СПОСОБ ПОДАЧИ ПУСКОВОГО ГОРЮЧЕГО В КАМЕРУ ЖИДКОСТНОГО РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2013 года по МПК F02K9/52 F02K9/95 

Изобретение относится к ракетному двигателестроению и может быть использовано при разработке форсуночных головок камер сгорания жидкостных ракетных двигателей (ЖРД), содержащих систему воспламенения при помощи пускового горючего.

Одной из основных проблем при создании ЖРД, работающих на несамовоспламеняющихся компонентах топлива, является обеспечение надежной работы системы воспламенения, в том числе обеспечение пожаровзрывобезопасности за счет принятия специальных мер по предотвращению контакта горючего с окислителем до его поступления в полость камеры сгорания.

Проблема заключается в том, что ЖРД является генератором широкого спектра вибрационных нагрузок, которые могут приводить к разрушению арматуры питания, в том числе трубопроводов подачи горючего к средствам воспламенения.

Известна камера с форсуночной головкой, в которой средства воспламенения выполнены из струйных форсунок, установленных за внутренним огневым днищем в силовом корпусе камеры (патент RU №2158841, МПК: F02K 9/52, заявка №99101161/06 от 21.01.99 г.).

При такой схеме обеспечивается отсутствие контакта элементов системы воспламенения с полостью окислителя камеры. Однако в такой конструкции есть существенный недостаток - в случае разрушения трубопровода, подводящего горючее к форсунке, высокотемпературный газ из камеры сгорания начнет поступать в образовавшуюся негерметичность с последующим разгаром и разрушением камеры.

Известен способ подачи пускового горючего в камеру сгорания ЖРД и форсуночная головка камеры сгорания ЖРД для реализации указанного способа, содержащая корпус и огневое днище с установленной в них форсункой пускового горючего, при этом торец форсунки пускового горючего утоплен в огневое днище, а в огневом днище вокруг форсунки пускового горючего выполнен канал переменного сечения с входной частью, сужающейся частью и минимальным проходным сечением, соединяющий полость горючего форсуночной головки с полостью камеры сгорания (патент RU №2429370, МПК: F02K 9/52, заявка №2010104718 от 10.02.2010 - прототип).

Указанная форсуночная головка в случае разрушения подводящего трубопровода горючего системы воспламенения работает следующим образом.

Горючее из полости пускового горючего форсуночной головки поступает как в канал форсунки горючего, так и в отверстие огневого днища, тем самым препятствуя попаданию высокотемпературных продуктов сгорания из огневой полости камеры сгорания в форсунку горючего и, соответственно, препятствуя лавинообразному разрушению форсуночной головки.

Основным недостатком данного способа является то, что струю пускового горючего подают внутрь камеры сгорания, окруженная струей основного несамовоспламеняющегося горючего, что приводит к ее перемешиванию и размытию струей основного горючего, и, в конечном итоге, снижению эффективности работы системы воспламенения, основанной на поджиге несамовоспламеняющихся компонентов топлива струей пускового горючего.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение надежности и эффективности работы системы воспламенения.

Решение указанной задачи достигается тем, что в предложенном способе подачи пускового горючего в камеру сгорания жидкостного ракетного двигателя, содержащую смесительную головку с корпусом, включающую блок подачи окислителя, блок подачи основного горючего, огневое днище, канал подачи пускового горючего с выходной частью в виде полой профилированной втулки, форсунки, установленные в указанных блоках смесительной головки по концентрическим окружностям и соединяющие полости блоков с полостью камеры сгорания, заключающемся в подаче пускового горючего в камеру двигателя при пуске через канал подачи пускового горючего, согласно изобретению, в выходной части канала подачи пускового горючего устанавливают с возможностью осевого перемещения дополнительную полую подпружиненную втулку, на входной части канала которой выполняют уплотнительную поверхность, при этом, при подаче пускового горючего указанную втулку перемещают при помощи пускового горючего по направлению к огневому днищу смесительной головки, до взаимодействия выходной частью упомянутой втулки с ответной профилированной поверхностью на внутренней поверхности огневого днища, а после запуска двигателя указанную втулку перемещают от огневого днища основным горючим до обеспечения взаимодействия уплотнительной поверхности входной части канала втулки с ответным уплотнительным элементом, перекрывая тем самым канал подачи пускового горючего, при этом упомянутый уплотнительный элемент располагают в канале пускового горючего.

Сущность предложенного изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показан осевой разрез форсуночной головки с системой воспламенения, на фиг.2 - выносной элемент А - осевой разрез форсунки пускового горючего, на фиг.3 - разрез Б-Б - поперечный разрез выходной части канала форсунки пускового горючего, на фиг.4 - разрез В-В - поперечный разрез входной части канала форсунки пускового горючего.

Предложенный способ может быть реализован при помощи смесительной головки камеры жидкостного ракетного двигателя, содержащей корпус 1, блок подачи окислителя 2, блок подачи горючего 3. Форсунки 4 установлены в указанных блоках 2 и 3 смесительной головки по концентрическим окружностям и соединяют полости блоков с полостью камеры сгорания. Канал 5 подачи пускового горючего выполнен в виде однокомпонентной форсунки с выходной частью в виде полой профилированной втулки 6. В выходной части втулки 6 канала 5 подачи пускового горючего коаксиально установлена с возможностью осевого перемещения дополнительная полая подпружиненная втулка 7. На входной части канала 8 втулки 7 выполнена уплотнительная поверхность 9. В одном положении втулка 7 взаимодействует выходной частью 10 с ответной профилированной поверхностью 11 на внутренней поверхности огневого днища 12. В другом положении втулка 7 взаимодействует уплотнительной поверхностью 9 с ответным уплотнительным элементом 13, расположенным в упомянутом канале пускового горючего на ребрах 14. В огневом днище 12 выполнен канал 15 подачи пускового горючего на режиме запуска, и основного горючего на основном режиме.

Предложенный способ может быть реализован при помощи предложенной смесительной головки камеры жидкостного ракетного двигателя следующим образом.

Основные компоненты топлива, из полости блока подачи окислителя 2 и полости блока подачи горючего 3, через форсунки 4 подают в камеру сгорания. В момент запуска, пусковое горючее подают в канал 5 и из него далее, к профилированной втулке 6. Во втулке 6, при помощи потока пускового горючего, воздействуют на торцевую поверхность полой подпружиненной втулки 7 и перемещают ее к огневому днищу, сжимая при этом пружину (не обозначена). Одновременно с этим поток пускового горючего подают в канал 8 дополнительной втулки 7. Втулка 7 перемещается к огневому днищу и садится выходной частью 10 на ответную профилированную поверхность 11 на внутренней поверхности огневого днища 12, образуя, таким образом, замкнутый канал пускового горючего, открывающийся через канал 15 непосредственно в камеру сгорания.

После запуска двигателя подачу пускового горючего через канал 5 прекращают. В этом случае, на дополнительную полую подпружиненную втулку 7 уже не действует поток пускового горючего, и упомянутая втулка 7, под действием пружины, начинает отходить от ответной профилированной поверхности 11 на внутренней поверхности огневого днища 12.

В образовавшуюся щель, между выходной частью 10 втулки 7 и ответной профилированной поверхностью 11 на внутренней поверхности огневого днища 12, начинает поступать основное горючее.

Часть основного горючего, через канал 15, который в этом случае выполняет роль однокомпонентной струйной форсунки горючего, поступает в камеру сгорания, а другая часть основного горючего перемещает втулку 7, по направлению от огневого днища, до тех пор, пока втулка 7 не начнет взаимодействовать уплотнительной поверхностью 9 с ответным уплотнительным элементом 13, расположенным в упомянутом канале пускового горючего на ребрах 14. Под действием основного горючего, втулку 7 устанавливают уплотнительной поверхностью 9 канала 8 на ответный уплотнительный элемент 13 и полностью перекрывают канал подачи пускового горючего. В этом случае, через канал 15, который в этом случае играет роль однокомпонентной струйной форсунки горючего, расход основного горючего подают в камеру сгорания и защищают, таким образом, огневое днище от прогара.

Использование предложенного технического решения позволит повысить надежность и эффективность работы системы воспламенения жидкостного ракетного двигателя.

Экспериментальные работы, проведенные авторами и заявителем с системой воспламенения, содержащей предложенные решения, показали ее высокую надежность, в том числе и при разрушении подводящего трубопровода горючего системы воспламенения.

Изобретение относится к ракетному двигателестроению и может быть использовано при разработке форсуночных головок камер сгорания жидкостных ракетных двигателей (ЖРД), содержащих систему воспламенения. Способ подачи пускового горючего в ЖРД заключается в подаче пускового горючего в камеру двигателя при пуске через канал подачи пускового горючего. В выходной части канала подачи пускового горючего устанавливают с возможностью осевого перемещения дополнительную полую подпружиненную втулку, в которой на входной части канала выполняют уплотнительную поверхность. При подаче пускового горючего втулку перемещают при помощи пускового горючего по направлению к огневому днищу смесительной головки до взаимодействия выходной частью втулки с ответной профилированной поверхностью на внутренней поверхности огневого днища. После запуска двигателя втулку перемещают от огневого днища горючим до взаимодействия уплотнительной поверхности входной части канала втулки с ответным уплотнительным элементом, перекрывая канал подачи пускового горючего. Уплотнительный элемент располагают в канале пускового горючего. Изобретение обеспечивает повышение надежности и эффективности системы воспламенения. 4 ил.

Способ подачи пускового горючего в камеру жидкостного ракетного двигателя, содержащую смесительную головку с корпусом, включающую блок подачи окислителя, блок подачи горючего, огневое днище, канал подачи пускового горючего с выходной частью в виде полой профилированной втулки, форсунки, установленные в указанных блоках смесительной головки по концентрическим окружностям и соединяющие полости блоков с полостью камеры сгорания, заключающийся в подаче пускового горючего в камеру двигателя при пуске через канал подачи пускового горючего, отличающийся тем, что в выходной части канала подачи пускового горючего устанавливают с возможностью осевого перемещения дополнительную полую подпружиненную втулку, на входной части канала которой выполняют уплотнительную поверхность, при этом при подаче пускового горючего указанную втулку перемещают при помощи пускового горючего по направлению к огневому днищу смесительной головки до взаимодействия выходной частью упомянутой втулки с ответной профилированной поверхностью на внутренней поверхности огневого днища, а после запуска двигателя указанную втулку перемещают от огневого днища основным горючим до обеспечения взаимодействия уплотнительной поверхности входной части канала втулки с ответным уплотнительным элементом, перекрывая тем самым канал подачи пускового горючего, при этом упомянутый уплотнительный элемент располагают в канале пускового горючего.