ЩЕЛЕВАЯ СМЕСИТЕЛЬНАЯ ГОЛОВКА КАМЕРЫ ЖИДКОСТНОГО РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2020 года по МПК F02K9/52 

Описание патента на изобретение RU2725397C1

При разработке жидкостного ракетного двигателя предъявляются предельно высокие требования по экономичности и надежности работы. Для обеспечения высокой экономичности двигателя приходится решать вопрос по реализации устойчивости процесса горения и принятию мер по устранению высокочастотных колебаний давления в камере. Одним из основных элементов, влияющих на экономичность, надежность и устойчивость рабочего процесса в камере является смесительная головка.

Известны конструкции смесительных головок, в которых используются различные мероприятия, которые позволяют обеспечить устойчивость рабочего процесса за счет разделения полости, расположенной у огневого днища на изолированные сектора. Это может быть реализовано за счет выдвижения части форсунок в полость камеры сгорания или установки специальных перегородок.

Известна конструкция смесительной головки, изложенная в заявке №2007142008/ от 15.11.2004 г., патент RU 23445287 С1, в которой для устранения высокочастотных колебаний используются антипульсационные перегородки, расположенные на огневом днище головки.

Недостатком данной конструкции является расположение периферийного ряда форсунок около внутренней стенки камеры. Компоненты топлива, вытекая из периферийных форсунок, превращаются, в продуты сгорания в виде газовых струй, которые натекают на внутреннюю стенку камеры. В результате взаимодействия газовых струй с внутренней стенкой камеры, реализуются от торца смесительной головки на стенке камеры напротив периферийных форсунок зоны с повышенным соотношением компонентов топлива, т.е. с повышенной температурой горячих газов в этих зонах. При длительных испытаниях в этих зонах могут появиться трещины, пролизы и даже прогары.

Известна конструкция смесительной головки, изложенная в заявке №99124002/06 от 15.11.1999 г., патент RU 2170841 С1, принимается за прототип, содержащая корпус с днищем и установленные в них втулки, зазоры между которыми образуют кольцевые каналы подвода жидкого и газообразного компонента.

Данная конструкция позволяет обеспечить высокую экономичность, повысить надежность работы внутренней стенки камеры за счет расположения у стенки вместо периферийных форсунок равномерного кольцевого канала с компонентами топлива окислителя и горючего. Однако, конструкция этой головки не позволяет реализовать эффективные мероприятия по борьбе с высокочастотными колебаниями с выдвижением ряда форсунок в виде креста в камеру или установки у огневого днища антипульсационных перегородок, разделяющих полость у огневого днища на изолированные сектора.

Длина этих перегородок должна составлять не менее 0,1 от диаметра цилиндрической части камеры. Отсутствие специальных мер по борьбе с высокочастотными колебаниями, как правило, приводит к выгоранию смесительной головки, т.е. к аварийной работе двигателя.

Предлагаемое изобретение решает техническую задачу по реализации высоких энергетических характеристик жидкостных ракетных двигателей и обеспечивает надежную работу, устраняя возможность появления высокочастотных колебаний давления в камере, в целом устраняет указанные недостатки прототипа.

Поставленная техническая задача решается тем, что в щелевой смесительной головке камеры жидкостного ракетного двигателя, содержащей наружное днище, корпус с установленными в нем кольцами с трактом охлаждения и отверстиями для подачи жидкого компонента, зазоры между которыми образуют кольцевые каналы подвода газообразного компонента, пусковую форсунку горючего, согласно изложению, торцевая часть колец с трактами охлаждения и отверстиями для подачи жидкого компонента выполнена в виде волновой поверхности (например, синусоиды) с величиной амплитуды ~ 0,1÷0,3 диаметра цилиндрической части камеры.

Такое выполнение щелевой смесительной головки камеры позволяет реализовать следующие процессы:

1. Смешение, испарение и сгорание компонентов топлива происходит не в плоском объеме у смесительной головки, а в увеличенном объеме в виде цилиндра на величину примерно 0,1÷0,3 диаметра цилиндрической части камеры;

2. Сгорание компонентов в переменном по длине объеме устраняет возможность появления высокочастотных колебаний.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется схемой, показанной на фиг. 1. и фиг. 2.

На фиг. 1 показаны конструкция щелевой смесительной головки, где:

1. Коллектор подвода жидкого компонента топлива;

2. Полость подвода газообразного компонента топлива;

3. Наружное днище;

4. Втулка;

5. Тракт охлаждения;

6. Кольцо;

7. Отверстие;

8. Кольцевая газовая полость;

9. Дозирующие отверстия газового компонента топлива;

10. Пусковая форсунка.

На фиг. 2 показан вид на кольцо 6 с боку, где 11 - торцевая волновая поверхность кольца с амплитудой А.

Щелевая смесительная головка работает следующим образом.

В соответствии с циклограммой работы двигателя жидкий компонент топлива поступает в коллектор 1, газообразный компонент во внутреннюю полость 2 наружного днища 3.

Из коллектора 1 по втулкам 4 жидкий компонент распределяется в тракты охлаждения 5 колец 6, а затем через отверстия 7 попадает в кольцевую полость 8.

Газообразный компонент из полости 2 через дозирующие отверстия 9 поступает в кольцевые газовые полости 8.

По соответствующей команде пусковое горючее поступает в пусковую форсунку 10 и происходит воспламенение компонентов топлива.

Выполнение колец с торцевой волнообразной поверхностью растягивает по длине камеры фронт горения компонентов топлива, что сказывается на стабилизации горения и повышении надежности работы камеры ЖРД.

Таким образом, использование щелевой смесительной головки, в которой кольца с каналами охлаждения и отверстиями для подачи жидкого компонента выполнены с торцевой поверхностью в виде волновой поверхности с величиной амплитуды ~ 0,1÷0,3 диаметра цилиндрической части камеры, обеспечивает устойчивый процесс сгорания компонентов топлива, повышает надежность и позволяет реализовать предельно высокие требования по экономичности двигателя.

Похожие патенты RU2725397C1

название год авторы номер документа
ЩЕЛЕВАЯ СМЕСИТЕЛЬНАЯ ГОЛОВКА КАМЕРЫ ЖИДКОСТНОГО РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ 2019
  • Горохов Виктор Дмитриевич
  • Хрисанфов Сергей Петрович
  • Иванова Ольга Сергеевна
RU2700801C1
СМЕСИТЕЛЬНАЯ ГОЛОВКА КАМЕРЫ ЖИДКОСТНОГО РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ 2019
  • Горохов Виктор Дмитриевич
  • Хрисанфов Сергей Петрович
  • Иванова Ольга Сергеевна
RU2741530C1
КАМЕРА ЖИДКОСТНОГО РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ И ЕЕ КОРПУС 1999
  • Васин А.А.
  • Каменский С.Д.
  • Каторгин Б.И.
  • Колесников А.И.
  • Носов В.П.
  • Ставрулов А.И.
  • Федоров В.В.
  • Чванов В.К.
RU2158841C2
КАМЕРА ЖИДКОСТНОГО РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ 2011
  • Черниченко Владимир Викторович
  • Шепеленко Виталий Борисович
  • Лукин Юрий Петрович
RU2451203C1
ЖИДКОСТНЫЙ РАКЕТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ 2011
  • Черниченко Владимир Викторович
  • Шепеленко Виталий Борисович
  • Лукин Юрий Петрович
RU2450155C1
ЖИДКОСТНЫЙ РАКЕТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ 2011
  • Черниченко Владимир Викторович
  • Шепеленко Виталий Борисович
  • Лукин Юрий Петрович
RU2445496C1
КАМЕРА ЖИДКОСТНОГО РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ 2011
  • Черниченко Владимир Викторович
  • Шепеленко Виталий Борисович
  • Лукин Юрий Петрович
RU2449158C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО ПАРОГАЗА В ЖИДКОСТНОМ РАКЕТНОМ ПАРОГАЗОГЕНЕРАТОРЕ 2014
  • Нарижный Александр Афанасьевич
  • Пикалов Валерий Павлович
  • Суворова Людмила Васильевна
RU2557139C1
СМЕСИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ ДЛЯ ФОРСУНОЧНОЙ ГОЛОВКИ КАМЕРЫ ЖРД 2011
  • Черниченко Владимир Викторович
  • Шепеленко Виталий Борисович
  • Лукин Юрий Петрович
RU2447312C1
Жидкостный ракетный двигатель 2023
  • Рылов Валентин Павлович
RU2806412C2

Иллюстрации к изобретению RU 2 725 397 C1

Реферат патента 2020 года ЩЕЛЕВАЯ СМЕСИТЕЛЬНАЯ ГОЛОВКА КАМЕРЫ ЖИДКОСТНОГО РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ

Изобретение относится к жидкостным ракетным двигателям. В щелевой смесительной головке камеры жидкостного ракетного двигателя, содержащей наружное днище, корпус с установленными в нем кольцами с трактом охлаждения и отверстиями для подачи жидкого компонента, зазоры между которыми образуют кольцевые каналы подвода газообразного компонента, пусковую форсунку горючего, согласно изобретению торцевая часть колец с трактами охлаждения и отверстиями для подачи жидкого компонента выполнена в виде волновой поверхности (например, синусоиды) с величиной амплитуды ~ 0,1÷0,3 диаметра цилиндрической части камеры. Изобретение обеспечивает повышение надежности работы двигателя, устраняя появление высокочастотных колебаний давления в камере. 2 ил.

Формула изобретения RU 2 725 397 C1

Щелевая смесительная головка камеры жидкостного ракетного двигателя, содержащая наружное днище, корпус с установленными в нем кольцами с трактом охлаждения и отверстиями для подачи жидкого компонента, зазоры между которыми образуют кольцевые каналы подвода газообразного компонента, пусковую форсунку горючего, отличающаяся тем, что торцевая часть колец с трактами охлаждения и отверстиями для подачи жидкого компонента выполнена в виде волновой поверхности (например, синусоиды) с величиной амплитуды ~ 0,1÷0,3 диаметра цилиндрической части камеры.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2020 года RU2725397C1

СМЕСИТЕЛЬНАЯ ГОЛОВКА КАМЕРЫ СГОРАНИЯ ЖИДКОСТНОГО РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ 1999
  • Соколов Б.А.
  • Весноватов А.Г.
RU2170841C1
Смесительная головка камеры жидкостного ракетного двигателя 2014
  • Черниченко Владимир Викторович
  • Шепеленко Виталий Борисович
RU2606202C2
СМЕСИТЕЛЬНАЯ ГОЛОВКА КАМЕРЫ СГОРАНИЯ ЖРД 2017
  • Братухин Николай Александрович
RU2658160C1
US 4707982 A1, 24.11.1987
US 7293402 B2, 05.11.2003.

RU 2 725 397 C1

Авторы

Горохов Виктор Дмитриевич

Хрисанфов Сергей Петрович

Даты

2020-07-02Публикация

2019-08-28Подача