СПОСОБ ВОСПЛАМЕНЕНИЯ КОМПОНЕНТОВ ТОПЛИВА В ЖИДКОСТНОМ РАКЕТНОМ ДВИГАТЕЛЕ Российский патент 2019 года по МПК F02K9/95 

Изобретение относится к области энергетических установок, а именно - к жидкостным ракетным двигателям (ЖРД) и может быть использовано при разработке и создании ЖРД на несамовоспламеняющихся компонентах топлива, имеющих повышенные требования к энергомассовым характеристикам и надежности запуска, особенно для ЖРД с многократным включением в полете.

Одной из основных проблем при создании ЖРД, работающих на несамовоспламеняющихся компонентах топлива, является обеспечение надежной работы системы воспламенения с одновременным обеспечением ее минимальной массы, а также минимальной стоимости отработки и изготовления.

Известен способ воспламенения компонентов топлива, при котором для их воспламенения используется энергия лазерного излучения.

Применение лазерного воспламенения компонентов топлива для запуска ракетных двигателей, работающих на несамовоспламеняющихся компонентах топлива, имеет ряд преимуществ перед традиционными способами. Среди них в первую очередь можно отметить безопасность при использовании, а также простоту конструкции и, соответственно, более высокую надежность за счет упрощения пневмо-гидравлической схемы двигателя.

Известен способ лазерного воспламенения компонентов топлива в жидкостном ракетном двигателе и устройство лазерного воспламенения для реализации этого способа (патент РФ №2580232, МПК F02P 23/04, опубл. 10.04.2016 г.). Способ воспламенения компонентов топлива в жидкостном ракетном двигателе, основанный на нагреве, газификации и воспламенении горючей смеси, путем подачи энергетического импульса от лазерного источника, заключающийся в том, что фокусирование лазерного луча осуществляют одной или несколькими линзами таким образом, что оптический пробой осуществляют в заполненной смесью компонентов топлива полости, по крайней мере, одной форсунки многофорсуночной смесительной головки, с воспламенением смеси компонентов топлива в полости этой форсунки, и последующим воспламенением всего расхода топлива, выходящего из смесительной головки, продуктами сгорания из этой форсунки. При этом фокусирующее устройство, располагают в полости смесительной головки, заполняемой при работе оптически прозрачным компонентом топлива, а в зоне пробоя обеспечивают оптимальный для осуществления воспламенения состав смеси как по расходу, так и по соотношению компонентов топлива, за счет расходных и геометрических характеристик форсунок.

Основными недостатком указанного способа является то, что один из компонентов топлива, подаваемых в смесительную головку, должен быть оптически прозрачным, что не всегда возможно, особенно для газогенераторов жидкостных ракетных двигателей.

Задачей изобретения является устранение указанного выше недостатка и создание ЖРД, в котором воспламенение компонентов топлива лазерной системой зажигания будет обеспечиваться, в том числе и тогда, когда оба компонента являются оптически непрозрачными.

Поставленная задача достигается тем, что в предложенном способе воспламенения компонентов топлива в жидкостном ракетном двигателе, основанном на нагреве, газификации и воспламенении горючей смеси, путем подачи энергетического импульса от лазерного источника, с фокусированием лазерного луча одной или несколькими линзами таким образом, что оптический пробой осуществляют в заполненной смесью одного из компонентов топлива и оптически прозрачного газа полости, по крайней мере, одной форсунки многофорсуночной смесительной головки, с воспламенением смеси компонентов топлива в полости этой форсунки, и последующим воспламенением всего расхода топлива, выходящего из смесительной головки, продуктами сгорания из этой форсунки, отличающийся тем, что фокусирующее устройство, располагают в полости этой форсунки, заполняемой при работе оптически прозрачным газом.

Сущность изобретения иллюстрируется фигурой 1.

Система воспламенения для осуществления способа содержит узел накачки лазера (1), лазер (2), световод (3), по которому проходит лазерное излучение, и фокусирующее устройство, состоящее из корпуса (4) и одной или нескольких линз (5).

Корпус (4) с фокусирующей линзой (5) располагаются в полости (6) одного из компонентов топлива (А), при этом часть корпуса с фокусирующей линзой введена в полость (7) форсунки (8), что позволяет исключить контакт линзы с высокотемпературными продуктами сгорания, образующимися в камере сгорания (9) агрегата.

В полость (7) форсунки (8) от баллона (10) через трубопровод (11) подается оптически прозрачный газ (В), например, кислород, метан, водород, способные воспламеняться с одним из компонента топлива.

При этом фокус (12) линзы (5) располагается в полости форсунки (8) в зоне, где реализуются наиболее оптимальные для воспламенения соотношение компонентов топлива и расходы оптически прозрачного (В) и второго (Б) компонентов топлива.

Между баллоном (10) и трубопроводом (11) располагаются клапан (13) и настроечная шайба (14).

Использование предложенного технического решения позволит использовать лазерное воспламенение для любого сочетания компонентов топлива и повысить надежность воспламенения компонентов топлива особенно для ЖРД многократного включения.

Изобретение относится к области энергетических установок, а именно к жидкостным ракетным двигателям (ЖРД), и может быть использовано при разработке и создании ЖРД на несамовоспламеняющихся компонентах топлива. В способе воспламенения компонентов топлива в жидкостном ракетном двигателе, основанном на нагреве, газификации и воспламенении горючей смеси, путем подачи энергетического импульса от лазерного источника, с фокусированием лазерного луча одной или несколькими линзами таким образом, что оптический пробой осуществляют в заполненной смесью одного из компонентов топлива и оптически прозрачного газа полости, по крайней мере, одной форсунки многофорсуночной смесительной головки, с воспламенением смеси компонентов топлива в полости этой форсунки и последующим воспламенением всего расхода топлива, выходящего из смесительной головки, продуктами сгорания из этой форсунки, согласно изобретению фокусирующее устройство располагают в полости этой форсунки, заполняемой при работе оптически прозрачным газом. Изобретение обеспечивает использование лазерного воспламенения для любого сочетания компонентов топлива и повышение надежности воспламенения компонентов топлива особенно для ЖРД многократного включения. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ воспламенения компонентов топлива в жидкостном ракетном двигателе, основанный на нагреве, газификации и воспламенении горючей смеси, путем подачи энергетического импульса от лазерного источника, с фокусированием лазерного луча одной или несколькими линзами таким образом, что оптический пробой осуществляют в заполненной смесью одного из компонентов топлива и оптически прозрачного газа полости, по крайней мере, одной форсунки многофорсуночной смесительной головки, с воспламенением смеси в полости этой форсунки и последующим воспламенением всего расхода топлива, выходящего из смесительной головки, продуктами сгорания из этой форсунки, отличающийся тем, что фокусирующее устройство располагают в полости этой форсунки, заполняемой при работе оптически прозрачным газом.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве оптически прозрачного газа выбирают кислород, метан, водород, способные воспламеняться с одним из компонентов топлива.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что оптически прозрачный газ подается в полость форсунки через трубопровод от баллона, при этом между трубопроводом и баллоном располагаются клапан и настроечная шайба.