КАМЕРА ЖИДКОСТНОГО РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ (ЖРД), РАБОТАЮЩАЯ ПРИ ВЫСОКИХ ДАВЛЕНИЯХ Российский патент 2022 года по МПК F02K9/64 

В настоящее время к разрабатываемым жидкостным ракетным двигателям предъявляются предельно высокие требования по экономичности и массовым характеристикам.

Обеспечение высокой экономичности требует выполнения сверхзвуковой части сопла с высокой степенью расширения (отношения площади выходного сечения сопла к площади критического сечения) порядка ~150 и выше.

В разрабатываемых в России двигателях сверхзвуковые части сопла состоят из нескольких секций, соединенных между собой с помощью сварки.

Известна конструкция охлаждаемого сопла «Маршевый двигатель ракеты-носителя «Энергия» кислородно-водородный ЖРД РД0120» УДК 629.7036.54-6 стр. 130 - принятая за прототип.

Большегабаритное сопло этого двигателя длиной ~3 м и срезом сопла 2,28 м выполнено из трех паяных секций, соединенных между собой с помощью сварки. Паяные секции имеют постоянную толщину ребер и переменную величину канала охлаждения. Максимальное давление охладителя в сопле возможно не более 400÷450 кгс/см².

Недостатком такой конструкции является большая масса сопла из-за стыков блоков и невозможность обеспечения высоких значений давления ~800÷850 кгс/см².

В последнее время развитие высоких технологий (получение конструкций сопловой части с помощью лазерного спекания) дало возможность обеспечить в трактах охлаждения давление ~850 кгс/см², что обеспечивает существенное повышение энергетических характеристик двигателей, работающих, например, по схеме «газ-газ».

Поставленная задача улучшения энергомассовых характеристик достигается тем, что камера ЖРД, работающая при высоких давлениях, содержащая сверхзвуковую часть сопла с каналами охлаждения, согласно изложению, каналы охлаждения с ребрами с изменяющимся углом поворота вдоль продольной оси камеры до места перехода на увеличенное количество каналов и ребер, которое определяется толщиной ребер и величиной каналов по зависимости а для обеспечения выравнивания расхода охладителя в ребрах выполнены выборки, соединенные между собой каналами в кольцевом ребре.

δ_ребра - толщина ребра;

δ_канала - толщина канала;

n - число ребер;

α - угол наклона ребер сопловой части 2;

D - переменный диаметр профиля сопловой части 2;

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

На фиг. 1 показана камера 1 со сверхзвуковой частью сопла 2, подводной магистралью 3 и отводной магистралью 4, где:

5 - переменные каналы охлаждения в количестве n₁ на выходе имеющие угол α₁;

6 - ребра переменной толщины в количестве n₁ на выходе имеющие угол α₁;

7 - кольцевая стенка;

8 - переменные каналы охлаждения в количестве n₂, на выходе имеющие угол α₂;

9 - ребра переменной толщины в количестве n₂, на выходе имеющие угол α₂.

На фиг. 2 показан переток охлаждающего компонента через отверстия 10 в кольцевой стенке 11 в выборках 12 в ребрах 6 и 9.

Камера работает следующим образом. По соответствующей команде охлаждающий компонент поступает в подводную магистраль 3, расположенную на сверхзвуковой части 2 камеры 1. Из подводной магистрали 3 охлаждающий компонент поступает в n₁ каналов охлаждения 5. Поступая по каналам охлаждения с изменяющимся углом поворота по длине сопла, охлаждающий компонент охлаждает ребра 6 переменного сечения (из-за увеличения проточной газовой полости сопла) до диаметра D₁ равного

где t_pe6pa и t_канала - допустимая величина толщины ребра и допустимая величина канала охлаждения, определяются расчетом охлаждения.

t_канала - величина продольного сечения канала;

t_ребра - толщина ребра;

n₁ - число каналов в сверхзвуковой части 2;

α₁ - угол наклона каналов в сверхзвуковой части 2;

n₂ - число каналов в другой сверхзвуковой части сопла;

α₂ - _угол наклона каналов 8 в другой части сопла.

На диаметре D₁ охлаждающий компонент проходит через отверстия 10 в кольцевой стенке 11 и выравнивается в проточках 12 ребер 6 и 9 и поступает в охлаждающие каналы 8 в количестве n_2; значительно больше количества n₁. Протекая по каналам переменной величины 8 с изменяющимся углом поворота по длине, компонент охлаждает ребра 9 переменного сечения до диаметра D_cp, равного

У среза сопла охладитель разворачивается и поступает в выходную магистраль 4.

Использование предложенного технического решения позволяет существенно повысить давление в тракте охлаждения до 850 кгс/см² и улучшить массовые характеристики за счет устранения стыков и значительно повысить энергетические характеристики камеры двигателя, работающего, например, по схеме «газ-газ».

Изобретение относится к камерам жидкостных ракетных двигателей (ЖРД). Камера ЖРД, работающая при высоких давлениях, содержащая сверхзвуковую часть сопла с каналами охлаждения, подводные и отводные магистрали, при этом каналы охлаждения с ребрами выполнены с изменяющимся углом поворота от продольной оси камеры до места перехода на увеличенное количество каналов и ребер, которое определяется толщиной ребер и величиной каналов по зависимости

где δ_ребра - толщина ребра; δ_канала - толщина канала; n - число ребер; α - угол наклона ребер части 2; D - переменный диаметр профиля сопловой части, а для обеспечения выравнивания расхода охладителя в ребрах выполнены выборки, соединенные между собой каналами в кольцевом ребре. Изобретение обеспечивает улучшение энергомассовых характеристик. 2 ил.

Камера жидкостного ракетного двигателя (ЖРД), работающая при высоких давлениях, содержащая сверхзвуковую часть сопла с каналами охлаждения, подводные и отводные магистрали, отличающаяся тем, что каналы охлаждения с ребрами с изменяющимся углом поворота вдоль продольной оси камеры до места перехода на увеличенное количество каналов и ребер определяется толщиной ребер и величиной каналов по зависимости где

δ_ребра - толщина ребра;

δ_канала - толщина канала;

n - число ребер;

α - угол наклона ребер в сопловой части;

D - переменный диаметр профиля сопловой части,

а для обеспечения выравнивания расхода охладителя в ребрах выполнены выборки, соединенные между собой каналами в кольцевом ребре.