FR2974151A1 - Injection element for injecting cryogenic liquid propellant mixture into e.g. single-element combustion chamber of rocket engine, has annular pipe injecting propellant into chamber and enclosing central body having mixture ignition device - Google Patents

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Abstract

The element (201) has first and second annular pipes (206, 207) injecting two cryogenic liquid propellants (E1, E2) into combustion chambers, respectively, where the second annular pipe is arranged coaxial to and outwardly adjacent to the first annular pipe. The first annular pipe encloses a central body (205). The central body comprises a direct propellant mixture ignition device formed with a cavity (209) that communicates with a hot fluid source and with an external surface (210) of the central body through an oblique opening (211) to inject hot fluid e.g. hot gas, in the chambers. The hot fluid source is a pyrotechnic device or a torch. An independent claim is also included for a method for igniting propellant mixture in a combustion chamber.

Description

La présente invention concerne un élément d'injection d'un mélange de deux ergols dans une chambre de combustion, plus particulièrement conçu pour un moteur fusée avec au moins une chambre de combustion du type comprenant un injecteur regroupant un ou une pluralité de tels éléments d'injection. L'invention concerne plus particulièrement un perfectionnement apporté à un tel élément d'injection, dans sa partie aval où s'effectue le mélange des deux ergols, afin de faciliter l'allumage de ce mélange. Le document de brevet FR 2 712 030 Al décrit un injecteur de deux ergols dans une chambre de combustion de moteur fusée comprenant une structure d'alimentation où les deux ergols alimentent une pluralité d'éléments d'injection agencés parallèlement les uns aux autres, dans une configuration axisymétrique sur la surface d'une structure dite « plaque d'injection », circulaire, faisant partie de l'injecteur. Une telle plaque d'injection peut ainsi être associée à un assez grand nombre d'éléments d'injection, par exemple jusqu'à une centaine ou plus, conjuguant leur débit unitaire pour fournir le débit global du moteur. Dans cet injecteur de l'état de la technique, chaque élément d'injection comprend un premier conduit pour l'injection du premier ergol, et un deuxième conduit pour l'injection du deuxième ergol, le deuxième conduit étant annulaire, coaxial et extérieurement adjacent au premier conduit. Dans le présent contexte on entend par « conduit annulaire » un conduit dont une coupe radiale fait apparaître une section débitante annulaire, tandis que par « conduit tubulaire » on entend un conduit à la section pleine. En outre, les termes « amont » et « aval » sont définis en fonction du sens d'écoulement des ergols. Ainsi, les ergols étant injectés dans la chambre de combustion à travers des conduits coaxiaux des éléments d'injection de l'injecteur de FR 2 712 030 Al, les turbulences provoquées dans les couches limites entre les débits concentriques et adjacents peuvent assurer un mélange homogène des deux ergols par cisaillement dans leur écoulement. Toutefois, à partir de ce concept de base, dans lequel le premier conduit est tubulaire, on rencontre des difficultés à faire évoluer les paramètres géométriques pour augmenter la puissance individuelle dudit The present invention relates to an injection element of a mixture of two propellants in a combustion chamber, more particularly designed for a rocket engine with at least one combustion chamber of the type comprising an injector grouping one or a plurality of such elements. 'injection. The invention relates more particularly to an improvement made to such an injection element, in its downstream part where the mixing of the two propellants is carried out, in order to facilitate the ignition of this mixture. Patent document FR 2,712,030 A1 describes an injector of two propellants in a rocket engine combustion chamber comprising a feed structure where the two propellants feed a plurality of injection elements arranged parallel to each other, in an axisymmetric configuration on the surface of a so-called "injection plate" circular structure forming part of the injector. Such an injection plate can thus be associated with a large number of injection elements, for example up to a hundred or more, combining their unit rate to provide the overall flow of the engine. In this injector of the state of the art, each injection element comprises a first conduit for the injection of the first propellant, and a second conduit for the injection of the second propellant, the second duct being annular, coaxial and externally adjacent. at the first conduit. In the present context, the term "annular duct" means a duct whose radial section shows an annular flow section, while "tubular duct" means a duct to the solid section. In addition, the terms "upstream" and "downstream" are defined according to the flow direction of the propellants. Thus, since the propellants are injected into the combustion chamber through coaxial ducts of the injection elements of the FR injector, the turbulences caused in the boundary layers between the concentric and adjacent flows can ensure homogeneous mixing. two propellants by shear in their flow. However, from this basic concept, in which the first conduit is tubular, there are difficulties in changing the geometric parameters to increase the individual power of said

élément d'injection sans dégrader la qualité de l'injection et de la combustion. En outre, pour initier la réaction entre les deux ergols, il est normalement nécessaire d'intégrer un dispositif d'allumage dans la chambre de combustion. Pour cela, il a été proposé d'intégrer le dispositif d'allumage dans la plaque d'injection, par exemple centralement ou en remplacement d'un des éléments d'injection, ou latéralement dans la chambre de combustion. Dans les deux cas, l'encombrement du dispositif d'allumage représente un inconvénient pour le dimensionnement de la chambre de combustion. La présente invention vise à remédier à ces deux inconvénients. En outre, la présente invention vise aussi à réduire la distance entre, d'une part la zone de mélange des ergols et d'autre part zone de dépôt d'énergie permettant l'allumage, afin d'assurer un allumage régulier, reproductible et fiable. Ces buts sont atteints grâce au fait que, dans un élément d'injection suivant au moins un mode de réalisation, le premier conduit est aussi annulaire, entourant un corps central de l'élément d'injection, ledit corps central comprenant un dispositif d'allumage du mélange. injection element without degrading the quality of injection and combustion. In addition, to initiate the reaction between the two propellants, it is normally necessary to integrate an ignition device in the combustion chamber. For this, it has been proposed to integrate the ignition device in the injection plate, for example centrally or in replacement of one of the injection elements, or laterally in the combustion chamber. In both cases, the size of the ignition device represents a disadvantage for the dimensioning of the combustion chamber. The present invention aims to remedy these two drawbacks. In addition, the present invention also aims at reducing the distance between, on the one hand, the propellant mixing zone and, on the other hand, the energy deposition zone allowing ignition, in order to ensure a regular, reproducible ignition and reliable. These objects are achieved by virtue of the fact that, in an injection element according to at least one embodiment, the first conduit is also annular, surrounding a central body of the injection element, said central body comprising a device ignition of the mixture.

Grâce à ces dispositions, on peut réduire la section de passage du premier ergol circulant dans le premier conduit en jouant sur le diamètre du corps central. Par conséquent, même si on augmente les sections de passage de tous les conduits pour augmenter la puissance d'un tel élément d'injection, il est possible de faire en sorte que la vitesse de l'ergol circulant dans le premier conduit, annulaire, ne diminue pas, toutes choses égales par ailleurs. La qualité de l'injection et de la combustion peut ainsi être maintenue de manière indépendante au dimensionnement de l'élément d'injection. En outre, l'intégration du dispositif d'allumage dans le corps central facilite son intégration dans l'injecteur, sans encombrement supplémentaire, et avec une flexibilité dans son positionnement liée à la distribution des éléments d'injection sur la surface de la plaque d'injection. En particulier, ledit dispositif d'allumage peut comprendre une cavité dans le corps central, apte à être mise en communication avec une source de fluide chaud, et débouchant sur un orifice sur une surface externe du corps central pour injecter le fluide chaud dans la chambre de combustion. Thanks to these arrangements, it is possible to reduce the passage section of the first propellant flowing in the first duct by varying the diameter of the central body. Therefore, even if the passage sections of all the ducts are increased in order to increase the power of such an injection element, it is possible to make the speed of the propellant circulating in the first duct, annular, do not diminish, all things being equal. The quality of the injection and combustion can thus be maintained independently to the dimensioning of the injection element. In addition, the integration of the ignition device in the central body facilitates its integration into the injector, without additional space, and with flexibility in its positioning related to the distribution of the injection elements on the surface of the plate. 'injection. In particular, said ignition device may comprise a cavity in the central body, adapted to be placed in communication with a source of hot fluid, and opening onto an orifice on an outer surface of the central body for injecting the hot fluid into the chamber of combustion.

Ainsi, l'apport énergétique nécessaire pour déclencher l'ignition du mélange d'ergols peut être apporté au mélange par ce jet de fluide chaud. La source de fluide chaud peut être, par exemple, un dispositif pyrotechnique, c'est-à-dire, comportant une charge d'ergol solide, ou une torche. On entend par torche, dans ce contexte, un dispositif configuré pour chauffer un fluide à très haute température. En particulier, le fluide peut être chauffé dans la torche par réaction chimique, en particulier par décomposition catalytique, par résonance acoustique, ou par des moyens électromagnétiques. Le fluide chaud ainsi généré par la torche peut prendre la forme d'un gaz chaud ou d'un plasma. Alternativement, toutefois, le dispositif d'allumage peut être configuré pour apporter directement une énergie d'allumage au mélange d'ergols, par exemple par une décharge électrique et/ou un laser focalisé. Afin d'encore améliorer le mélange des deux ergols en aval, un élément d'injection suivant au moins un mode de réalisation comporte en outre un troisième conduit, configuré pour injecter aussi le premier ergol, ledit troisième conduit étant annulaire et coaxial aux premier et deuxième conduits et extérieurement adjacent au deuxième conduit. Ainsi, un double cisaillement de l'écoulement du deuxième ergol entre un débit intérieur et un débit extérieur du premier ergol peut résulter en une encore meilleure homogénéisation du mélange. L'invention concerne également un injecteur comportant un ou plusieurs éléments d'injection tels que décrits ci-dessus, une chambre de combustion comportant un tel injecteur, ainsi qu'un moteur fusée comportant une telle chambre de combustion. Par « chambre de combustion » on entend, dans le présent contexte, non seulement une chambre de combustion principale mono-élément d'un moteur fusée, mais aussi, entre autres, un ou plusieurs éléments d'une chambre de combustion multiéléments, une préchambre de moteur à combustion étagée, ou un générateur de gaz pour, par exemple, l'actionnement d'une turbopompe d'alimentation en ergols. L'invention concerne égarement un procédé d'allumage d'un mélange d'au moins un premier ergol et un deuxième ergol dans une chambre de combustion, dans lequel lesdits premier et deuxième ergols sont injectés séparément dans la chambre de combustion par un élément d'injection comprenant au moins un premier et un deuxième conduits annulaires Thus, the energy required to trigger the ignition of the propellant mixture can be provided to the mixture by this jet of hot fluid. The source of hot fluid may be, for example, a pyrotechnic device, that is to say, comprising a solid propellant charge, or a torch. Torch means, in this context, a device configured to heat a fluid at a very high temperature. In particular, the fluid can be heated in the torch by chemical reaction, in particular by catalytic decomposition, acoustic resonance, or by electromagnetic means. The hot fluid thus generated by the torch can take the form of a hot gas or a plasma. Alternatively, however, the ignition device may be configured to directly supply ignition energy to the propellant mixture, for example by an electric discharge and / or a focused laser. In order to further improve the mixing of the two propellants downstream, an injection element according to at least one embodiment further comprises a third duct, configured to also inject the first propellant, said third duct being annular and coaxial with the first and second duct and externally adjacent to the second duct. Thus, a double shear of the flow of the second propellant between an internal flow and an external flow rate of the first propellant may result in even better homogenization of the mixture. The invention also relates to an injector comprising one or more injection elements as described above, a combustion chamber comprising such an injector, and a rocket engine comprising such a combustion chamber. By "combustion chamber" is meant, in the present context, not only a single-element main combustion chamber of a rocket engine, but also, inter alia, one or more elements of a multi-element combustion chamber, a prechamber staged combustion engine, or a gas generator for, for example, the actuation of a propellant supply turbopump. The invention relates loosely to a process for igniting a mixture of at least one first propellant and a second propellant in a combustion chamber, wherein said first and second propellants are separately injected into the combustion chamber by a propellant element. injection comprising at least a first and a second annular ducts

coaxiaux, le premier ergol étant injecté à travers du premier conduit, et le deuxième ergol étant injecté à travers le deuxième conduit, extérieurement adjacent au premier conduit, lesdits premier et deuxième ergol se mélangeant par des turbulences entre les deux ergols en aval desdits premier et deuxième conduits ; et dans lequel le mélange est allumé par un dispositif d'allumage incorporé dans un corps central de l'élément d'injection, ledit corps central étant entouré par le premier conduit. En particulier, dans au moins un mode de réalisation d'un tel procédé, le dispositif d'allumage allume le mélange par injection, dans la chambre de combustion, d'un fluide chaud provenant d'une source de fluide chaud, à travers une cavite dans le corps central qui débouche sur un orifice sur une surface externe du corps central. Alternativement, toutefois, le dispositif d'allumage peut allumer le mélange par apport directe d'énergie, par exemple sous forme de décharge électrique ou laser. Dans au moins un mode de réalisation, le premier ergol est aussi injecté par un troisième conduit annulaire et coaxial aux premier et deuxième conduits et extérieurement adjacent au deuxième conduit. coaxial, the first propellant being injected through the first conduit, and the second propellant being injected through the second conduit, externally adjacent to the first conduit, said first and second propellant mixing by turbulence between the two propellants downstream of said first and second ducts; and wherein the mixture is ignited by an igniter incorporated in a central body of the injection member, said central body being surrounded by the first conduit. In particular, in at least one embodiment of such a method, the ignition device ignites the mixture by injection, into the combustion chamber, of a hot fluid from a source of hot fluid, through a cavity in the central body which opens onto an orifice on an external surface of the central body. Alternatively, however, the ignition device can ignite the mixture by direct supply of energy, for example in the form of electric or laser discharge. In at least one embodiment, the first propellant is also injected by a third annular duct and coaxial with the first and second ducts and externally adjacent to the second duct.

L'invention sera bien comprise et ses avantages apparaîtront mieux, à la lecture de la description détaillée qui suit, de deux modes de réalisation représentés à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux dessins annexés sur lesquels : la figure 1 est une vue schématique d'un moteur fusée à ergols 25 liquides la figure 2 est une coupe longitudinale d'un élément d'injection suivant un premier mode de réalisation ; la figure 3 est une coupe longitudinale d'un élément d'injection suivant un deuxième mode de réalisation ; 30 la figure 4 est une coupe longitudinale d'un élément d'injection suivant un troisième mode de réalisation ; et la figure 5 est une coupe longitudinale d'un élément d'injection suivant un quatrième mode de réalisation. Un moteur fusée 1 à ergols liquides, en particulier à ergols liquides 35 cryogéniques, est illustré schématiquement sur la figure 1. Ce moteur fusée 1 comporte un réservoir 2 pour le premier ergol, un réservoir 3 pour le deuxième ergol, un générateur de gaz 4 alimenté par les premier et deuxième ergols, une turbopompe 5 actionné par les gaz de combustion provenant du générateur de gaz 4, une chambre de combustion principale 6 alimentée en ergols par la turbopompe 5, et une tuyère convergente-divergente 7 pour l'éjection propulsive des gaz de combustion générés dans la chambre de combustion principale 6. Afin d'obtenir une combustion efficace tant dans le générateur de gaz 4 que dans la chambre de combustion principale 6, ces composants comportent des organes d'injection des ergols permettant d'obtenir un 10 mélange et une distribution homogènes des ergols. Typiquement, ces organes d'injection prennent la forme d'injecteurs comprenant une plaque d'injection dans laquelle sont distribués plusieurs éléments d'injection des deux ergols selon une configuration axi-symétrique. Sur la figure 2, on a représenté la partie terminale d'un élément 15 d'injection 201 à structure tri-coaxiale pour l'injection et le mélange de deux ergols El, E2. L'élément d'injection 201 présente un axe de symétrie X, lequel est aussi l'axe principal d'écoulement des ergols El, E2. La façon dont les différentes parties constitutives de cet élément d'injection sont agencées les unes par rapport aux autres et maintenues dans leurs 20 positions respectives tout en étant connectées aux deux circuits d'alimentation des ergols El, E2, n'est pas représentée. L'élément d'injection 201 comprend, dans sa partie terminale, trois parois tubulaires 202,203,204 concentriques autour d'un corps central 205 de manière à former un premier, un deuxième et un troisième conduits 25 206,207,208 annulaires et coaxiaux. Un retrait RE est défini entre l'extrémité de l'enveloppe externe, c'est-à-dire la paroi tubulaire plus externe 204 et les parois intermédiaires 202,203. La paroi externe 204 peut être part de la plaque d'injection elle-même, et les parois intermédiaires 202,203 pourraient être intégrées dans un seul corps uni en 30 amont. Le premier et le troisième conduits 206, 208 sont configurés pour l'injection du premier ergol El, tandis que le deuxième conduit 207, situé radialement adjacent à l'extérieur du premier conduit 206 et à l'intérieur du troisième conduit 208, est configuré pour l'injection du deuxième ergol 35 E2. Le premier et le deuxième ergols El, E2 étant injectés à des vitesses différentes lors du fonctionnement de l'élément d'injection 201, les The invention will be better understood and its advantages will appear better, on reading the detailed description which follows, of two embodiments shown by way of non-limiting examples. The description refers to the accompanying drawings, in which: FIG. 1 is a schematic view of a liquid propellant rocket engine; FIG. 2 is a longitudinal section of an injection element according to a first embodiment; Figure 3 is a longitudinal section of an injection element according to a second embodiment; Figure 4 is a longitudinal section of an injection element according to a third embodiment; and FIG. 5 is a longitudinal section of an injection element according to a fourth embodiment. A rocket engine 1 with liquid propellants, in particular with cryogenic liquid propellants, is illustrated schematically in FIG. 1. This rocket engine 1 comprises a reservoir 2 for the first propellant, a reservoir 3 for the second propellant, a gas generator 4 fed by the first and second propellants, a turbopump 5 actuated by the combustion gases from the gas generator 4, a main combustion chamber 6 fed with propellants by the turbopump 5, and a convergent-divergent nozzle 7 for the propulsive ejection combustion gases generated in the main combustion chamber 6. In order to obtain an efficient combustion both in the gas generator 4 and in the main combustion chamber 6, these components comprise propellant injection members making it possible to obtain homogeneous mixing and distribution of the propellants. Typically, these injection members take the form of injectors comprising an injection plate in which are distributed several injection elements of the two propellants in an axi-symmetrical configuration. FIG. 2 shows the end portion of an injection element 201 with a tri-coaxial structure for injecting and mixing two propellants E1, E2. The injection element 201 has an axis of symmetry X, which is also the main axis of flow propellants El, E2. The way in which the different constituent parts of this injection element are arranged relative to each other and maintained in their respective positions while being connected to the two propellant supply circuits El, E2, is not shown. The injection element 201 comprises, in its end portion, three concentric tubular walls 202, 203, 204 around a central body 205 so as to form a first, a second and a third annular and coaxial ducts 206,207,208. A shrinkage RE is defined between the end of the outer shell, i.e., the outermost tubular wall 204 and the intermediate walls 202, 203. The outer wall 204 may be part of the injection plate itself, and the intermediate walls 202, 203 may be integrated into a single plain body upstream. The first and third ducts 206, 208 are configured for the injection of the first ergol El, while the second duct 207, located radially adjacent to the outside of the first duct 206 and inside the third duct 208, is configured for the injection of the second propellant 35 E2. The first and second propellants El, E2 being injected at different speeds during operation of the injection element 201, the

cisaillements à l'intérieur et à l'extérieur du flux annulaire du deuxième ergol E2 dans le retrait RE, produisent des turbulences dans les flux des deux ergols E1,E2 assurant un mélange homogène des deux ergols E1, E2. En outre, comme les trois conduits 206, 207 et 208 sont annulaires, le dimensionnement de l'élément d'injection 201 peut facilement être adapté au débit total d'ergols requis. Le corps central 205 comporte un dispositif d'allumage comprenant une cavité interne 209 en communication avec la surface externe 210 du corps central 205 à travers un orifice 211 oblique. La cavité interne 209 est aussi connectée à une source de fluide chaud (non illustrée). Cette source de fluide chaud peut être un dispositif pyrotechnique avec une charge d'ergol solide, ou bien une torche alimenté en fluide. Le fluide d'alimentation de la torche peut être au moins un ergol, et en particulier au moins un des ergols El et E2, le chauffage s'effectuant ainsi par une réaction chimique, comme, par exemple une décomposition catalytique d'un ergol dans la torche. Le fluide d'alimentation peut toutefois être aussi un fluide inerte, tel que par exemple l'hélium, et être chauffé dans la torche par des moyens acoustiques ou électromagnétiques. En particulier dans ce deuxième cas, ce fluide pourrait même être chauffé jusqu'à l'état de plasma. Ainsi, pour déclencher le fonctionnement d'une chambre de combustion comportant un injecteur avec une pluralité d'éléments d'injection dont au moins un élément d'injection 201 tel que celui illustré sur la figure 2, d'abord on commence à injecter lesdits premier et deuxième ergols El, E2 dans la chambre de combustion, le premier ergol El étant injecté à travers des premier et troisième conduits 206, 208, et le deuxième ergol E2 étant injecté à travers le deuxième conduit 207. Dans le retrait RE, en aval des conduits 206,207 et 208, lesdits premier et deuxième ergol se mélangent par des turbulences entre les deux ergols El, E2. Pour allumer ce mélange, la source de fluide chaud connectée au dispositif d'allumage dans le corps central 205 est activée, et ainsi le fluide chaud, en particulier gaz chaud ou plasma, circulant à travers la cavité interne 209 et l'orifice 211 est injecté dans la chambre de combustion obliquement au mélange des ergols E1,E2, énergisant ce mélange et provoquant son ignition. shearing inside and outside the annular flow of the second propellant E2 in the RE recess, produce turbulence in the flows of the two propellants E1, E2 ensuring a homogeneous mixture of the two propellants E1, E2. In addition, since the three ducts 206, 207 and 208 are annular, the dimensioning of the injection element 201 can easily be adapted to the total flow rate of propellants required. The central body 205 comprises an ignition device comprising an internal cavity 209 in communication with the outer surface 210 of the central body 205 through an oblique orifice 211. Internal cavity 209 is also connected to a source of hot fluid (not shown). This source of hot fluid may be a pyrotechnic device with a solid propellant charge, or a torch supplied with fluid. The torch supply fluid may be at least one propellant, and in particular at least one of the propellants E1 and E2, the heating thus being effected by a chemical reaction, such as, for example, a catalytic decomposition of a propellant in the torch. The supply fluid may however also be an inert fluid, such as for example helium, and be heated in the torch by acoustic or electromagnetic means. In particular in this second case, this fluid could even be heated to the plasma state. Thus, to trigger the operation of a combustion chamber comprising an injector with a plurality of injection elements including at least one injection element 201 such as that illustrated in FIG. 2, firstly, injection is started first and second propellants El, E2 in the combustion chamber, the first propellant El being injected through first and third ducts 206, 208, and the second propellant E2 being injected through the second duct 207. In the recess RE, in downstream of conduits 206,207 and 208, said first and second propellant mix by turbulence between the two propellants El, E2. To ignite this mixture, the source of hot fluid connected to the ignition device in the central body 205 is activated, and thus the hot fluid, in particular hot gas or plasma, flowing through the internal cavity 209 and the orifice 211 is injected into the combustion chamber obliquely to the propellant mixture E1, E2, energizing this mixture and causing its ignition.

Bien que le premier mode de réalisation concerne un élément d'injection avec un dispositif d'allumage par injection de fluide chaud, le même concept peut aussi être appliqué avec des dispositifs d'allumage par apport direct d'énergie au mélange d'ergols. Ainsi, dans un deuxième mode de réalisation illustré sur la figure 3, le corps central 205 comprend un dispositif d'allumage direct du mélange, sous forme d'une électrode 212 connectée à une source électrique B. Un pôle opposé de la source électrique B est connecté à la paroi externe 204 de manière à générer une décharge électrique S traversant le mélange des ergols E1,E2 afin d'apporter directement une énergie d'allumage à ce mélange et provoquer son ignition. Les éléments restants de l'élément d'injection 201 illustré ont sensiblement les mêmes caractéristiques et fonctions que ceux du premier mode de réalisation et reçoivent en conséquence les mêmes chiffres de référence sur le dessin. Although the first embodiment relates to an injection element with a hot fluid injection ignition device, the same concept can also be applied with ignition devices by direct supply of energy to the propellant mixture. Thus, in a second embodiment illustrated in FIG. 3, the central body 205 comprises a device for direct ignition of the mixture, in the form of an electrode 212 connected to an electrical source B. An opposite pole of the electrical source B is connected to the outer wall 204 so as to generate an electric discharge S through the propellant mixture E1, E2 to directly provide ignition energy to the mixture and cause its ignition. The remaining elements of the injection element 201 illustrated have substantially the same characteristics and functions as those of the first embodiment and accordingly receive the same reference numerals in the drawing.

Dans un troisième mode de réalisation illustré sur la figure 4, le corps central 205 comprend aussi un dispositif d'allumage direct du mélange, sous forme, dans ce cas, d'une fenêtre transparente 213 entre la surface externe 210 et une cavité interne 209 du corps central, et une source laser (non illustrée), située dans ce corps central et arrangé pour émettre, à travers cette fenêtre 213, un rayon laser focalisé L afin d'apporter directement l'énergie d'allumage au mélange des ergols El, E2 et provoquer son ignition. Les éléments restants de l'élément d'injection 201 illustré ont aussi sensiblement les mêmes caractéristiques et fonctions que ceux du premier mode de réalisation et reçoivent en conséquence les mêmes chiffres de référence sur le dessin. Bien que les modes de réalisation précédents concernent des éléments d'injection tri-coaxiaux, le même concept peut aussi être appliqué à des éléments d'injection coaxiaux simples. Ainsi, dans un quatrième mode de réalisation illustré sur la figure 5, l'élément d'injection 201 comprend, dans sa partie terminale, deux parois tubulaires 202, 204 concentriques autour d'un corps central 205 de manière à former un premier et un deuxième conduits 206,207 annulaires et coaxiaux. Un retrait RE est défini entre l'extrémité de l'enveloppe externe, c'est-à-dire la paroi tubulaire externe 204 et la paroi intermédiaire 202. La paroi 204 peut être intégrée dans la plaque d'injection elle-même. In a third embodiment illustrated in FIG. 4, the central body 205 also comprises a device for direct ignition of the mixture, in the form, in this case, of a transparent window 213 between the external surface 210 and an internal cavity 209. of the central body, and a laser source (not shown), located in this central body and arranged to emit, through this window 213, a focused laser beam L to directly supply the ignition energy to the El propellant mixture. , E2 and cause its ignition. The remaining elements of the injection member 201 illustrated also have substantially the same characteristics and functions as those of the first embodiment and accordingly receive the same reference numbers in the drawing. Although the above embodiments relate to tri-coaxial injection elements, the same concept can also be applied to simple coaxial injection elements. Thus, in a fourth embodiment illustrated in FIG. 5, the injection element 201 comprises, in its end part, two concentric tubular walls 202, 204 around a central body 205 so as to form a first and an second ducts 206,207 annular and coaxial. A shrinkage RE is defined between the end of the outer shell, that is to say the outer tubular wall 204 and the intermediate wall 202. The wall 204 may be integrated into the injection plate itself.

Le premier conduit 206 est configuré pour l'injection du premier ergol El, tandis que le deuxième conduit 207, situé radialement adjacent à l'extérieur du premier conduit 206, est configuré pour l'injection du deuxième ergol E2. Le premier et le deuxième ergols El, E2 étant injectés à des vitesses différentes lors du fonctionnement de l'élément d'injection 201, le cisaillements entre les flux annulaires des deux ergols El, E2 dans le retrait RE produisent des turbulences assurant un mélange homogène des deux ergols El, E2. En outre, comme les deux conduits 206, 207 sont annulaires, le dimensionnement de l'élément d'injection 201 peut facilement être adapté au débit total d'ergols requis. Comme dans le premier mode de réalisation, le corps central 205 comporte un dispositif d'allumage comprenant une cavité interne 209 en communication avec la surface externe 210 du corps central 205 à travers un orifice 211 oblique. La cavité interne 209 est aussi connectée à une source de fluide chaud (non illustrée). Ainsi, pour déclencher le fonctionnement d'une chambre de combustion comportant un injecteur avec une pluralité d'éléments d'injection dont au moins un élément d'injection 201 suivant ce deuxième mode de réalisation, d'abord on commence à injecter lesdits premier et deuxième ergols El, E2 dans la chambre de combustion, le premier ergol El étant injecté à travers des premier et troisième conduits 206, 208, et le deuxième ergol E2 étant injecté à travers le deuxième conduit 207. Dans le retrait RE, en aval des conduits 206,207 et 208, lesdits premier et deuxième ergol se mélangent par des turbulences entre les deux ergols El, E2. Pour allumer ce mélange, la source de fluide chaud connectée au dispositif d'allumage dans le corps central 205 est activée, et ainsi le fluide chaud circulant à travers la cavité interne 209 et l'orifice 211 est injecté dans la chambre de combustion obliquement au mélange des ergols E1,E2, énergisant ce mélange et provoquant son ignition. The first conduit 206 is configured for the injection of the first ergol El, while the second conduit 207, located radially adjacent to the outside of the first conduit 206, is configured for the injection of the second propellant E2. The first and the second propellants E1, E2 being injected at different speeds during the operation of the injection element 201, the shear between the annular flows of the two propellants El, E2 in the RE shrinkage produce turbulence ensuring a homogeneous mixture two propellants El, E2. In addition, since the two ducts 206, 207 are annular, the dimensioning of the injection element 201 can easily be adapted to the total flow rate of propellants required. As in the first embodiment, the central body 205 includes an ignition device comprising an internal cavity 209 in communication with the outer surface 210 of the central body 205 through an oblique orifice 211. Internal cavity 209 is also connected to a source of hot fluid (not shown). Thus, to trigger the operation of a combustion chamber comprising an injector with a plurality of injection elements including at least one injection element 201 according to this second embodiment, first we start to inject said first and second ergol El, E2 in the combustion chamber, the first ergol El being injected through first and third conduits 206, 208, and the second propellant E2 being injected through the second conduit 207. In the withdrawal RE, downstream of conduits 206,207 and 208, said first and second propellant are mixed by turbulence between the two propellants El, E2. To ignite this mixture, the source of hot fluid connected to the ignition device in the central body 205 is activated, and thus the hot fluid flowing through the internal cavity 209 and the orifice 211 is injected into the combustion chamber obliquely at mixture of propellants E1, E2, energizing this mixture and causing its ignition.

Quoique la présente invention ait été décrite en se référant â des exemples de réalisation spécifiques, il est évident que des différentes modifications et changements peuvent être effectués sur ces exemples sans sortir de la portée générale de l'invention telle que définie par les revendications. En particulier, des caractéristiques individuelles des différents modes de réalisation illustrés peuvent être combinées dans des modes de réalisation additionnels. Par exemple, des dispositif d'allumage par apport direct d'énergie, tels que ceux des deuxième et troisième modes de réalisation, peuvent aussi être utilisés dans des éléments d'injection coaxiaux simples comme celui illustré par le quatrième mode de réalisation. Par conséquent, la description et les dessins doivent être considérés dans un sens illustratif plutôt que restrictif. Although the present invention has been described with reference to specific exemplary embodiments, it is evident that various modifications and changes can be made to these examples without departing from the general scope of the invention as defined by the claims. In particular, individual features of the various illustrated embodiments can be combined in additional embodiments. For example, direct energy ignition devices, such as those of the second and third embodiments, may also be used in simple coaxial injection elements such as that illustrated by the fourth embodiment. Therefore, the description and drawings should be considered in an illustrative rather than restrictive sense.

Claims (8)

REVENDICATIONS1. Elément d'injection (201) d'un mélange d'au moins un REVENDICATIONS1. Elément d'injection (201) d'un mélange d'au moins un premier ergol (El) et un deuxième ergol (E2) dans une chambre de combustion (4,6), comprenant un premier conduit (206) pour l'injection du premier ergol (El), et un deuxième conduit (207) pour l'injection du deuxième ergol (E2), le deuxième conduit (207) étant annulaire, coaxial et extérieurement adjacent au premier conduit (206), l'élément d'injection (201) étant caractérisé en ce que le premier conduit (206) est aussi annulaire, entourant un corps central (205) de l'élément d'injection (201), ledit corps central (205) comprenant un dispositif d'allumage du mélange. REVENDICATIONS1. Injection element (201) of a mixture of at least one CLAIMS1. Injection element (201) of a mixture of at least one first propellant (El) and a second propellant (E2) in a combustion chamber (4,6), comprising a first conduit (206) for injection of the first propellant (El), and a second duct (207) for the injection of the second propellant (E2), the second duct (207) being annular, coaxial and externally adjacent to the first duct (206), the element of injection (201) being characterized in that the first conduit (206) is also annular, surrounding a central body (205) of the injection element (201), said central body (205) comprising an ignition device of the mixed. 2. Elément d'injection (201) suivant la revendication 1, dans lequel ledit dispositif d'allumage comprend une cavité (209) dans le corps central (205), apte à être mise en communication avec une source de fluide chaud, et en communication avec une surface externe (210) du corps central (205) à travers un orifice (211) pour injecter le fluide chaud dans la chambre de combustion (4,6). The injection element (201) according to claim 1, wherein said ignition device comprises a cavity (209) in the central body (205), adapted to be placed in communication with a source of hot fluid, and communicating with an outer surface (210) of the central body (205) through an orifice (211) for injecting the hot fluid into the combustion chamber (4,6). 3. Elément d'injection (201) suivant la revendication 2, dans lequel la source de fluide chaud est un dispositif pyrotechnique ou une torche. Injection element (201) according to claim 2, wherein the source of hot fluid is a pyrotechnic device or a torch. 4. Elément d'injection (201) suivant la revendication 1, dans lequel ledit dispositif d'allumage est configuré pour apporter directement une énergie d'allumage au mélange d'ergols (E1,E2), par exemple par une décharge électrique (S) et/ou un rayon laser focalisé (L).. Injection element (201) according to claim 1, wherein said ignition device is configured to directly supply ignition energy to the propellant mixture (E1, E2), for example by an electric discharge (S ) and / or a focused laser beam (L). 5. Elément d'injection (201) suivant l'une quelconque des 25 revendications 1 à 4, comportant en outre un troisième conduit (208), configuré pour injecter aussi le premier ergol (El), ledit troisième conduit (208) étant annulaire et coaxial aux premier et deuxième conduits (206,207) et extérieurement adjacent au deuxième conduit (207). An injection element (201) according to any one of claims 1 to 4, further comprising a third conduit (208) configured to also inject the first propellant (El), said third conduit (208) being annular and coaxial with the first and second conduits (206,207) and externally adjacent to the second conduit (207). 6. Injecteur comportant un ou plusieurs éléments d'injection (201) suivant une quelconque des revendications 1 à 5. Injector comprising one or more injection elements (201) according to any one of claims 1 to 5. 7. Chambre de combustion (4,6) comportant au moins un injecteur suivant la revendication 6. Moteur fusée (1) comportant au moins une chambre de combustion (4,6) suivant la revendication 7. 7. Combustion chamber (4,6) comprising at least one injector according to claim 6. Rocket engine (1) comprising at least one combustion chamber (4,6) according to claim 7. 8. Procédé d'allumage d'un mélange d'au moins un premier ergol et un deuxième ergol (E2) dans une chambre de combustion (4,6 dans lequel lesdits premier et deuxième ergols (E1,E2) sont injectés séparément dans 5 la chambre de combustion (4,6) par un élément d'injection (201) comprenant au moins un premier et un deuxième conduits annulaires coaxiaux (206,207), le premier ergol (El) étant injecté par le premier conduit (206), et le deuxième ergol (E2) étant injecté par le deuxième conduit (207), extérieurement adjacent au premier conduit (206), lesdits 10 premier et deuxième ergol (E1,E2) se mélangeant par des turbulences entre les deux ergols (E1,E2) en aval desdits premier et deuxième conduits (206,207); et le mélange est allumé par un dispositif d'allumage incorporé dans un corps central (205) de l'élément d'injection (201), ledit corps central (205) étant 15 entouré par le premier conduit (206). 10. Procédé d'allumage suivant la revendication 9, dans lequel le dispositif d'allumage allume le mélange par injection, dans la chambre de combustion (4,6), d'un fluide chaud provenant d'une source de fluide chaud à travers une cavité (209) dans le corps central (205) qui débouche sur un orifice (211) sur une surface externe (210) du corps central (205). 11. Procédé d'allumage suivant la revendication 9, dans lequel le dispositif d'allumage allume le mélange par apport directe d'énergie, par exemple sous forme de décharge électrique ou laser. 12. Procédé d'allumage suivant l'une quelconque des revendications 9 à 11, dans lequel le premier ergol (El) est aussi injecté par un troisième conduit (208) annulaire et coaxial aux premier et deuxième conduits (206,207) et extérieurement adjacent au deuxième conduit (207). 8. A method of igniting a mixture of at least one first propellant and a second propellant (E2) in a combustion chamber (4,6) wherein said first and second propellants (E1, E2) are separately injected into the combustion chamber (4,6) by an injection element (201) comprising at least a first and a second annular coaxial ducts (206,207), the first propellant (El) being injected through the first duct (206), and the second propellant (E2) being injected by the second duct (207), externally adjacent to the first duct (206), said first and second propellant (E1, E2) being mixed by turbulence between the two propellants (E1, E2) downstream of said first and second conduits (206, 207) and the mixture is ignited by an ignition device incorporated in a central body (205) of the injection element (201), said central body (205) being surrounded by by the first conduit (206) 10. The ignition method according to claim 9, wherein the ignition device ignites the mixture by injection into the combustion chamber (4,6) of a hot fluid from a source of hot fluid through a cavity (209) in the central body (205) which opens onto an orifice (211) on an outer surface (210) of the central body (205). 11. Ignition method according to claim 9, wherein the ignition device ignites the mixture by direct supply of energy, for example in the form of electric or laser discharge. 12. The ignition method according to any one of claims 9 to 11, wherein the first propellant (El) is also injected by a third duct (208) annular and coaxial with the first and second ducts (206,207) and externally adjacent to the second conduit (207).
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10989144B2 (en) * 2016-01-29 2021-04-27 Arianegroup Sas Injection element having an ignition device

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3073122A (en) * 1959-06-02 1963-01-15 United Aircraft Corp Rocket igniter
FR2712030A1 (en) * 1993-11-03 1995-05-12 Europ Propulsion Injection system and associated tricoaxial injection elements.
FR2871553A1 (en) * 2004-06-09 2005-12-16 Deutsch Zentr Luft & Raumfahrt Fluid injection head for combustion chamber, has sections interpenetrating coaxially at axis and having wall zones delimiting distributor channels having extended output zones associated with fuel and oxidation agent flow respectively
FR2914368A1 (en) * 2007-03-30 2008-10-03 Snecma Sa Electrolytic igniter for e.g. cryogenic engine, has electric circuit to support central electrode with respect to potential of another electrode such that electrolyte causes inflammation of gaseous mixture at outlet of fuel injection device
DE102008028208A1 (en) * 2008-06-09 2009-12-17 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Combustion chamber apparatus and method for its operation
FR2933743A1 (en) * 2008-07-11 2010-01-15 Snecma Liquid or gas bipropellant injecting device for rocket engine, has annular channels oriented in converging manner by forming predefined angles to create liquid bipropellant bodies, where bodies create impact between them
FR2944062A1 (en) * 2009-04-06 2010-10-08 Snecma Tricoaxial structure type injector for injecting e.g. liquid hydrogen in combustion chamber of rocket engine, has aerodynamic bowl fixed at downstream end of injector body and widened toward inner side of combustion body

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3073122A (en) * 1959-06-02 1963-01-15 United Aircraft Corp Rocket igniter
FR2712030A1 (en) * 1993-11-03 1995-05-12 Europ Propulsion Injection system and associated tricoaxial injection elements.
FR2871553A1 (en) * 2004-06-09 2005-12-16 Deutsch Zentr Luft & Raumfahrt Fluid injection head for combustion chamber, has sections interpenetrating coaxially at axis and having wall zones delimiting distributor channels having extended output zones associated with fuel and oxidation agent flow respectively
FR2914368A1 (en) * 2007-03-30 2008-10-03 Snecma Sa Electrolytic igniter for e.g. cryogenic engine, has electric circuit to support central electrode with respect to potential of another electrode such that electrolyte causes inflammation of gaseous mixture at outlet of fuel injection device
DE102008028208A1 (en) * 2008-06-09 2009-12-17 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Combustion chamber apparatus and method for its operation
FR2933743A1 (en) * 2008-07-11 2010-01-15 Snecma Liquid or gas bipropellant injecting device for rocket engine, has annular channels oriented in converging manner by forming predefined angles to create liquid bipropellant bodies, where bodies create impact between them
FR2944062A1 (en) * 2009-04-06 2010-10-08 Snecma Tricoaxial structure type injector for injecting e.g. liquid hydrogen in combustion chamber of rocket engine, has aerodynamic bowl fixed at downstream end of injector body and widened toward inner side of combustion body

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10989144B2 (en) * 2016-01-29 2021-04-27 Arianegroup Sas Injection element having an ignition device

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