КАМЕРА ЖРД, РАБОТАЮЩЕГО С ДОЖИГАНИЕМ ВОССТАНОВИТЕЛЬНОГО ГЕНЕРАТОРНОГО ГАЗА Российский патент 2021 года по МПК F02K9/64 F02K9/97 

Изобретение относится к жидкостным ракетным двигателям, работающим с дожиганием генераторного газа.

Двигатели с дожиганием генераторного газа позволяют получить повышенный удельный импульс тяги по сравнению с открытой схемой. Охлаждение стенок камеры сгорания, как правило, осуществляется горючим.

При работе двигателя с дожиганием окислительного генераторного газа горючее после охлаждения камеры поступает в смесительную головку. При этом охлаждающий тракт камеры не находится под высоким давлением.

Недостатком этой схемы двигателя является то, что турбина не может работать при высокой температуре окислительного генераторного газа, что ограничивает мощность турбонасосного агрегата.

При работе двигателя с дожиганием восстановительного генераторного газа турбина может работать при более высокой температуре. Кроме того, работоспособность восстановительного генераторного газа R (газовая постоянная) выше работоспособности окислительного генераторного газа.

В книге «Маршевый двигатель ракеты-носителя «Энергия» - кислородно-водородный ЖРД РД0120. Опыт создания (УДК 629.7036.54-63) на стр. 130 (Раздел 6.3) описана конструкция камеры сгорания, работающей на восстановительном генераторном газе и жидком кислороде - принята за прототип.

Охлаждение тракта охлаждения камеры осуществляется водородом. Сверхзвуковая часть камеры состоит из трех секций, которые находятся под очень высоким давлением, так как водород после тракта охлаждения поступает в газогенератор, а не в головку камеры.

Водород имеет очень хорошие охлаждающие свойства, что позволяет обеспечить надежную работу мест стыка секций сопла.

При работе ЖРД по замкнутой схеме с дожиганием генераторного газа на других компонентах (например, керосин + кислород или метан + кислород) обеспечить работоспособность мест стыка секций сопла из-за существенно худших охлаждающих свойств керосина и метана не представляется возможным.

Этот недостаток устраняется предлагаемым изобретением, которое решает техническую задачу обеспечения работоспособности мест стыка секций сверхзвуковой части камеры, работающей на восстановительном генераторном газе и охлаждаемой горючим - керосином или метаном.

Поставленная задача решается тем, что:

1. Камера ЖРД, работающего с дожиганием восстановительного генераторного газа, состоящая из магистралей подвода компонентов топлива, смесительной головки с полостью охлаждения огневого днища, цилиндрической части, дозвуковой и сверхзвуковой частей сопла, согласно изложению, в сверхзвуковой части тракта охлаждения в полости высокого давления выполнена полость тракта охлаждения с пониженным давлением, соединенная с полостью охлаждения огневого днища головки.

2. Камера ЖРД, работающего с дожиганием восстановительного генераторного газа по п. 1, согласно изложению, соединение частей сверхзвуковой части сопла по внутренней и наружной стенкам выполнено в полости тракта охлаждения низкого давления.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется схемами, показанными на фиг. 1, 2, 3 и 4.

Камера ЖРД, работающего с дожиганием восстановительного генераторного газа (фиг. 1), включает смесительную головку 1 с полостью огневого днища 2, цилиндрическую часть 3, дозвуковую и сверхзвуковую части сопла. Сверхзвуковая часть сопла состоит из трактов высокого давления 4 и 5 с коллекторами подвода горючего 6 и 7, тракта низкого давления 8 с коллектором отвода 9 и коллекторов отвода горючего из трактов высокого давления 10 и 11.

На фиг. 2 показан фрагмент подвода и распределение горючего по тракту, где 6 - коллектор подвода горючего в охлаждающий тракт через отверстия 12 в полость высокого давления 4 и через дросселирующие отверстия 13 в полость низкого давления 8. Сварное соединение 14 внутренних стенок сопловых частей расположено в полости низкого давления 8.

На фиг. 3 показан фрагмент сварного соединения 15 внутренних стенок частей сопел нижнего и верхнего в полости низкого давления 8 и подвод горючего из коллектора 7 через отверстия 16 в полость высокого давления 5 нижней части сопла.

На фиг. 4 показан фрагмент распределения горючего из коллектора 6 через отверстия 12 и 13 полости высокого и низкого давления по оребренным каналам.

Камера сгорания работает следующим образом.

Соответствующие расходы горючего с высоким давлением (примерно 600-700 кг/см²) поступают в коллектора высокого давления 6 и 7. В коллекторе 6 горючее распределяется через отверстия 12 в полость высокого давления 4 и через дросселирующие отверстия 13 (с давлением примерно 300-350 кг/см²) в полость низкого давления 8.

Горючее, пройдя по полостям высокого давления 4 и 5 через коллекторы 10 и 11, поступает на сгорание в газогенератор.

Горючее, поступившее в полость низкого давления 8, где находятся сварные швы соединения внутренних стенок блоков сопел, из выходного коллектора 9 подается в полость охлаждения 2 огневого днища головки 1 на сгорание в камеру сгорания.

Предложенное техническое решение обеспечивает надежную работу элементов соединения блоков сопловой части при работе камеры на восстановительном генераторном газе и жидком кислороде при охлаждении стенок камеры горючим керосином или метаном, обеспечивая при этом высокую температуру генераторного газа на турбине турбонасосного агрегата (и увеличенное значение параметра RT), что позволяет увеличить его мощность.

Изобретение относится к жидкостным ракетным двигателям, работающим с дожиганием генераторного газа. Камера ЖРД, работающего с дожиганием восстановительного генераторного газа, состоящая из магистралей подвода компонентов топлива, смесительной головки с полостью охлаждения огневого днища, цилиндрической части, дозвуковой и сверхзвуковой частей сопла, согласно изложению, в сверхзвуковой части тракта охлаждения в полости высокого давления выполнена полость тракта охлаждения с пониженным давлением, соединенная с полостью охлаждения огневого днища головки, при этом соединение частей сверхзвуковой части сопла по внутренней и наружной стенкам выполнено в полости тракта охлаждения низкого давления. Изобретение обеспечивает работоспособность мест стыка секций сверхзвуковой части камеры, работающей на восстановительном генераторном газе. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Камера ЖРД, работающего с дожиганием восстановительного генераторного газа, состоящая из магистралей подвода компонентов топлива, смесительной головки с полостью охлаждения огневого днища, цилиндрической части, дозвуковой и сверхзвуковой частей сопла, отличающаяся тем, что в сверхзвуковой части тракта охлаждения в полости высокого давления выполнена полость тракта охлаждения с пониженным давлением, соединенная с полостью охлаждения огневого днища головки.

2. Камера ЖРД, работающего с дожиганием восстановительного генераторного газа, по п. 1, отличающаяся тем, что соединение частей сверхзвуковой части сопла по внутренней и наружной стенкам выполнено в полости тракта охлаждения низкого давления.