СОПЛО КАМЕРЫ ЖИДКОСТНОГО РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2015 года по МПК F02K9/97 

Техническое решение относится к ракетным двигательным установкам, для работы которых используется горючее и окислитель, и может быть использовано при создании сопл жидкостных ракетных двигателей (ЖРД).

Известно сопло камеры сгорания ЖРД (см. Добровольский М.В. Жидкостные ракетные двигатели. - М.: Машиностроение, 1968, стр. 167-168, 171-172, рис. 4.3.3), содержащее рубашку с коллектором, оболочку с основными ребрами, выполненными в ней и проходящими от ее начала до радиальной канавки, предназначенной для выхода инструмента, расположенной между торцами ребер и конической отбортовкой, выполненной в оболочке и соединенной с рубашкой, дополнительные ребра, имеющие меньшую длину, чем основные, и равномерно расположенные между ними.

В данном сопле соединение оболочки с рубашкой происходит при помощи пайки по основным и дополнительным ребрам. Основным недостатком данного сопла является пониженный запас прочности в зоне радиальной канавки, обусловленный отсутствием ребер и связи через ребра между оболочкой и рубашкой в зоне радиальной канавки.

Известно крупногабаритное сопло камеры ЖРД (см. патент РФ №2095609), имеющее наружную и внутреннюю оболочки, образующие тракт охлаждения, сообщающийся с коллектором подвода охладителя и коллектором отвода части, размещенных на наружной оболочке и снабженных по одному патрубку подвода и отвода охладителя.

Наличие в известном сопле коллекторов с одним патрубком приводит к неравномерному окружному распределению расхода охладителя по каналам тракта охлаждения, что приводит к образованию локальных зон перегрева и увеличенных тепловых потоков, что снижает надежность работы сопла.

Задачей заявляемого технического решения является повышение надежности работы сопла за счет равномерности распределения расхода охладителя по каналам тракта охлаждения, а также и уменьшение габаритов и веса коллекторов подвода и отвода охладителя.

Выполнение задачи достигается тем, что в сопле камеры жидкостного реактивного двигателя, содержащем наружную и внутреннюю оболочки, образующие тракт охлаждения, сообщенный через подколлекторное кольцо с коллектором подвода охладителя, размещенным на наружной оболочке, коллектор включает два диаметрально расположенных патрубка и, как минимум, одну поперечную перегородку, установленную на равном угловом удалении от осей патрубков.

Эта перегородка перекрывает в % 80-90 площади поперечного сечения коллектора с образованием зазора между перегородкой и подколлекторным кольцом.

Кроме того, сопло камеры жидкостного реактивного двигателя снабжено коллектором отвода охладителя с тремя равнорасположенными по окружности патрубками отвода охладителя.

На Фиг. 1 схематично представлен общий вид сопла ЖРД.

На Фиг. 2 представлен вид А на сопло.

На Фиг. 3 показано сечение Б-Б на Фиг. 2.

На Фиг. 4 показано сечение В-В на Фиг. 2.

Сопло камеры ЖРД включает оживальные наружную оболочку 1 и оребренную или гофрированную внутреннюю оболочку 2, образующие тракт охлаждения 3. Наружная оболочка 1 выполнена с коллектором подвода охладитель 4 и с коллектором отвода охладителя 5, которые соединены с помощью отверстий 6 и 7 в подколлекторных кольцах 8 и 9 с полостью тракта охлаждения 3. Коллектор 4 содержит два диаметрально расположенных патрубка 10, а коллектор 5 - три патрубка 11. В полости коллектора 4 на равном угловом удалении от осей 12 патрубков установлена поперечная перегородка 13. Перегородка перекрывает на 80-90% площадь поперечного сечения коллектора 4 с образованием зазора 14 между перегородкой 13 и подколлекторным кольцом 8.

В процессе работы охладитель подается через патрубки в полость коллектора 4. Часть его по тракту охлаждения уходит в сторону критического сечения камеры (условно не показано), а другая часть - в сторону коллектора 5 на патрубки 11.

Наличие перегородки 13 в полости коллектора 4 ограничивает беспорядочное вихревое течение охладителя в окружном направлении с потерей полного давления и обеспечивает равномерность раздачи охладителя по каналам тракта охлаждения. В частности, на крупногабаритных камерах возможно получение надежности путем снижения неравномерности температур охладителя в каналах охлаждения порядка 80-100 C° и снижения потерь полного давления в коллекторе на 40-50%. Наличие зазора между перегородкой и подколлекторным кольцом гарантирует отсутствие возможных скоплений загрязнений и выравнивание давлений охладителя в полостях коллектора.

Установка на коллекторе 5 трех патрубков 11 обеспечивает более равномерные расходы охладителя по каналам охлаждения и уменьшение поперечного сечения коллектора.

Возможное выполнение коллектора 4 с двумя противоположно расположенными перегородками 13 позволяет получить дополнительный положительный эффект по выравниванию и стабилизации температурных полей поверхности сопла, что обеспечивает надежность в работе сопла, увеличивает ресурс работы ЖРД.

Техническое решение относится к ракетным двигательным установкам, для работы которых используется горючее и окислитель, и может быть использовано при создании сопл жидкостных ракетных двигателей (ЖРД). Сопло камеры жидкостного реактивного двигателя содержит наружную и внутреннюю оболочки, образующие тракт охлаждения, сообщенный через подколлекторное кольцо с коллектором подвода охладителя, размещенным на наружной оболочке, коллектор включает два диаметрально расположенных патрубка и, как минимум, одну поперечную перегородку, установленную на равном угловом удалении от осей патрубков. Эта перегородка перекрывает в % 80-90 площади поперечного сечения коллектора с образованием зазора между перегородкой и подколлекторным кольцом. Кроме того, сопло камеры жидкостного реактивного двигателя снабжено коллектором отвода охладителя с тремя равнорасположенными по окружности патрубками отвода охладителя. Изобретение обеспечивает повышение надежности работы сопла за счет равномерности распределения расхода охладителя по каналам тракта охлаждения, а также и уменьшение габаритов и веса коллекторов подвода и отвода охладителя. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Сопло камеры жидкостного реактивного двигателя, содержащее наружную и внутреннюю оболочки, образующие тракт охлаждения, сообщенный через подколлекторное кольцо с коллектором подвода охладителя, размещенным на наружной оболочке, отличающееся тем, что коллектор включает два диаметрально расположенных патрубка и, как минимум, одну поперечную перегородку, установленную на равном угловом удалении от осей патрубков.

2. Сопло камеры жидкостного реактивного двигателя по п. 1, отличающееся тем, что перегородка перекрывает в % 80-90 площади поперечного сечения коллектора с образованием зазора между перегородкой и подколлекторным кольцом.

3. Сопло камеры жидкостного реактивного двигателя по п. 1 или 2, отличающееся тем, что оно снабжено коллектором отвода охладителя с тремя равнорасположенными по окружности патрубками отвода охладителя.