СМЕСИТЕЛЬНАЯ ГОЛОВКА КАМЕРЫ ЖРД Российский патент 2014 года по МПК F02K9/52 

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, внешний 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 предложенной смесительной головке камеры ЖРД, содержащей корпус, блок подачи окислителя, блок подачи горючего, форсунки, установленные в смесительной головке по концентрическим окружностям, и состоящие из нескольких коаксиально установленных втулок, образующих кольцевые полости для подачи газообразного горючего и жидкого окислителя, согласно изобретению, на каждой внутренней втулке выполнен кольцевой выступ, в котором выполнены перпендикулярные оси форсунки пазы для подачи горючего внутрь кольцевой полости горючего и параллельные пазы для подачи окислителя в кольцевую полость окислителя, кольцевые полости подачи компонентов со стороны полости камеры сгорания закрыты проставками, в которых выполнены отверстия для подачи компонентов, при этом все втулки, со стороны, противоположной зоне горения, установлены вплотную друг к другу.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежом, где на фиг.1 изображена смесительная головка.

Смесительная головка камеры ЖРД содержит корпус 1, состоящий из блока подачи окислителя 2 и блока подачи горючего 3. Форсунки состоят из коаксиально установленных внутренних 4 и наружных 5 втулок. На каждой внутренней втулке 4 выполнен кольцевой выступ 6, в котором выполнены перпендикулярные оси форсунки пазы 7 для подачи горючего внутрь кольцевой полости горючего 8 и параллельные пазы 9 для подачи окислителя в кольцевую полость окислителя 10. Кольцевые полости подачи компонентов со стороны полости камеры сгорания закрыты проставками, в которых выполнены отверстия 11 и 12 для подачи компонентов топлива - окислителя и горючего соответственно. Все втулки, со стороны, противоположной зоне горения, установлены вплотную друг к другу.

Предложенное устройство работает следующим образом.

Горючее из блока подачи горючего 3 по пазам 7 подается в кольцевую полость горючего 8. Из полости горючего 8 по отверстиям 12 горючее поступает в камеру сгорания для дальнейшего использования.

Окислитель из блока подачи окислителя 2 по параллельным пазам 9 подается в кольцевую полость окислителя 10. Из полости окислителя 10 по отверстиям 11 окислитель поступает в камеру сгорания, где перемешивается с горючим, поступившим из отверстий 12, воспламеняется и сгорает, образуя при этом продукты сгорания, обладающие значительной кинетической энергией. Подача компонентов из мелких отверстий 10 и 11, расположенных в виде концентрических поясов, дает возможность реализовать смесеобразование компонентов топлива при щелевой подаче, когда один слой компонента топлива взаимодействует с другим 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.

Изобретение относится к области жидкостных ракетных двигателей (ЖРД), применяемых в ракетной технике, и также может быть использовано в агрегатах промышленной энергетики. Смесительная головка камеры ЖРД содержит корпус, блок подачи окислителя, блок подачи горючего, форсунки, установленные в смесительной головке по концентрическим окружностям и состоящие из нескольких коаксиально установленных втулок, образующих кольцевые полости для подачи газообразного горючего и жидкого окислителя. На каждой внутренней втулке выполнен кольцевой выступ, в котором выполнены перпендикулярные оси форсунки пазы для подачи горючего внутрь кольцевой полости горючего и параллельные пазы для подачи окислителя в кольцевую полость окислителя. Кольцевые полости подачи компонентов топлива со стороны полости камеры сгорания закрыты проставками, в которых выполнены отверстия для подачи компонентов, при этом все втулки, со стороны, противоположной зоне горения, установлены вплотную друг к другу. Изобретение обеспечивает повышение полноты сгорания различных видов топлив при меньшем количестве смесительных элементов на форсуночной головке. 1 ил.

Смесительная головка камеры ЖРД, содержащая корпус, блок подачи окислителя, блок подачи горючего, форсунки, установленные в смесительной головке по концентрическим окружностям и состоящие из нескольких коаксиально установленных втулок, образующих кольцевые полости для подачи газообразного горючего и жидкого окислителя, отличающаяся тем, что на каждой внутренней втулке выполнен кольцевой выступ, в котором выполнены перпендикулярные оси форсунки пазы для подачи горючего внутрь кольцевой полости горючего и параллельные пазы для подачи окислителя в кольцевую полость окислителя, причем кольцевые полости подачи компонентов со стороны полости камеры сгорания закрыты проставками, в которых выполнены отверстия для подачи компонентов топлива, при этом все втулки, со стороны, противоположной зоне горения, установлены вплотную друг к другу.