом.

Из полости блока подачи горючего 31 при помощи радиальных каналов 28 и осевых 29 горючее поступает в кольцевые полости горючего 12 и через отверстия 25 в камеру сгорания.

Из полости блока окислителя 32 при помощи осевых каналов 30 окислитель поступает в кольцевые полости окислителя 13 и далее через отверстия 26 в камеру сгорания.

В камере сгорания компоненты перемешиваются между собой, воспламеняются и сгорают, образуя при этом продукты сгорания, обладающие значительной кинетической энергией. Подача компонентов из мелких отверстий 25 и 26, расположенных в виде концентрических поясов, дает возможность реализовать смесеобразование компонентов топлива при щелевой подаче, когда один предельно тонкий кольцевой цилиндрический слой компонента топлива взаимодействует с другим предельно тонким кольцевым цилиндрическим слоем компонента топлива. Такая подача в конечном итоге позволит уменьшить потери, связанные с несовершенством системы смесеобразования, и за счет этого повысить удельный импульс тяги ЖРД.

Использование предложенного технического решения позволит обеспечить максимально возможную полноту сгорания различных видов топлив при меньшем количестве смесительных элементов на форсуночной головке.

Похожие патенты RU2449157C1

название год авторы номер документа
СМЕСИТЕЛЬНАЯ ГОЛОВКА КАМЕРЫ ЖРД 2011
  • Черниченко Владимир Викторович
  • Шепеленко Виталий Борисович
  • Лукин Юрий Петрович
RU2445493C1
ЖИДКОСТНЫЙ РАКЕТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ 2011
  • Черниченко Владимир Викторович
  • Шепеленко Виталий Борисович
  • Лукин Юрий Петрович
RU2445496C1
КАМЕРА ЖИДКОСТНОГО РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ 2011
  • Черниченко Владимир Викторович
  • Шепеленко Виталий Борисович
  • Лукин Юрий Петрович
RU2449158C1
КАМЕРА ЖИДКОСТНОГО РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ 2011
  • Черниченко Владимир Викторович
  • Шепеленко Виталий Борисович
  • Лукин Юрий Петрович
RU2451203C1
СМЕСИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ ДЛЯ ФОРСУНОЧНОЙ ГОЛОВКИ КАМЕРЫ ЖРД 2011
  • Черниченко Владимир Викторович
  • Шепеленко Виталий Борисович
  • Лукин Юрий Петрович
RU2447312C1
ЖИДКОСТНЫЙ РАКЕТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ 2011
  • Черниченко Владимир Викторович
  • Шепеленко Виталий Борисович
  • Лукин Юрий Петрович
RU2450155C1
СМЕСИТЕЛЬНАЯ ГОЛОВКА КАМЕРЫ ЖРД 2011
  • Черниченко Владимир Викторович
  • Шепеленко Виталий Борисович
  • Лукин Юрий Петрович
RU2445499C1
ЖИДКОСТНЫЙ РАКЕТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ 2011
  • Черниченко Владимир Викторович
  • Шепеленко Виталий Борисович
  • Лукин Юрий Петрович
RU2445501C1
СМЕСИТЕЛЬНАЯ ГОЛОВКА КАМЕРЫ ЖРД 2011
  • Солженикин Павел Анатольевич
  • Стогней Владимир Григорьевич
  • Черниченко Владимир Викторович
  • Лукин Юрий Петрович
RU2522119C2
ЖИДКОСТНЫЙ РАКЕТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ 2011
  • Черниченко Владимир Викторович
  • Шепеленко Виталий Борисович
  • Лукин Юрий Петрович
RU2450154C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 449 157 C1

Реферат патента 2012 года СМЕСИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ ДЛЯ ФОРСУНОЧНОЙ ГОЛОВКИ КАМЕРЫ ЖРД

Изобретение относится к области жидкостных ракетных двигателей (ЖРД), применяемых в ракетной технике, и также может быть использовано в агрегатах промышленной энергетики. Смесительный элемент для форсуночной головки камеры ЖРД состоит из нескольких коаксиально установленных втулок, образующих кольцевые полости для подачи горючего и окислителя. Кольцевые полости подачи компонентов со стороны полости камеры сгорания закрыты проставками, в которых выполнены отверстия для подачи компонентов топлива в зону горения. Со стороны, противоположной зоне горения, указанные полости закрыты профилированным днищем, внутренняя поверхность которого выполнена ступенчатой. В днище выполнены радиальные и осевые каналы, соединяющие полости подачи компонентов топлива с соответствующими кольцевыми полостями. Изобретение обеспечивает максимально возможную полноту сгорания различных видов топлив при меньшем количестве смесительных элементов на форсуночной головке. 2 ил.

Формула изобретения RU 2 449 157 C1

Смесительный элемент для форсуночной головки камеры ЖРД, состоящий из нескольких коаксиально установленных втулок, образующих кольцевые полости для подачи горючего и окислителя, отличающийся тем, что кольцевые полости подачи компонентов со стороны полости камеры сгорания закрыты проставками, в которых выполнены отверстия для подачи компонентов топлива в зону горения, а со стороны, противоположной зоне горения, указанные полости закрыты профилированным днищем, внутренняя поверхность которого выполнена ступенчатой, при этом в днище выполнены радиальные и осевые каналы, соединяющие полости подачи компонентов топлива с соответствующими кольцевыми полостями.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2012 года RU2449157C1

СМЕСИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ ДЛЯ ФОРСУНОЧНОЙ ГОЛОВКИ КАМЕРЫ ЖРД 2004
  • Янчилин Л.А.
  • Калмыков Г.П.
  • Киреев Н.Я.
RU2265748C1
СМЕСИТЕЛЬНАЯ ГОЛОВКА КАМЕРЫ ЖИДКОСТНОГО РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ 2006
  • Лукин Юрий Петрович
  • Стогней Владимир Григорьевич
  • Черниченко Владимир Викторович
  • Коробченко Вячеслав Андреевич
RU2324836C1
US 6050085 A1, 18.04.2000
US 4707982 A, 24.11.1987
СПОСОБ ПРИТУПЛЕНИЯ ОСТРЫХ КРОМОК СТЕКЛОИЗДЕЛИЙ 2013
  • Чадин Валентин Сергеевич
  • Алиев Тимур Алекперович
RU2543222C1
DE 4438495 A1, 04.05.1995.

RU 2 449 157 C1

Авторы

Черниченко Владимир Викторович

Шепеленко Виталий Борисович

Лукин Юрий Петрович

Даты

2012-04-27Публикация

2011-03-24Подача