УСТРОЙСТВО ВПРЫСКА, КАМЕРА СГОРАНИЯ И РАКЕТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2019 года по МПК F02K9/52 F02K9/62 

Область техники, к которой относится изобретение

[0001] Настоящее изобретение относится к устройству впрыска, используемому для ракетного двигателя, смешивающего окислитель с горючим и сжигающего смесь для получения тяги, камере сгорания, в которой применяется устройство впрыска, и ракетному двигателю, в котором применяется камера сгорания.

Уровень техники

[0002] Ракетная камера сгорания, установленная в ракетном двигателе, включает в себя устройство впрыска, содержащее ряд инжекторов, жаровую трубу и сопло, и преобразует энергию, полученную в результате химической реакции горючего, служащего в качестве ракетного топлива, в движение газообразных продуктов сгорания для получения тяги. В частности, ракетная камера сгорания имеет конструкцию, в которой горючее (например, газообразный водород: GH2) и окислитель (например, жидкий кислород: LOx) впрыскиваются из каждого инжектора в жаровую трубу и поджигаются, после чего газообразный продукт сгорания, образуемый внутри жаровой трубы, распространяется через сопло и выбрасывается в направлении выхода газообразного продукта сгорания для создания тяги.

[0003] Примеры этих ракетных камер сгорания включают в себя те, которые раскрыты в нижеследующих ссылках на патентную литературу.

Список цитируемой патентной литературы

[0004] 1: Японская патентная заявка №2008-202542

2: Японская патентная заявка №2014-037838

Раскрытие сущности изобретения

Техническая проблема

[0005] Устройство впрыска ракетной камеры сгорания содержит ряд инжекторов и имеет собственные частоты воздушных столбов, соответствующие длинам инжекторов. Поскольку ракетный двигатель содержит ряд инжекторов одинаковой длины, резонансные частоты концентрируются на определенной частоте, и на этой частоте легко возникают флуктуации жидкости в инжекторах. Поэтому флуктуации жидкости в инжекторах передаются в жаровую трубу, и в жаровой трубе возникают колебания давления.

[0006] Настоящее изобретение направлено на решение описанной выше технической проблемы и технической проблемы, которая состоит в создании устройства впрыска, камеры сгорания и ракетного двигателя, с ограничением увеличения габаритов и при этом с подавлением возникновения колебаний горения.

Решение технической проблемы

[0007] Для решения указанных технических проблем устройство впрыска согласно настоящему изобретению содержит основной корпус устройства, разделенный на коллектор горючего и коллектор окислителя, и множество инжекторов, размещенных через заданные промежутки в основном корпусе устройства и впрыскивающих горючее и окислитель в жаровую трубу. Каждый из множества инжекторов содержит канал окислителя, содержащий проксимальный концевой участок, сообщающийся с коллектором окислителя, и дистальный концевой участок, сообщающийся с жаровой трубой, ограничитель, предусмотренный на проксимальном концевом участке канала окислителя, и канал горючего, содержащий проксимальный концевой участок, сообщающийся с коллектором горючего, и дистальный концевой участок, сообщающийся с жаровой трубой. Ограничители во множестве инжекторов имеют разные формы.

[0008] Таким образом, множество инжекторов размещено в основном корпусе устройства, а ограничители имеют разную форму, в результате чего резонансные частоты инжекторов, концентрирующиеся на определенной частоте, в случае, когда ограничители имеют одинаковую форму, распределяются по множеству частот. Поэтому чрезмерные колебания давления в жаровой трубе на определенной частоте, вызванные передачей флуктуаций давления впрыска, также распределяются по множеству частот, и их амплитуда уменьшается. Эта конструкция ограничивает увеличение размера устройства впрыска, при этом подавляя возникновение колебаний горения.

[0009] В устройстве впрыска согласно настоящему изобретению ограничители множества инжекторов имеют разную длину.

[0010] Таким образом, конструкция упрощается, если ограничители имеют разные длины, так чтобы установить разные формы ограничителей в инжекторах.

[0011] Согласно настоящему изобретению в устройстве впрыска ограничители множества инжекторов имеют разные внутренние диаметры.

[0012] Таким образом, конструкция упрощается, если ограничители имеют разные внутренние диаметры, так чтобы установить разные формы ограничителей в инжекторах.

[0013] В устройстве впрыска согласно настоящему изобретению множество инжекторов расположено концентрически в основном корпусе устройства вдоль радиального направления, а ограничители множества инжекторов, расположенных вдоль радиального направления, имеют разные формы.

[0014] Эта конструкция обеспечивает правильное распределение избыточных флуктуаций давления в инжекторах, возникающих на определенной частоте в случае, когда ограничители имеют одинаковую форму, по множеству частот, и уменьшение чрезмерных флуктуаций давления в инжекторах.

[0015] В устройстве впрыска согласно настоящему изобретению формы ограничителей во множестве инжекторов установлены разными в соответствии с модами колебаний давления, возникающих в жаровой трубе.

[0016] При такой конструкции ограничителям придаются разные формы в соответствии с модами колебаний давления в жаровой трубе. Эта конструкция эффективно уменьшает колебания давления, возникающие в жаровой трубе.

[0017] В устройстве впрыска согласно настоящему изобретению формы ограничителей устанавливаются так, чтобы усиливать колебания давления на заданной определенной частоте, при этом жаровая труба сообщается с резонатором, сконфигурированным для ослабления колебаний давления определенной частоты.

[0018] При такой конструкции, хотя колебания давления определенной частоты усиливаются в соответствии с установленными формами ограничителей, колебания давления на других частотах уменьшаются, а усиленные колебания давления ослабляются резонатором. Эта конструкция в целом уменьшает колебания давления, возникающие в жаровой трубе.

[0019] Камера сгорания согласно настоящему изобретению содержит устройство впрыска, жаровую трубу, сконфигурированную для сжигания окислителя и горючего, впрыскиваемых из устройства впрыска для образования газообразного продукта сгорания, и сопло, сконфигурированное для выбрасывания газообразного продукта сгорания, образованного в жаровой трубе.

[0020] При такой конструкции, когда устройство впрыска впрыскивает окислитель и горючее в жаровую трубу, газообразный продукт сгорания образуется при сгорании окислителя и горючего в жаровой трубе и выбрасывается из сопла. Флуктуации давления в инжекторах, возникающие при впрыске окислителя из инжекторов, распределяются по множеству частот. Поэтому колебания давления в жаровой трубе, происходящие за счет передачи флуктуаций давления в инжекторах, также распределяются по множеству частот, и их амплитуды уменьшаются.

[0021] Ракетный двигатель согласно настоящему изобретению содержит камеру сгорания, устройство подачи окислителя, сконфигурированное для подачи окислителя в камеру сгорания, и устройство подачи горючего, сконфигурированное для подачи горючего в камеру сгорания.

[0022] При такой конструкции флуктуации давления в инжекторах, возникающие при впрыскивании окислителя из инжекторов, распределяются по множеству частот. Поэтому колебания давления в жаровой трубе, происходящие за счет передачи флуктуаций давления в инжекторах, также распределяются по множеству частот, и амплитуда уменьшается. Эта конструкция ограничивает увеличение размера устройства впрыска, при этом подавляя возникновение колебаний горения.

Преимущества изобретения

[0023] Устройство впрыска, камера сгорания и ракетный двигатель согласно настоящему изобретением имеют конструкцию, в которой формы ограничителей каналов окислителя в инжекторах установлены разными, и флуктуации давления в инжекторах распределены по множеству частот. При такой конструкции колебания давления, возникающие в жаровой трубе за счет передачи флуктуаций давления в инжекторах, также распределяются по множеству частот, и амплитуда уменьшается. Эта конструкция ограничивает увеличение размера устройства впрыска, при этом подавляя возникновение колебаний горения.

Краткое описание чертежей

[0024] Фиг. 1 представляет собой схематическое изображение камеры сгорания согласно первому варианту осуществления изобретения.

Фиг. 2 представляет собой схематическое изображение устройства впрыска согласно первому варианту осуществления изобретения.

Фиг. 3 представляет собой схематическое изображение инжекторов.

Фиг. 4 представляет собой схематическое изображение, иллюстрирующее модификацию инжекторов.

Фиг. 5 представляет собой график, иллюстрирующий колебания давления в зависимости от частоты.

Фиг. 6 представляет собой график, иллюстрирующий коэффициент демпфирования в зависимости от частоты.

Фиг. 7 представляет собой график, иллюстрирующий колебания давления в зависимости от частоты, когда применяется устройство впрыска согласно второму варианту осуществления изобретения.

Фиг. 8-1 представляет собой схематическое изображение конфигурации расположения инжекторов в устройстве впрыска.

Фиг. 8-2 представляет собой схематическое изображение конфигурации размещения инжекторов в устройстве впрыска.

Фиг. 8-3 представляет собой схематическое изображение конфигурации расположения инжекторов в устройстве впрыска.

Фиг. 8-4 представляет собой схематическое изображение конфигурации расположения инжекторов устройстве впрыска.

Осуществление изобретения

[0025] Ниже со ссылкой на чертежи приводится подробное описание предпочтительных вариантов осуществления устройства впрыска, камеры сгорания и ракетного двигателя согласно настоящему изобретению. Настоящее изобретение не ограничивается данными вариантами осуществления. Кроме того, когда существует множество вариантов осуществления, настоящее изобретение также включает в себя конструкции, полученные путем объединения вариантов осуществления.

[0026] Первый вариант осуществления

Фиг. 1 представляет собой схематическое изображение камеры сгорания согласно первому варианту осуществления, фиг. 2 представляет собой схематическое изображение устройства впрыска согласно первому варианту осуществления, и фиг. 3 представляет собой схематическое изображение инжекторов.

[0027] В первом варианте осуществления, как показано на фиг. 1, камера 10 сгорания содержит устройство 11 впрыска, жаровую трубу 12 и сопло 13 и обеспечивает тягу путем преобразования энергии, получаемой за счет химической реакции горючего, служащего в качестве ракетного топлива, в движение газообразного продукта сгорания. В частности, жидкий кислород и газообразный водород, впрыскиваемые из устройства 11 впрыска в жаровую трубу 12, смешиваются для сжигания в жаровой 12 трубе. Таким образом, образуется газообразный продукт сгорания, при этом выходное отверстие для газообразного продукта сгорания, выбрасываемого из жаровой трубы 12 через сопло 13, сужается для получения тяги.

[0028] Как показано на фиг. 1 и фиг. 2, устройство 11 впрыска имеет конструкцию, в которой множество инжекторов 22, 23 и 24 размещено в основном корпусе 21 устройства впрыска, и каждый из инжекторов 22, 23 и 24 выполнен с возможностью впрыскивания горючего и окислителя с поверхности 25 впрыска вовнутрь жаровой трубы 12. В этом случае инжекторы 22, 23 и 24 расположены концентрически в основном корпусе 21 устройства впрыска вдоль радиального направления. Каждый из инжекторов 22 расположен на внешней окружной стороне основного корпуса 21 устройства впрыска, каждый из инжекторов 23 расположен на наиболее близкой к центру окружной стороне, чем инжекторы 22, и каждый из инжекторов 24 расположен на наиболее близкой к центру окружной стороне, чем инжекторы 23, то есть в центральной части. Инжекторы 22 - самые длинные, а инжекторы 24 - самые короткие.

[0029] Основной корпус 21 устройства впрыска разделен на коллектор 33 окислителя и коллектор 34 горючего первой перегородкой 31 и второй перегородкой 32, которые параллельны друг другу. Коллектор 33 окислителя соединен с линией 102 подачи окислителя, а коллектор 34 горючего соединен с линией 101 подачи горючего. Каждый из инжекторов 22, 23 и 24 имеет проксимальный концевой участок, питаемый через сквозное отверстие 31а первой перегородки 31, и дистальный концевой участок, питаемый через сквозное отверстие 32а второй перегородки 32. Поскольку инжекторы 22, 23 и 24 имеют одинаковую базовую конструкцию, хотя и различаются по длине, в следующем описании рассматриваются только инжекторы 22.

[0030] Как показано на фиг. 2 и фиг. 3, инжекторы 22 имеют конструкцию, в которой множество инжекторов 22А, 22В, 22С и 22D расположено вдоль радиального направления. Инжекторы 22А, 22В, 22С, и 22D представляют собой одинаковые инжекторы, расположенные концентрически. Инжектор 22А включает в себя стержень 41а LOx, служащий внутренним цилиндром, и втулку 42а, служащую внешним цилиндром. Стержень 41а LOx имеет цилиндрическую форму, и канал 43а LOx, служащий каналом окислителя сформирован внутри него. Стержень 41а LOx имеет проксимальный концевой участок, к которому прикреплен участок 44а ввода, и в участке 44а ввода сформирован ограничитель (диафрагма) 45а. Ограничитель 45а концентрически сообщается с каналом 43а LOx и имеет площадь канала меньше площади канала 43а LOx. Ограничитель 45а сообщается с коллектором 33 окислителя, и канал 43а LOx сообщается с жаровой трубой 12. Камера 43а LOx и ограничитель 45а могут иметь любую форму, такую как круглая, овальная, прямоугольная, и форма глубокой скважины.

[0031] Стержень 41а LOx выполнен с проточкой 46а на внешней окружной поверхности, на стороне его дистальной концевой части. Проточка 46а сформирована на нижней по потоку стороне в направлении течения окислителя (LOx), протекающего через канал 43а LOx, то есть на стороне жаровой трубы 12. Проточка 46а имеет цилиндрическую форму, образованную уменьшенным внешним диаметром стержня 41а LOx, и проходит до концевого участка стержня 41a LOx на стороне жаровой трубы 12.

[0032] Втулка 42а сформирована в виде цилиндра, концентричного со стержнем 41a LOx, и выполнена с возможностью охватывания внешней окружности стержня 41а LOx. Втулка 42а имеет внешний диаметр, равный внешнему диаметру стержня 41а LOx, при этом ее внутренний диаметр больше внешнего диаметра проточки 46а. Втулка 42а содержит проксимальный концевой участок, упирающийся в край проксимального концевого участка проточки 46а, и дистальный концевой участок, соединенный с поверхностью 25 впрыска жаровой трубы 12. Поэтому втулка 42а содержит внутреннюю окружную поверхность, охватывающую внешнюю окружную поверхность проточки 46а LOx стержня 41а, для формирования канала 47а GH2, служащего в качестве канала горючего, между стержнем 41а LOx и втулкой 42а.

[0033] Поперечное сечение канала 47а GH2 имеет кольцевую форму, и концентрично с каналом 43а LOx. Втулка 42а также выполнена с разъемом 48а ввода, соединяющимся с каналом 47а GH2 от его внешней окружной поверхности, при этом разъем 48а ввода сообщается с коллектором 34 горючего.

[0034] Поэтому окислитель, подаваемый из линии 102 подачи окислителя в коллектор 33 окислителя, поступает в канал 43а LOx через ограничитель 45а, так чтобы обеспечить возможность впрыска окислителя из дистального концевого участка в жаровую трубу 12. В отличие от этого, газообразный водород, подаваемый из линии 101 подачи горючего в коллектор 34 горючего, поступает в канал 47а GH2 через разъем 48а ввода, так чтобы обеспечить возможность впрыска газообразного водорода из дистальной концевой части в жаровую трубу 12.

[0035] Инжектор 22 В имеет по существу такую же конструкцию, что и инжектор 22А. Хотя подробное описание инжектора 22 В отсутствует, инжектор 22 В содержит стержень 4lb LOx, служащий внутренним цилиндром, втулку 42b, служащую внешним цилиндром, канал 43b LOx, служащий каналом окислителя, участок 44b ввода, ограничитель (диафрагму) 45b, проточку 46b, канал 47b GH2, служащий каналом горючего и разъем 48b ввода. Инжекторы 22С и 22D также имеют одинаковую конструкцию

[0036] Как показано на фиг. 1 и фиг. 2, камера сгорания 10 выполнена с резонатором 26, подавляющим колебания горения. Резонатор 26 размещен вне жаровой трубы 12 в основном корпусе 21 устройства впрыска и сообщается с жаровой трубой 12 через канал 27 связи.

[0037] В жаровой трубе 12 происходит сжигание жидкого кислорода и газообразного водорода, впрыскиваемых из инжекторов 22, 23 и 24. Жидкий кислород и газообразный водород, впрыскиваемые из инжекторов 22, 23 и 24, распыляются вовнутрь жаровой трубы 12, смешиваются и сжигаются. Жаровая труба 12 содержит участок 28 окружной стенки, имеющий цилиндрическую форму. Участок 28 окружной стенки содержит внутреннюю окружную поверхность, ортогональную к поверхности 25 впрыска, для образования внутренней части жаровой трубы 12.

[0038] Поверхность 25 впрыска представляет собой поверхность впрыскивания жидкого кислорода и газообразного водорода в жаровую трубу 12, и сформирована с круглой формой. Отверстия впрыска инжекторов 22, 23 и 24 выходят на поверхность 25 впрыска. Инжекторы 22, 23 и 24 (отверстия впрыска) расположены концентрически на поверхности 25 впрыска и выровнены в радиальном направлении поверхности 25 впрыска. Участок 28 окружной стенки содержит один концевой участок в осевом направлении (продольном направлении), имеющий поверхность 25 впрыска, и другой концевой участок, имеющий сопло 13. Участок 28 окружной стенки жаровой трубы 12 имеет канал охлаждения (не показан).

[0039] Жаровая труба 12 имеет по существу фиксированный внутренний диаметр, но сужается с внутренним диаметром, постепенно уменьшающимся в направлении к соплу 13 в осевом направлении. Сопло 13 выполнено с возможностью соединения с участком 28 окружной стенки жаровой трубы 12, и изнутри сообщается с жаровой трубой 12. Сопло 13 выбрасывает газообразный продукт сгорания, образующийся в жаровой трубе 12, для получения тяги.

[0040] В инжекторах 22, имеющих описанную выше конструкцию, ограничители 45а, 45b, 45 с и 45d в инжекторах 22А, 22В, 22С и 22D имеют разные формы, как показано на фиг.2 и фиг. 3. В частности, ограничители 45а, 45b, 45 с и 45d имеют разные длины в инжекторах 22А, 22В, 22С и 22D. В этом случае инжекторы 22А, 22В, 22С и 22D расположены концентрически в основном корпусе 21 устройства впрыска вдоль его радиального направления. Ограничители 45а, 45b, 45с и 45d имеют разные длины в инжекторах 22А, 22В, 22С и 22D, расположенных вдоль радиального направления.

[0041] Например, если для ограничителя 45а (участок 44а ввода) в инжекторе 22А установлена осевая длина L1 и для ограничителя 45b (участок 44b ввода) в инжекторе 22 В установлена осевая длина L2, длины задаются так, чтобы удовлетворять соотношению L1<L2. Длины ограничителей 45а, 45b, 45 с и 45d в инжекторах 22А, 22 В, 22С и 22D установлены так, что длина последовательно увеличивается от инжектора 22А к инжектору 22D. Однако, установка длин ограничителей 45а, 45b, 45с и 45d в инжекторах 22А, 22В, 22С и 22D не ограничивается только этой конструкцией, но длины ограничителей 45а, 45b, 45с и 45d могут быть установлены так, чтобы последовательно уменьшаться от инжектора 22А к инжектору 22D. В качестве другого примера, длины ограничителей 45а, 45b, 45с и 45d могут быть установлены в произвольном порядке.

[0042] В приведенном выше описании конструкция, в которой ограничители 45а, 45b, 45с и 45d имеют разную длину, показана как конструкция, в которой ограничители 45а, 45b, 45 с и 45d в инжекторах 22А, 22В, 22С и 22D имеют разную форму, но этим их конструкция не ограничивается. Схематическое изображение на фиг. 4 иллюстрирует модификацию инжекторов.

[0043] В варианте осуществления, как показано на фиг. 4, внутренние диаметры ограничителей 45а и 45b в инжекторах 22А и 22В установлены разными, так чтобы обеспечить разную форму ограничителей 45а и 45b в инжекторах 22А и 22В. Например, если для ограничителя 45а (участок 44а ввода) в инжекторе 22А установлен внутренний диаметр R1, и для ограничителя 45b (участок 44b ввода) в инжекторе 22В установлен внутренний диаметр R2, внутренние диаметры устанавливаются так, чтобы удовлетворять соотношению R1<R2. Хотя это не показано, ограничители 45а, 45b, 45с и 45d во всех инжекторах 22А, 22В, 22С и 22D сконфигурированы так, чтобы иметь разные внутренние диаметры.

[0044] В настоящем варианте осуществления формы (длина или внутренний диаметр) ограничителей 45а, 45b, 45с и 45d в инжекторах 22А, 22В, 22С и 22D установлены разными. При этом флуктуации давления в инжекторах, возникающие при впрыске окислителя из инжекторов 22А, 22В, 22С и 22D, распределяются по множеству частот. Поэтому колебания давления в жаровой трубе 12, возникающие за счет передачи флуктуаций давления в инжекторах, также распределяются по множеству частот, и амплитуда уменьшается.

[0045] График на фиг. 5 иллюстрирует колебания давления в зависимости от частоты, а график на фиг. 6 иллюстрирует коэффициент демпфирования в зависимости от частоты.

[0046] Как показано на фиг. 5, когда ограничители 45а, 45b, 45 с и 45d в инжекторах 22А, 22В, 22С и 22D имеют одинаковую форму, колебания давления в жаровой трубе 12 на некоторой частоте будут максимальны, как показано пунктирной линией с двумя штрихами. В отличие от этого, когда ограничители 45а, 45b, 45с и 45d в инжекторах 22А, 22В, 22С и 22D имеют разные формы (длины или внутренние диаметры), колебания давления в жаровой трубе 12 распределяются по множеству частот, что должно приводить к их уменьшению, как показано сплошной линией.

[0047] Кроме того, как показано на фиг. 6, когда ограничители 45а, 45b, 45с и 45d в инжекторах 22А, 22В, 22С и 22D 45А имеют одинаковую форму, коэффициент демпфирования на каждой из частот отчасти будет минимальным, как показано пунктирной линией с двумя штрихами. В отличие от этого, когда ограничители 45а, 45b, 45с и 45d в инжекторах 22А, 22В, 22С и 22D имеют разные формы (длины или внутренние диаметры), коэффициент демпфирования, который стал минимальным, уменьшается на всех частотах, как показано сплошной линией.

[0048] Как описано выше, устройство впрыска согласно первому варианту осуществления содержит основной корпус 21 устройства впрыска, разделенный на коллектор 33 окислителя и коллектор 34 горючего, и инжекторы 22, 23 и 24, размещенные с заданными интервалами в основном корпусе 21 устройства впрыска и впрыскивающие горючее и окислитель в жаровую трубу 12, при этом инжекторы 22А и 22В (22С и 22D) содержат каналы 43 а и 43b LOx, каждый из которых имеет проксимальный концевой участок, сообщающийся с коллектором 33 окислителя, и дистальный концевой участок, сообщающийся с жаровой трубой 12, ограничители 45а и 45b, выполненные вместе с проксимальными концевыми участками каналов 43а и 43b, соответственно, и каналы 47а и 47b GH2, каждый из которых имеет проксимальный концевой участок, сообщающийся с коллектором 34 горючего и дистальный концевой участок, сообщающийся с жаровой трубой 12, соответственно, при этом ограничители 45а и 45b (45с и 45d) имеют разные формы.

[0049] Таким образом, поскольку ограничители 45а и 45b (45с и 45d) имеют разные формы, резонансные частоты инжекторов, которые концентрируются на определенной частоте в случае, когда ограничители имеют одинаковую форму, распределяются по множеству частот. Эта конструкция распределяет чрезмерные флуктуации давления в инжекторах, концентрирующиеся на определенной резонансной частоте при впрыске окислителя инжекторами 22А и 22В (22С и 22D). Поэтому чрезмерные колебания давления в жаровой трубе 12 на определенной частоте, вызванные передачей флуктуаций давления впрыска, также распределяются по множеству частот, и амплитуда уменьшается.

[0050] В устройстве впрыска согласно первому варианту осуществления длины ограничителей 45а и 45b (45с и 45d) в инжекторах 22А и 22В (22С и 22D) установлены разными. В этом случае ограничители 45а и 45b (45с и 45d) могут иметь разные внутренние диаметры. Таким образом, конструкция может быть упрощена, если установить для ограничителей разные длины или разные внутренние диаметры, так чтобы ограничители 45а и 45b (45с и 45d) в инжекторах 22А и 22В (22С и 22D) имели разные формы.

[0051] В устройстве впрыска согласно первому варианту осуществления инжекторы 22А, 22Б, 22С, и 22D расположены концентрически в основном корпусе 21 устройства впрыска вдоль радиального направления, так чтобы ограничители 45а, 45b, 45с и 45d в инжекторах 22А, 22В, 22С и 22D, расположенных вдоль радиального направления, имели разные формы. Такая конструкция обеспечивает надлежащее распределение избыточных флуктуаций давления в инжекторах на определенной частоте, возникающих в случае, когда ограничители имеют одинаковую форму, по множеству частот, и уменьшение избыточных флуктуаций давления в инжекторах.

[0052] Камера сгорания согласно первому варианту осуществления содержит описанное выше устройство 11 впрыска, жаровую трубу 12, сжигающую окислитель и горючее, впрыскиваемые устройством 11 впрыска, и образующую газообразный продукт сгорания, и сопло 13 для выброса газа-продукта сгорания, образующегося в жаровой трубе 12. При такой конструкции колебания давления, возникающие в жаровой трубе 12 за счет передачи флуктуаций давления в инжекторах, распределяются по множеству частот, и амплитуда уменьшается.

[0053] В ракетном двигателе согласно первому варианту осуществления применяется описанная выше камера 10 сгорания. При такой конструкции колебания давления, возникающие в жаровой трубе 12 за счет передачи флуктуаций давления в инжекторах, распределяются по множеству частот, и амплитуда уменьшается.

[0054] Второй вариант осуществления

Фиг. 7 представляет собой график, иллюстрирующий колебания давления в зависимости от частоты, когда применяется устройство впрыска согласно второму варианту осуществления, и на фиг. 8-1 - фиг. 8-4 приведены схематические изображения, иллюстрирующие конфигурации расположения инжекторов в устройстве впрыска. Базовая конфигурация устройства впрыска согласно настоящему варианту осуществления по существу аналогична описанному выше первому варианту осуществления. Базовая конфигурация будет описана ниже со ссылкой на фиг. 3, и элементы, имеющие те же функции, что и в описанном выше варианте, будут обозначены теми же номерами позиций, и их подробное описание отсутствует.

[0055] Согласно второму варианту осуществления, как показано на фиг. 1 и фиг. 2, устройство 11 впрыска имеет конструкцию, в которой ограничители 45 (45а, 45b, 45с и 45d) в инжекторах 22, 23 и 24 имеют разные формы (длины или внутренние диаметры) в соответствии с модами колебаний давления, возникающих в жаровой трубе 12.

[0056] Как показано сплошной линией на фиг. 7, колебания давления в зависимости от частоты возникают в камере 10 сгорания в виде первой моды (фиг. 8-1), второй моды (фиг. 8-2), третьей моды (фиг. 8-3) и четвертой моды (фиг. 8-4). В этом случае, например, область А соответствует (+) моде колебаний давления, а область В -соответствует (-) моде колебаний давления. В этом случае формы ограничителей 45 (длины или диаметры) устанавливаются так, чтобы усилить колебания давления на заданной определенной частоте, а усиление колебаний давления данной частоты ослабляется резонатором 26, предусмотренным на жаровой трубе 12.

[0057] Например, формы ограничителей 45 устанавливаются в соответствии с второй модой для усиления колебаний давления второй моды. В частности, как показано на фиг. 8-2, длины ограничителей 45 в областях А уменьшают (или уменьшают их внутренние диаметры), а длины ограничителей 45 в областях В увеличивают (или увеличивают их внутренние диаметры). В качестве другого примера, длины ограничителей 45 в областях А увеличивают (или увеличивают их внутренние диаметры), а длины ограничителей 45 в областях В уменьшают (или уменьшают их внутренние диаметры). Что из этого должно быть выбрано, заранее определяется посредством экспериментов или анализа. Таким образом, как показано пунктирной линией с двумя штрихами на фиг. 7, колебания давления в зависимости от частоты усиливаются при второй моде (фиг. 8-2), и уменьшаются при первой моде (фиг. 8-1), третьей моде (рис. 8-3), и четвертой моде (фиг. 8-4). Усиленные колебания давления при второй моде (фиг. 8-2) ослабляются резонатором 26.

[0058] В этом примере формы ограничителей 45 устанавливают в соответствии с второй модой для усиления колебаний давления при второй моде, но может быть усилена одна из первой моды, третьей моды и четвертой моды. В этом случае предпочтительно применять конструкцию для усиления колебаний давления моды с наибольшими колебаниями давления.

[0059] Как описано выше, в устройстве впрыска согласно второму варианту осуществления установлены разные формы ограничителей 45 в инжекторах 22, 23 и 24 (длины или внутренние диаметры) в соответствии с модой колебаний давления, возникающих в жаровой трубе 12. Эта конструкция эффективно уменьшает колебания давления, возникающие в жаровой трубе 12.

[0060] Кроме того, в устройстве впрыска согласно второму варианту осуществления формы ограничителей 45 устанавливаются для усиления колебаний давления на заданной определенной частоте. При такой конструкции, хотя колебания давления определенной частоты усиливаются в соответствии с установленными формами ограничителей 45, колебания давления других частот уменьшаются, а усиленные колебания давления ослабляются резонатором 26. Эта конструкция в целом уменьшает колебания давления, возникающие в жаровой трубе 12.

[0061] В вариантах осуществления, описанных выше, формы (длины и внутренние диаметры) ограничителей 45а, 45b, 45с и 45d в инжекторах 22А, 22В, 22С и 22D устанавливают разными в инжекторах 22, но могут быть установлены разными и формы (длины и внутренние диаметры) некоторых ограничителей. В качестве другого примера, могут быть установлены разные формы (длины или внутренние диаметры) ограничителей в концентрически расположенных инжекторах. Кроме того, такая же конструкция может быть применена и к инжекторам 23 и 24.

[0062] В каждом из описанных выше вариантов осуществления предусмотрено множество инжекторов 22, 23 и 24 разной длины, но все инжекторы могут иметь одинаковую длину.

Список номеров позиций

[0063] 10 камера сгорания

11 устройство впрыска

12 жаровая труба

13 сопло

21 основной корпус устройства впрыска (основной корпус устройства)

22, 22А, 22В, 22С, 22D, 23, 24 инжекторы

25 поверхность впрыска

26 резонатор

27 канал связи

28 участок окружной стенки

31 первая перегородка

32 вторая перегородка

33 коллектор окислителя

34 коллектор горючего

41а, 41b стержень LOx

42а, 42b втулка

43а, 43b канал LOx (канал окислителя)

44а, 44b участок ввода

45а, 45b, 45с, 45d ограничитель

46а, 46b проточка

47а, 47b канал GH₂ (канал горючего)

48а, 48b разъем ввода

101 линия подачи горючего

102 линия подачи окислителя

Изобретение относится к устройствам впрыска для ракетных двигателей. Устройство впрыска, камера сгорания и ракетный двигатель содержат основной корпус (21) устройства, разделенный на коллектор (33) горючего и коллектор (34) окислителя, и множество инжекторов (22, 23, 24), размещенных с заданными интервалами в основном корпусе (21) устройства для впрыска горючего и окислителя в жаровую трубу (12), каждый из инжекторов (22А, 22В, 22С, 22D) содержит канал (43а, 43b) LOx, содержащий проксимальный концевой участок, сообщающийся с коллектором (33) окислителя, и дистальный концевой участок, сообщающийся с жаровой трубой (12), ограничитель (45а, 45b), предусмотренный на проксимальном концевом участке канала (43а, 43b) LOx, и канал (47а, 47б) GH₂, содержащий проксимальный концевой участок, сообщающийся с коллектором (34) горючего, и дистальный концевой участок, сообщающийся с жаровой трубой (12), при этом ограничители (45а, 45b, 45 с, 45d) имеют разные формы. Изобретение обеспечивает подавление возникновения колебаний горения. 3 н. и 3 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Устройство впрыска, содержащее:

основной корпус устройства, разделенный на коллектор горючего и коллектор окислителя, и

множество инжекторов, размещенных с заданными интервалами в основном корпусе устройства и впрыскивающих горючее и окислитель в жаровую трубу, при этом

каждый из множества инжекторов содержит

канал окислителя, содержащий проксимальный концевой участок, сообщающийся с коллектором окислителя, и дистальный концевой участок, сообщающийся с жаровой трубой,

ограничитель, предусмотренный на проксимальном концевом участке канала окислителя, и

канал горючего, содержащий проксимальный концевой участок, сообщающийся с коллектором горючего, и дистальный концевой участок, сообщающийся с жаровой трубой,

причем ограничители во множестве инжекторов имеют разные формы,

формы ограничителей во множестве инжекторов установлены разными в соответствии с модами колебаний давления, возникающих в жаровой трубе, при этом

формы ограничителей установлены для усиления колебаний давления заданной определенной частоты, при этом жаровая труба сообщается с резонатором, сконфигурированным для ослабления колебаний давления определенной частоты.

2. Устройство впрыска по п.1, в котором ограничители множества инжекторов имеют разные длины.

3. Устройство впрыска по п.1, в котором ограничители множества инжекторов имеют разные внутренние диаметры.

4. Устройство впрыска по п.1, в котором множество инжекторов расположено концентрически в основном корпусе устройства вдоль радиального направления, при этом ограничители множества инжекторов, расположенных вдоль радиального направления, имеют разные формы.

5. Камера сгорания, содержащая:

устройство впрыска по любому из пп.1-4, в котором жаровая труба сконфигурирована для сжигания окислителя и горючего, впрыскиваемых из устройства впрыска для образования газообразного продукта сгорания; и

сопло, сконфигурированное для выбрасывания газообразного продукта сгорания, образованного в жаровой трубе.

6. Ракетный двигатель, содержащий:

камеру сгорания по п.5;

устройство подачи окислителя, сконфигурированное для подачи окислителя в камеру сгорания; и

устройство подачи горючего, сконфигурированное для подачи горючего в камеру сгорания.