LT6464B - Spacecraft engine fuel spray-valve with a heat control system - Google Patents

Spacecraft engine fuel spray-valve with a heat control system Download PDF

Info

Publication number
LT6464B
LT6464B LT2016107A LT2016107A LT6464B LT 6464 B LT6464 B LT 6464B LT 2016107 A LT2016107 A LT 2016107A LT 2016107 A LT2016107 A LT 2016107A LT 6464 B LT6464 B LT 6464B
Authority
LT
Lithuania
Prior art keywords
valve
fuel
combustion chamber
heat
control system
Prior art date
Application number
LT2016107A
Other languages
Lithuanian (lt)
Other versions
LT2016107A (en
Inventor
Vytenis Buzas
BUZAS Vytenis
Original Assignee
UAB "Nanoavionika"
UAB „Nanoavionika“
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by UAB "Nanoavionika", UAB „Nanoavionika“ filed Critical UAB "Nanoavionika"
Priority to LT2016107A priority Critical patent/LT6464B/en
Publication of LT2016107A publication Critical patent/LT2016107A/en
Publication of LT6464B publication Critical patent/LT6464B/en
Priority to PCT/IB2017/056691 priority patent/WO2018078579A1/en

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02KJET-PROPULSION PLANTS
    • F02K9/00Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof
    • F02K9/42Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof using liquid or gaseous propellants
    • F02K9/60Constructional parts; Details not otherwise provided for
    • F02K9/68Decomposition chambers
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02KJET-PROPULSION PLANTS
    • F02K9/00Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02KJET-PROPULSION PLANTS
    • F02K9/00Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof
    • F02K9/42Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof using liquid or gaseous propellants
    • F02K9/44Feeding propellants
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02KJET-PROPULSION PLANTS
    • F02K9/00Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof
    • F02K9/42Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof using liquid or gaseous propellants
    • F02K9/44Feeding propellants
    • F02K9/52Injectors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)
  • Nozzles (AREA)

Abstract

Invention relates to the design of a spacecraft engine fuel spray-valve with a heat control system. The spray-valve consists of: a valve controller for moving the valve to open and close the fuel inlet to the combustion chamber; a valve closing / opening said opening; a housing connecting all parts of the spray-valve to the whole and having an O-shaped sealing ring, a protective filter and other function elements; a heat control system consisting of a heat transfer element and a thermal barrier to ensure the proper temperature of the fuel supply system and the fuel contained therein and the protection against overheating. The essence of the invention is by this technical solution eliminating the pipeline between the fuel supply control valve and the combustion chamber, ensuring precise and uniform pressure (during the entire specific pulse) fuel supply to the combustion chamber. This increases the engine's handling and fuel efficiency. The sprayer is easy to integrate into spacecraft engines.

Description

TECHNIKOS SRITISTECHNICAL FIELD

Išradimas priklauso erdvėlaivių variklių sričiai, o konkrečiau - erdvėlaivio variklio kuro tiekimo purkštuvo-vožtuvo ir jo šilumos nuvedimo konstrukcijoms.The present invention relates to the field of aerospace engines, and more particularly to aerospace engine fuel injector and valve and heat transfer designs.

TECHNIKOS LYGISTECHNICAL LEVEL

Šiuo aprašymu pateikiamas techninis sprendimas, kuris didina erdvėlaivių variklių efektyvumą, gerina jų valdomumą, efektyviau naudoja kurą. Techninio sprendimo esmė - eliminuoti kuro tekėjimo vamzdyną, esantį tarp kuro tekėjimo valdymo vožtuvo ir degimo kameros. Esant aprašyme pateikiamai kuro tiekimo sistemai, kad kuras nesprogtų nepasiekęs degimo kameros, reikalinga specifinė šilumos valdymo sistema.This description provides a technical solution that improves the efficiency of spacecraft engines, improves their controllability and uses fuel more efficiently. The essence of the technical solution is to eliminate the fuel flow pipeline between the fuel flow control valve and the combustion chamber. The fuel supply system described in the description requires a specific heat management system to prevent the fuel from exploding without reaching the combustion chamber.

Patento dokumentas US7757476B2 (paskelbtas 2010 m. liepos 20 d.) pateikia schematiškai kažkiek panašų sprendimą, tačiau cituojamo patento esmė yra kita nei pateikiama šiuo išradimu. Nors schematiškai kuro įleidimo vožtuvas parodytas šalia degimo kameros, tačiau, žiūrint tos srities specialisto akimis, vien iš brėžinio spręsti apie tikslią vožtuvo vietą ir su tuo susijusias technines funkcijas negalima, o pačiame aprašyme apie tai nėra jokio paaiškinimo. Taip pat cituojamame dokumente neminima tiesioginio kuro padavimo problema ar jos sprendimo būdai. Cituojamame dokumente pateikta recirkuliacinio aušinimo sistema iš esmės netinka šio išradimo atveju dėl per mažo šilumos kiekio (galios) nuvedimo galimybės.Patent document US7757476B2 (published July 20, 2010) provides a somewhat schematic solution, but the essence of the cited patent is different from that of the present invention. Although the fuel inlet valve is shown schematically next to the combustion chamber, the exact position of the valve and the related technical functions cannot be judged from the drawing alone, and no explanation is given in the description itself. Also, the cited document does not mention the problem of direct fuel supply or its solutions. The recirculating cooling system disclosed in the cited document is essentially unsuitable for the present invention due to the possibility of too little heat (power) being removed.

Patento dokumentas US4326377A (paskelbtas 1982 m. balandžio 27 d.) pateikia techninį sprendimą, kuris savo konstrukcija kažkiek panašus į šiuo aprašymu pateikiamą, tačiau cituojamame dokumente pristatyta kuro padavimui reikalingo spaudimo formavimo funkcija. Apie kuro tiesioginį padavimą į degimo kamerą nieko neminima. Tokiu būdu, nors šią konstrukciją galima laikyti artimiausiu analogu šiam išradimui, tačiau jos paskirtis - sukurti kuro slėgimą, o ne tiesioginis kuro tiekimas. Tokiu būdu cituojamame dokumente yra sprendžiama visai kita problema, kuri nesusieta su tiesioginiu kuro tiekimu, eliminuojant nereikalingą vamzdyną. Cituojamo techninio sprendimo konstrukcijos principai labiau tinkami didelės galios varikliams, taip pat yra sudėtinga konstrukcija.US4326377A, issued April 27, 1982, provides a technical solution that is somewhat similar in design to the one described herein, but which introduces a function of forming the pressure required to supply fuel. There is no mention of direct injection of fuel into the combustion chamber. Thus, although this design may be regarded as the closest analog to the present invention, its purpose is to provide fuel pressure rather than direct fuel delivery. The document thus quoted solves a completely different problem that is not related to direct fuel supply, eliminating unnecessary piping. The design principles of the quoted technical solution are more suitable for high power engines, as well as complex design.

Aukščiau išvardinti analogai pasižymi tokiais trūkumais:The above analogs have the following disadvantages:

- iš pateikiamos konstrukcijos ir aprašymo akivaizdu, kad paminėti analogai nesprendžia tiesioginio kuro padavimo problemos, lemiančios variklio efektyvumą;- it is clear from the construction and description that the above analogues do not solve the problem of direct fueling which determines engine efficiency;

- pateikiamos aušinimo sistemos konstrukciškai nepajėgios sudaryti sąlygas pakankamam aušinimui;- the cooling systems provided are not structurally capable of providing sufficient cooling;

- analoguose pateikiami sprendimai siaurai pritaikomi ir netinka kitos konstrukcijos varikliams.- Analog solutions are narrowly applicable and not suitable for other engine designs.

Šiame aprašyme toliau pateikiamas techninis sprendimas neturi aukščiau išvardintų trūkumų.The following technical solution in this description does not have the disadvantages listed above.

IŠRADIMO ESMĖTHE SUBSTANCE OF THE INVENTION

Išradimo esmė - šiuo techniniu sprendimu, eliminuojant vamzdyną tarp kuro tiekimo valdymo vožtuvo ir degimo kameros, užtikrinamas tikslus, vienodo spaudimo (viso specifinio impulso metu) kuro tiekimas į degimo kamerą. Dėl to padidėja variklio valdomumas, taip pat efektyviau naudojamas kuras. Purkštuvas-vožtuvas nesudėtingai integruojamas į erdvėlaivių variklius.The essence of the invention is that this technical solution, by eliminating the pipeline between the fuel supply control valve and the combustion chamber, ensures accurate, uniform pressure (throughout the specific impulse) supply of fuel to the combustion chamber. This results in increased engine control as well as improved fuel efficiency. Sprayer-valve is easy to integrate with spacecraft engines.

Šio išradimo objektas - erdvėlaivių variklių kuro purkštuvo-vožtuvo su šilumos valdymo sistema konstrukcija. Ši konstrukcija apima:The present invention relates to the construction of a fuel injector valve for aero-engines with a heat control system. This design includes:

vožtuvo valdiklį, skirtą judinti vožtuvą siekiant atidaryti ir uždaryti kuro patekimo į degimo kamerą kiaurymę;a valve controller for moving the valve to open and close the fuel inlet to the combustion chamber;

vožtuvą, uždarantį bei atidarantį minėtą kiaurymę;a valve closing and opening said aperture;

korpusą, sujungiantį visas purkštuvo-vožtuvo dalis į visumą bei turintis „O“ ar kitokios formos sandarumo žiedą, apsauginį filtrą ir kitas funkcijas atliekančius elementus;a housing integrating all parts of the sprayer-valve assembly and having an 'O' or other form of sealing ring, protective filter and other functions;

kur šilumos valdymo sistemą sudarytą iš šilumos nuvedimo elemento ir terminio barjero siekiant užtikrinti tinkamą kuro padavimo sistemos ir joje esančio kuro reikiamą temperatūrą apsaugant ją (sistemą) nuo per didelio įkaitinimo.wherein the heat management system is comprised of a heat transfer element and a thermal barrier to provide an appropriate temperature for the fuel feed system and the fuel contained therein to protect it (system) from overheating.

TRUMPAS BRĖŽINIŲ APRAŠYMASBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Pav. 1 pateiktas purkštuvo-vožtuvo su degimo kamera išilginis skerspjūvis.Fig. 1 shows a longitudinal cross-section of a spray-valve with a combustion chamber.

TINKAMIAUSI ĮGYVENDINIMO VARIANTAIPREFERRED EMBODIMENTS

Kosmose naudoti skirtose transporto priemonėse (toliau - erdvėlaiviuose) naudojami reaktyviniai varikliai. Anksčiau naudotas ir dabar plačiai naudojamas erdvėlaivių variklių kuras, pvz.: amonio perchloratas (eng: ammonium perchlorate / AP) ir/ar hidrazinas (eng: hydrazine)). Šis kuras yra toksiškas ir kenksmingas aplinkai, taip pat reikalauja sudėtingos įrangos tinkamai talpinti erdvėlaiviuose. Vienas iš labiausiai šiuo metu tyrinėjamų ir geriausių erdvėlaivių minėto kuro pakaitalų yra amonio dinitramido (eng: ammonium dinitramide / ADN) pagrindu sukurtas ir tobulinamas vienkomponentis kuras. ADN kuras neturi ankstesnio kuro trūkumų, taip pat yra didesnio energetinio efektyvumo, tačiau jis pasižymi kitokiomis fizinėmis ir cheminėmis savybėmis, dėl ko su ankstesniu kuru naudota įranga ir jos veikimo principai netinka ADN kuru varomiems varikliams.Space vehicles (hereinafter referred to as "spacecraft") use jet engines. Formerly and now widely used in aerospace engine fuels such as ammonium perchlorate (AP) and / or hydrazine (eng: hydrazine). This fuel is toxic and harmful to the environment and also requires sophisticated equipment to properly fit in spacecraft. One of the most researched and best spacecraft substitutes for this type of fuel is the one-component fuel developed and refined on the basis of ammonium dinitramide (ADN). ADN fuel does not have the disadvantages of previous fuel and is also more energy efficient, but it has different physical and chemical properties, which makes the equipment used and the operating principles of the previous fuel unsuitable for ADN fueled engines.

Keletas iš erdvėlaivio variklio efektyvumą nusakančių parametrų yra šie: specifinio impulso trukmė ir impulso frontų statumas. Kuo mažesnė impulsų trukmė tuo didesnės variklio traukos valdomumo galimybės. Kitas efektyvumą lemiantis ir nuo minimalios impulso trukmės priklausantis parametras - impulso fronto statumas (fronto trukmė) - parametras, matuojamas laiko vienetais. Kuo yra trumpesnis laikas, per kurį impulsas nuo savo pradinės būsenos pasiekia tikslinę būseną (reikšmę), tuo efektyvesnis variklis. Impulso pradžioje tai yra laikas nuo impulso mažiausios (nulinės) reikšmės iki didžiausios reikšmės; o impulso pabaigoje tai yra laikas nuo didžiausios reikšmės iki mažiausios.Some of the parameters that determine the performance of a spacecraft engine are the duration of the specific pulse and the steepness of the pulse fronts. The lower the pulse duration, the greater the traction control of the engine. Another parameter that affects efficiency and is dependent on the minimum pulse duration is the pulse front staticity (front length), a parameter measured in time units. The shorter the time it takes the pulse to reach its target state (value) from its initial state, the more efficient the motor is. At the start of a pulse, this is the time from the lowest (zero) value of the pulse to the highest value; and at the end of the pulse, it is the time from highest to lowest.

Vienas iš šiuo išradimu siūlomų techninių sprendimų sumažina frontų trukmes. Trukmės sumažinimas pasiekiamas eliminuojant vamzdyną, esantį tarp vožtuvo, reguliuojančio kuro padavimą, ir degimo kameros, t.y.: kuro tiekimo valdymo vožtuvas atidaro ir uždaro kiaurymę, kuri yra pačioje degimo kameros sienelėje.One of the technical solutions proposed by the present invention reduces the length of the fronts. The reduction in duration is achieved by eliminating the pipeline between the valve controlling the fuel feed and the combustion chamber, i.e., the fuel supply control valve opens and closes the orifice located in the wall of the combustion chamber itself.

Šiuo aprašymu pateikiamas įrenginys, kuriame į vieną visumą integruoti: purkštuvas, vožtuvas, šilumos valdymo sistema bei kiti elementai. Šių integruotų elementų visuma toliau tekste bus vadinama „purkštuvu-vožtuvu“. Atskirai naudojant terminus „purkštuvas“ arba „vožtuvas“ turima omenyje atskiras purkštuvo-vožtuvo dalis: atitinkamai purkštuvą arba vožtuvą.This description describes a unit that integrates a sprinkler, valve, heat management system and other elements. The entirety of these integrated elements will be referred to hereinafter as the "spray-valve". The terms "sprayer" or "valve", when used separately, mean separate parts of the sprayer-valve: the sprayer or valve, respectively.

Eliminavus minėtą kuro tekėjimo vamzdyną tarp tiekimo valdymo vožtuvo ir degimo kameros, būtina užtikrinti tinkamą kuro padavimo sistemos aušinimą. Su tuo ir susijęs naujas techninis sprendimas - minėto vožtuvo šilumos pertekliaus valdymo sistema. Kadangi ADN kuro degimo kameroje temperatūra būna gerokai didesnė (siekia +1600°C) nei anksčiau paplitusių kuro rūšių, todėl, įvertinant tai, kad kuro padavimo vožtuvas veikia besiribodamas su degimo kamera, siekiant užtikrinti sklandų vožtuvo veikimą, reikalinga tinkama šilumos nuvedimo sistema nuo kuro padavimo vožtuvo ir kitų kuro padavimo elementų. Neužtikrinus tinkamo šilumos nuvedimo, iki tam tikros temperatūros (~90°C) įkaitęs ADN kuras gali sprogti nepasiekęs degimo kameros, t.y.: kuro padavimo sistemoje, taip pažeisdamas purkštuvą-vožtuvą ar variklį.Removal of the said fuel flow pipeline between the supply control valve and the combustion chamber must ensure proper cooling of the fuel supply system. A new technical solution to this is the system for controlling excess heat in said valve. Because the temperature of the ADN fuel in the combustion chamber is significantly higher (up to + 1600 ° C) than conventional fuels, a proper heat transfer system from the fuel is required, given the fact that the fuel inlet valve operates adjacent to the combustion chamber feed valve and other fuel feed elements. Without proper heat dissipation, ADN fuel that reaches a certain temperature (~ 90 ° C) can explode without reaching the combustion chamber, i.e. the fuel system, thus damaging the injector valve or engine.

Šiuo aprašymu pateikiamą išradimo variklio komponentą galima sąlyginai suskirstyti į bent dvi sudedamąsias dalis: purkštuvą-vožtuvą ir degimo kamerą. Purkštuvo-vožtuvo dalis sujungta su degimo kamera. Šiuo išradimu pateikiama degimo kamera, kuri niekuo nesiskiria nuo dabar naudojamų, todėl toliau aprašyme bus minima tik tiek, kiek reikalinga išradimui atskleisti. Jei sekti kuro tekėjimo kryptimi, purkštuvas-vožtuvas sujungiamas su degimo kamera kiauryme (kuro tekėjimo kanalo galu), kurią uždaro arba atidaro adatinis vožtuvas. Šiame aprašyme pateikiamas į degimo kamerą tiekiamo kuro kiekio reguliavimo įtaisas (vožtuvas), o kuro spaudimo sudarymo įranga niekuo nesiskiria nuo esamo technikos lygio.The engine component of the present invention disclosed herein can be conditionally divided into at least two components: a valve injector and a combustion chamber. The spray-valve part is connected to the combustion chamber. The present invention provides a combustion chamber which is no different from those used at present, so that the following description will be limited to what is necessary to illustrate the invention. If following the direction of fuel flow, the injector-valve is connected to the combustion chamber in the opening (end of the fuel flow channel), which is closed or opened by a needle valve. This description describes a device for controlling the amount of fuel supplied to the combustion chamber (valve) and the fuel pressure generating equipment is no different from the state of the art.

Minėtą purkštuvą-vožtuvą sudaro mažiausiai šios sudedamosios dalys:The said spray valve shall comprise at least the following components:

- adatinio vožtuvo valdiklis (pavaros įtaisas) (1);- Needle valve actuator (actuator) (1);

- adatinis vožtuvas (vožtuvas) (2);- Needle valve (valve) (2);

- purkštuvo-vožtuvo korpusas (korpusas) (3);- Sprayer-valve housing (housing) (3);

- apsauginis filtras (4);- a protective filter (4);

- šilumos nuvedimo elementas (5);- a heat transfer element (5);

- terminis barjeras (6).- thermal barrier (6).

Adatinio vožtuvo (2) valdiklis (1), skirtas adatinio vožtuvo (2) judinimui, kad vožtuvu (2) atidaryti ir uždaryti kiaurymę. Vienu iš įgyvendinimo variantų, adatinį vožtuvą (2) link kuro ištekėjimo į degimo kamerą (7) kiaurymės stumia spyruoklė (ar panašią funkciją atliekantis) elementas, todėl įprastai, adatinis vožtuvas (2) laiko kiaurymę uždarytą. Minėtas valdiklis (1) kuria mechaninę jėgą, kuri įveikusi spyruoklės pasipriešinimą, judina adatinį vožtuvą (2) ir atidaro kuro tekėjimo kiaurymę. Valdiklis (1) su vožtuvu (2) sujungtas tokiu būdu, kad galėtų perduoti judėjimą kuriančią jėgą. Valdiklis (1) gali būti elektromagnetiniu pagrindu veikianti elektromagnetinė ritė, kuri elektros energiją verčia magnetine energija, kuri judina vožtuvą (2). Tokiu būdu, tiesioginio medžiagos kontakto su vožtuvu (2) valdiklis (1) gali neturėti. Naudojant elektromagnetinę ritę, ji supa vieną vožtuvo (2) galą, t.y.: vožtuvas (2) yra ritės viduje. Kitu įgyvendinimo variantu valdiklis (1) gali veikti pjezoelektros pagrindu, kai pjezoelektrikas, veikiamas elektros energijos, kuria mechaninę jėgą, kuri judina vožtuvą (2). Pjezoelektriko naudojimo vožtuvui (2) judinti atveju gaunamas gerokai didesnis judinimo greitis, trumpesni pereinamieji procesai, tikslesnis vožtuvo (2) pozicionavimas.Needle valve (2) control (1) for moving the needle valve (2) to open and close the hole in the valve (2). In one embodiment, the needle valve (2) is pushed by a spring (or similar function) element toward the opening of the fuel outlet to the combustion chamber (7), so that normally the needle valve (2) keeps the opening closed. The said controller (1) generates a mechanical force which, upon overcoming the spring resistance, moves the needle valve (2) and opens the fuel flow port. The controller (1) is connected to the valve (2) in such a way that it is capable of transmitting the motive force. The controller (1) may be an electromagnetically driven electromagnetic coil that converts electrical energy into magnetic energy that moves the valve (2). Thus, the controller (1) may not have direct contact of the material with the valve (2). When using an electromagnetic coil, it surrounds one end of the valve (2), i.e., the valve (2) is inside the coil. In another embodiment, the controller (1) may operate on a piezoelectric basis, wherein the piezoelectric, when exposed to electricity, generates a mechanical force that moves the valve (2). The use of piezoelectric to move the valve (2) results in a significantly higher movement speed, shorter transients, and more accurate positioning of the valve (2).

Adatinio vožtuvo (2) forma primena pailgą strypą, kurio viename gale pritvirtintas cilindro (ar kitos panašios) formos elementas, dėl kurio elektromagnetinė ritė turi geresnį kontaktą su vožtuvu (2). Jei vožtuvui (2) judinti naudojami kiti būdai, minėtas vožtuvo (2) galas gali būti kitokios formos, kad tinkamai sujungti su valdikliu (1) . Kitu įgyvendinimo variantu vožtuvas (2) gali būti pagamintas iš vientisos medžiagos. Vožtuvas (2) gaminamas iš chemiškai atsparaus magnetinio (ši savybė aktuali, jei valdiklis - elektromagnetinis) nerūdijančio plieno. Svarbiausias reikalavimas vožtuvo (2) medžiagai - cheminis suderinamumas su kuru. Kaip minėta, vienas vožtuvo (2) galas sujungtas (arba veikiamas) su vožtuvo (2) valdikliu (1), o kitas vožtuvo (2) pailgo strypo galas uždaro kiaurymę, pro kurią kuras gali tekėti į degimo kamerą (7). Minėta kiaurymė yra degimo kameros (2) sienelėje, t.y.: vožtuvas (2) , uždarydamas minėtą kiaurymę, ribojasi su degimo kameros (7) sienele. Kiaurymę uždarantis vožtuvo (2) galas yra smailėjantis, t.y.: yra panašus j kūgio geometrinę formą. Kitais įgyvendinimo variantais, vožtuvo (2) galo kūgio viršūnė gali būti nupjauta, t.y.: vožtuvo (2) galas primena nupjautinio kūgio formą. Vožtuvo (2) pailgo strypo dalis talpinama j vamzdį, kuriuo teka kuras. Minėtas vamzdis gali būti kaip atskiras elementas, kurį apkabina (ar prie vamzdžio yra tvirtinami) minėti: purkštuvo korpusas (3), šilumos nuvedimo elementas (5), terminis barjeras (6) bei kiti elementai. Kitu įgyvendinimo variantu minėtą vamzdį formuoja purkštuvo korpusas (3) , šilumos nuvedimo elementas (5), terminis barjeras (6) bei kiti elementai.The shape of the needle valve (2) resembles an elongated rod having a cylindrical (or other similar) shaped element at one end, which allows the solenoid coil to have better contact with the valve (2). If other means of moving the valve (2) are used, said end of the valve (2) may be of a different shape to properly engage the control (1). In another embodiment, the valve (2) may be made of a solid material. The valve (2) is made of chemically resistant magnetic (this feature is relevant if the controller is electromagnetic) stainless steel. The key requirement for the valve (2) material is chemical compatibility with the fuel. As mentioned, one end of the valve (2) is connected (or actuated) to the valve (2) control (1), and the other end of the elongated rod of the valve (2) closes the opening through which fuel may flow into the combustion chamber (7). Said opening is located in the wall of the combustion chamber (2), i.e. the valve (2) is adjacent to the wall of the combustion chamber (7) when closing said opening. The end of the valve (2) which closes the orifice is tapered, i.e. is similar to the geometric shape of the cone. In other embodiments, the tip of the cone of the valve (2) may be cut off, i.e., the end of the valve (2) resembles the shape of a cut cone. A portion of the elongated rod of the valve (2) is inserted into the fuel flow pipe. Said pipe may be a separate element to be clamped (or fixed to the pipe) mentioned above: spray gun body (3), heat transfer element (5), thermal barrier (6) and other elements. In another embodiment, said tube is formed by a spray gun body (3), a heat transfer element (5), a thermal barrier (6) and other elements.

Purkštuvo korpusas (3) sujungia visus purkštuvo elementus ir degimo kamerą (7). Prie vieno korpuso (3) galo yra pritvirtinamas valdiklis (1). Per korpusą (3) tęsiasi vožtuvo (2) pailga dalis. Minėtame vamzdyje, kuriame talpinama vožtuvo (2) pailgoji dalis, yra „O“ formos sandarinimo žiedas, kuris savo išorinėmis sienomis liečia korpusą (3), o pro vidinę skylę prakišama vožtuvo (2) pailgoji dalis. „O“ formos žiedas sudaro kliūtį vamzdžiu tekėti kurui priešinga nei degimo kameros (7) kryptimi.Sprayer body (3) connects all sprayer elements and combustion chamber (7). A controller (1) is attached to one end of the housing (3). An oblong portion of the valve (2) extends through the housing (3). Said pipe, which holds the elongated part of the valve (2), has an "O" sealing ring which touches the housing (3) on its outer walls and the elongated part of the valve (2) is pierced through an inner hole. The "O" ring prevents the fuel from flowing in the opposite direction to the combustion chamber (7).

Prieš patekdamas į minėtą vamzdį, kuriame yra vožtuvas (2), kuras teka pro apsauginį filtrą (4), esantį korpuse (3), kuris sulaiko kuro nešvarumus. Korpuse (3) gali būti kitų konstrukcinių elementų, atliekančių įvairias funkcijas, tačiau jie neturi įtakos šiam išradimui. Korpusas (3) gali būti gaminamas iš įvairių metalo lydinių, gebančių neprarasti savo savybių esant aukštoms temperatūroms ar chemiškai agresyviai aplinkai, pavyzdžiui: gali būti naudojami SS316, SS317 ir/ar kiti panašūs metalo lydiniai.Before entering the said pipe, which has a valve (2), the fuel flows through a protective filter (4) in the housing (3) which retains the fuel impurities. The housing (3) may contain other structural elements which perform various functions, but they do not affect the present invention. The case (3) may be made of various metal alloys capable of losing their properties at high temperatures or in a chemically aggressive environment, for example: SS316, SS317 and / or other similar metal alloys may be used.

Už korpuso (3), kuro tekėjimo kryptimi, toliau yra šilumos nuvedimo elementas (5). Pagrindinis reikalavimas šilumos nuvedimo elemento (5) medžiagai didelis laidumas šilumai (maža terminė varža). Šilumos nuvedimo elementas (5) taip pat gali atlikti ir purkštuvo-vožtuvo tvirtinimo elemento funkciją - tokiu atveju medžiaga, iš kurios gaminamas šilumos nuvedimo elementas (5), turi būti mechaniškai tvirta, kad tinkamai pritvirtintų purkštuvą-vožtuvą. Šio išradimo atveju šilumos nuvedimo elementas (5) gaminamas iš vario ar lydinių, kuriuose varis yra didžiausia sudėtinė dalis. Atsižvelgiant į įvairias šilumos nuvedimo elemento (5) funkcijas, šis elementas gali būti įvairios formos - tai priklauso nuo tvirtinimo prie kitų elementų konstrukcinių ypatumų. Elementai, prie kurių tvirtinamas šilumos nuvedimo elementas, gali prisidėti prie greitesnio šilumos nuvedimo nuo purkštuvo jei jų temperatūra mažesnė nei purkštuvo, ir jei jie pagaminti iš šilumai laidžios medžiagos. Šilumos nuvedimo elementas (5) apkabina ir/arba apjuosia vamzdį, kuriuo teka kuras, tokiu būdu ta elemento dalis skirta nuvedamai šilumai sugerti. Toliau, dėl didelio šilumos laidumo, nuvedimo elementas (5) sugertą šilumą perduoda visam savo korpusui, kuriuo šiluma atiduodama į aplinką ir/arba elementams, prie kurių tvirtinamas šilumos nuvedimo elementas (5). Kitais įgyvendinimo variantais gali būti panaudotas papildomas aušintuvas, toks, kaip elementas veikiantis Peltje principu ar kitoks.Behind the housing (3), in the direction of the flow of fuel, there is a heat transfer element (5). The basic requirement for the material of the heat transfer element (5) is high thermal conductivity (low thermal resistance). The heat transfer element (5) may also perform the function of a nozzle-valve fastener, in which case the material from which the heat transfer element (5) is made must be mechanically rigid to properly attach the nozzle-valve. In the case of the present invention, the heat transfer element (5) is made of copper or alloys in which copper is the major component. Depending on the various functions of the heat transfer element (5), this element may take various forms depending on the constructional features of the other elements. The elements to which the heat transfer element is attached may contribute to faster heat transfer from the sprayer if their temperature is lower than that of the sprayer and if they are made of heat-conductive material. The heat transfer element (5) hugs and / or surrounds the fuel flow pipe, so that part of the element is designed to absorb heat dissipated. Further, due to the high thermal conductivity, the heat transfer element (5) transmits the absorbed heat to its entire housing, which transfers heat to the environment and / or to the elements to which the heat transfer element (5) is attached. In other embodiments, an additional cooler, such as an element operating on the Peltje principle or otherwise, may be used.

Kitas kuro tekėjimo kryptimi esantis elementas - terminis barjeras (6). Pagrindinė terminio barjero (6) funkcija - sulaikyti šilumos, besirandančios kuro degimo kameroje (7), plitimą j purkštuvą ir į kuro padavimo sistemą prieš kuro tekėjimo kryptį. Terminis barjeras (6) apjuosia / apkabina vamzdį, kuriuo teka kuras. Terminis barjeras (6) primena apvalaus skersinio skerspjūvio formos vamzdį su plonomis sienelėmis. Šio išradimo atveju, išorinės vamzdžio sienelės paviršius primena besikartojančią „W“ formą, t.y.: paviršių sudaranti plokštuma yra kampuotos bangos formos, kur bangos briaunos nusidriekia lygiagrečiai vamzdžio išilginės ašies. Toks paviršius formuojamas siekiant pailginti šilumos perdavimo kelią (arba padidinti šiuminę varžą), bei padidinti išorinio paviršiaus plotą, kad pagerėtų šilumos atidavimo į aplinką (aušinimo) savybės. Terminio barjero (6) išorinis paviršius gali būti ir kitokios formos bei medžiagos. Pagrindiniai reikalavimai barjero (6) medžiagai: atsparumas karščiui ir cheminiam poveikiui; taip pat medžiaga turi pasižymėti kuo mažesniu šiluminiu laidumu (turi turėti didelę terminę varžą). Gali būti naudojama keramika, mažo šiluminio laidumo metalas, įvairios kompozitinės medžiagos.Another element in the direction of fuel flow is the thermal barrier (6). The main function of the thermal barrier (6) is to prevent the propagation of heat from the fuel combustion chamber (7) to the injector and to the fuel supply system upstream of the fuel flow. The thermal barrier (6) encloses / hugs the pipe through which the fuel flows. The thermal barrier (6) resembles a tube of circular cross-section with a thin wall. In the case of the present invention, the surface of the outer wall of the tube resembles a repeating "W" shape, i.e., the plane forming the surface is an angular waveform, where the wave edges extend parallel to the longitudinal axis of the tube. Such a surface is formed to extend the heat transfer path (or increase the resistivity) and to increase the surface area of the outer surface to improve heat transfer (cooling) properties. The outer surface of the thermal barrier (6) may also have other shapes and materials. Basic requirements for barrier (6) material: heat and chemical resistance; the material must also have a low thermal conductivity (high thermal resistance). Ceramics, low thermal conductivity metal, various composite materials can be used.

Šilumos nuvedimo elementas (5), terminis barjeras (6) ir elektrinis šildytuvas sudaro purkštuvo-vožtuvo šilumos valdymo sistemą. Terminio barjero (6) tikslas sudaryti kliūtį šilumos plitimui prieš kuro tekėjimo kryptį, šilumos nuvedimo elementas (5) užtikrina likusios už terminio barjero (6) šilumos nuvedimą į išorę. Elektrinis šildymo elementas užtikrina, kad kuro padavimo sistema neatvėstų žemiau kuro kristalizavimosi temperatūros. Terminis barjeras (6) iš dalies veikia kaip šilumos izoliatorius, o šilumos nuvedimo elementas (5) užtikrina tinkamą šilumos nuvedimą, t.y.: kuro tiekimo sistemos aušinimą. Šio išradimo atveju, naudojant LMP-103S kurą, temperatūra degimo kameroje siekia +1600°C, o kuro sprogimo temperatūra yra ~90°C. Įvertinus papildomą 10°C atsargumo ribą, siekiama, kad kuro padavimo sistema ir kuras joje neįkaistų daugiau nei 80°C. Šio išradimo atveju šilumos valdymo sistema parinkta ir suderinta aukščiau aprašytam temperatūriniam režimui užtikrinti. Parinkta šilumos nuvedimo sistema yra neatskiriama išradimo dalis dėl pakankamai žemos (palyginus su degimo kameroje esančia degimo temperatūra) kuro sprogimo temperatūros, dėl kuro tekėjimo purkštuvu-vožtuvu ypatumų.The heat dissipation element (5), the thermal barrier (6) and the electric heater form the nozzle-valve heat control system. The purpose of the thermal barrier (6) is to prevent the propagation of heat against the direction of fuel flow, the heat transfer element (5) ensuring that the remaining heat of the thermal barrier (6) is conducted outwards. An electric heating element ensures that the fuel feed system does not cool down below the crystallization temperature of the fuel. The thermal barrier (6) partially functions as a heat insulator, and the heat dissipation element (5) ensures proper heat dissipation, i.e. cooling of the fuel supply system. In the case of the present invention, the LMP-103S fuel has a combustion chamber temperature of + 1600 ° C and a fuel explosion temperature of ~ 90 ° C. An additional safety margin of 10 ° C is used to ensure that the fuel system and fuel do not reach temperatures above 80 ° C. In the present invention, the heat management system is selected and adapted to provide the above-described temperature regime. The heat transfer system chosen is an integral part of the invention due to the low explosion temperature of the fuel (relative to the combustion temperature in the combustion chamber) and the peculiarities of the flow of the fuel through a spray valve.

Kaip minėta, kuras į purkštuvą tiekiamas pro korpuse (3) esantį apsauginį filtrą (4). Reikiamą kuro spaudimą užtikrina šiame aprašyme neminima įranga. Už apsauginio filtro (4) kuras patenka į vamzdį, kuriuo teka kuro ištekėjimo į degimo kamerą (7) kiaurymės link. Kurui tekėti priešinga nei kuro ištekėjimo į kamerą (7) kiaurymė kryptimi neleidžia „O“ formos sandarumo žiedas. Minėtame vamzdyje, kuriuo kuras teka degimo kameros (7) link, yra pailgoji vožtuvo (2) dalis. Kurui tekant degimo kameros (7) link, už korpuso (3) yra šilumos nuvedimo elementas (5), o už jo - terminis barjeras (6). Šilumos nuvedimo elementas (5) ir terminis barjeras (6) yra purkštuvo-vožtuvo šilumos valdymo sistemos dalis, kuri užtikrina reikiamą tekančio link degimo kameros (7) kuro temperatūrą ir apsaugo nuo per didelio įkaitimo, dėl kurio kuras gali sprogti nepasiekęs degimo kameros (7). Vamzdis, kuriuo teka kuras, baigiasi kiauryme degimo kameros (7) sienelėje. Prieš kiaurymę vamzdis susiaurėja, susiaurėjimo forma turi tiksliai atkartoti vožtuvo (2) galo formą, kad uždarydamas kiaurymę, vožtuvas (2) kartu su vamzdžio susiaurėjimu sudarytų sandarų kontaktą tekančiam kurui. Dėl tokios vožtuvo (2) konstrukcijos kuras j degimo kamerą patenka vienodo spaudimo tiek impulso pradžioje, tiek pabaigoje - tokiu būdu padidėja kuro naudojimo efektyvumas.As mentioned, the fuel is fed to the injector through a protective filter (4) in the housing (3). The required fuel pressure is provided by equipment not mentioned in this description. Behind the protective filter (4), the fuel enters the pipe, which flows to the opening of the fuel outlet to the combustion chamber (7). The O-ring seal prevents fuel from flowing in the direction opposite to the hole in the fuel outlet (7). In said pipe, which feeds the fuel towards the combustion chamber (7), there is an elongated part of the valve (2). As the fuel flows towards the combustion chamber (7), there is a heat transfer element (5) behind the housing (3) and a thermal barrier (6) behind it. The heat dissipation element (5) and the thermal barrier (6) are part of a jet-valve heat control system that provides the necessary fuel temperature to the combustion chamber (7) and prevents overheating that may cause the fuel to explode before reaching the combustion chamber (7). ). The fuel flow pipe ends in a hole in the wall of the combustion chamber (7). Before the opening of the pipe narrows, the form of the narrowing must accurately reproduce the shape of the end of the valve (2) so that the valve (2), together with the pipe narrowing, forms a tight contact with the flowing fuel when closing the opening. This valve (2) design puts the fuel into the combustion chamber under equal pressure at the start and end of the pulse, thereby increasing fuel efficiency.

Siekiant iliustruoti ir aprašyti šį išradimą, aukščiau pateiktas tinkamiausių įgyvendinimo variantų aprašymas. Tai nėra išsamus arba ribojantis aprašymas, siekiantis nustatyti tikslią formą arba įgyvendinimo variantą. Į aukščiau pateiktą aprašymą reikia žiūrėti daugiau kaip į iliustraciją, o ne kaip į apribojimą. Akivaizdu, kad tos srities specialistams gali būti akivaizdžios daugybė modifikacijų ir variacijų. Įgyvendinimo variantas yra parinktas ir aprašytas tam, kad tos srities specialistai geriausiai išaiškintų šio išradimo principus ir jų geriausią praktinį pritaikymą, skirtą skirtingiems įgyvendinimo variantams su skirtingomis modifikacijomis, tinkančiomis konkrečiam panaudojimui arba įgyvendinimo pritaikymui. Numatyta, kad išradimo apimtis apibrėžiama prie jo pridėta apibrėžtimi ir jos ekvivalentais, kuriuose visi minėti terminai turi prasmę plačiausiose ribose, nebent nurodyta kitaip.In order to illustrate and describe the present invention, the following is a description of the most preferred embodiments. It is not a detailed or restrictive description intended to determine the exact form or embodiment. The description above should be viewed as an illustration rather than a limitation. Obviously, many modifications and variations may be apparent to those skilled in the art. An embodiment is selected and described so that those skilled in the art will best understand the principles of the invention and their best practical application for different embodiments with different modifications suitable for a particular application or application. The scope of the invention is intended to be defined by the appended definition and its equivalents, in which all the foregoing terms have the widest possible meaning, unless otherwise stated.

Įgyvendinimo variantuose, aprašytuose tos srities specialistų, gali būti sukurti pakeitimai, nenukrypstantys nuo šio išradimo apimties, kaip tai nurodyta toliau pateiktoje apibrėžtyje.Embodiments described by those skilled in the art may be made without departing from the scope of the present invention as defined in the following definition.

Claims (4)

IŠRADIMO APIBRĖŽTISDEFINITION OF INVENTION 1. Erdvėlaivio variklio kuro purkštuvas-vožtuvas, turintis: vožtuvo valdiklį (1), kuris judina vožtuvą (2);A spaceship engine fuel injector valve comprising: a valve actuator (1) which actuates a valve (2); purkštuvo korpusą (3), sujungiantį purkštuvo-vožtuvo elementus į vieną visumą;a sprayer body (3) connecting the sprayer and valve elements to a single unit; šilumos valdymo sistemą, užtikrinančią tinkamą purkštuvo-vožtuvo terminės energijos valdymą, vožtuvą (2), kuris uždaro ir atidaro kiaurymę, pro kurią kuras patenka į degimo kamerą (7), besiskiriantis tuo, kad kiaurymė, pro kurią kuras patenka į degimo kamerą (7) ir kurią uždaro ir atidaro vožtuvas (2), yra degimo kameros (7) sienelėje, kuri ribojasi su degimo kamera (7).a heat control system for ensuring proper control of the jet-valve thermal energy, a valve (2) which closes and opens the opening through which the fuel enters the combustion chamber (7), characterized in that the opening through which the fuel enters the combustion chamber (7) ), which is closed and opened by the valve (2), is located on the wall of the combustion chamber (7) adjacent to the combustion chamber (7). 2. Erdvėlaivio variklio kuro purkštuvas-vožtuvas pagal 1 punktą, besiskiriantis tuo, kad šilumos valdymo sistema turi mažiausiai: šilumos nuvedimo elementą (5), terminį barjerą (6) ir elektrinį šildytuvą.2. A spaceship engine fuel injector valve according to claim 1, characterized in that the heat control system comprises at least: a heat transfer element (5), a thermal barrier (6) and an electric heater. 3. Erdvėlaivio variklio kuro purkštuvas-vožtuvas pagal ankstesnius punktus, besiskiriantis tuo, kad terminis barjeras (6) apjuosia vamzdį, kuriuo kuras teka į degimo kamerą arčiausiai degimo kameros, kur terminis barjeras (6) ribojasi su degimo kamera (7).Spacecraft engine fuel injector-valve according to the preceding claims, characterized in that the thermal barrier (6) surrounds the pipe for supplying fuel to the combustion chamber closest to the combustion chamber, where the thermal barrier (6) abuts the combustion chamber (7). 4. Erdvėlaivio variklio kuro purkštuvas-vožtuvas pagal ankstesnius punktus, besiskiriantis tuo, kad šilumos nuvedimo elementas (5) yra tarp terminio barjero (6) ir purkštuvo korpuso (3).A spacecraft engine fuel injector valve according to the preceding claims, characterized in that the heat transfer element (5) is located between the thermal barrier (6) and the injector body (3).
LT2016107A 2016-10-31 2016-10-31 Spacecraft engine fuel spray-valve with a heat control system LT6464B (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
LT2016107A LT6464B (en) 2016-10-31 2016-10-31 Spacecraft engine fuel spray-valve with a heat control system
PCT/IB2017/056691 WO2018078579A1 (en) 2016-10-31 2017-10-27 Spacecraft engine fuel spray-valve with a heat control system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
LT2016107A LT6464B (en) 2016-10-31 2016-10-31 Spacecraft engine fuel spray-valve with a heat control system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
LT2016107A LT2016107A (en) 2017-09-11
LT6464B true LT6464B (en) 2017-10-10

Family

ID=59765539

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
LT2016107A LT6464B (en) 2016-10-31 2016-10-31 Spacecraft engine fuel spray-valve with a heat control system

Country Status (2)

Country Link
LT (1) LT6464B (en)
WO (1) WO2018078579A1 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4326377A (en) 1980-01-18 1982-04-27 Rockwell International Corporation Injection shut-off valve for regenerative injection
US7757476B2 (en) 2003-07-22 2010-07-20 The Aerospace Corporation Catalytically activated transient decomposition propulsion system

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB733383A (en) * 1953-02-05 1955-07-13 British Thomson Houston Co Ltd Improvements in and relating to fuel-reaction-chambers
US2949007A (en) * 1955-02-24 1960-08-16 North American Aviation Inc Rocket engine feed system
US4461144A (en) * 1981-03-19 1984-07-24 The Secretary Of State For Defence In Her Britannic Majesty's Government Of The United Kingdom Of Great Britain And Northern Ireland Electrothermal gas thrust units
DE3128735A1 (en) * 1981-07-21 1983-02-10 Erno-Raumfahrttechnik Gmbh, 2800 Bremen ENGINE, ESPECIALLY FOR SPACING BODIES
US4825647A (en) * 1983-07-26 1989-05-02 Technion, Inc. Performance improvements in thruster assembly

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4326377A (en) 1980-01-18 1982-04-27 Rockwell International Corporation Injection shut-off valve for regenerative injection
US7757476B2 (en) 2003-07-22 2010-07-20 The Aerospace Corporation Catalytically activated transient decomposition propulsion system

Also Published As

Publication number Publication date
LT2016107A (en) 2017-09-11
WO2018078579A1 (en) 2018-05-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
ES2482690T3 (en) Fuse effect fuel heater assembly
US6536350B2 (en) Stagnation pressure activated fuel release mechanism for hypersonic projectiles
JP5786875B2 (en) Fuel injection nozzle
CN104114834A (en) Fuel injector for a turbomachine
CN106884699B (en) Heat-resistant reducing agent injection nozzle
US20160369679A1 (en) Cooling element for injection valve
US10018361B2 (en) Pintle-swirl hybrid injection device
LT6464B (en) Spacecraft engine fuel spray-valve with a heat control system
RU2608427C1 (en) Method of pulse jet engine double-flow blowing and double-flow pulse jet engine
ES2748383T3 (en) Fuel preheating device and procedure in a turbomachine
KR20180090981A (en) Apparatus for adjusting the gas release section
RU150723U1 (en) COMBUSTION CAMERA OF A GAS TURBINE ENGINE
BR102014023293A2 (en) FUEL HEATING SYSTEM, AND FUEL GUT
BR102014023292B1 (en) FUEL HEATING SYSTEM AND FUEL INJECTION GUTTER
KR20090123845A (en) spark plug
RU2640893C1 (en) Combustion chamber of liquid-propellant engine with afterburning of generator gas
US20110167787A1 (en) Pulse jet engine
RU2540190C1 (en) Solid-propellant rocket engine nozzle
CN109915239B (en) Reductant dosing unit with flow variation reduction and purge improvement device
CN102563705A (en) Direct-flow fuel nozzle capable of preventing carbon deposit
CN111005827B (en) Fuel injection device
CN113879052B (en) Cross-medium water stamping power system and aircraft
JP5988878B2 (en) Pulse combustion apparatus and thermal spraying apparatus
US20220195906A1 (en) Device for injecting a fluid into an exhaust pipe and associated exhaust system
CN106609720A (en) Fuel injection nozzle

Legal Events

Date Code Title Description
BB1A Patent application published

Effective date: 20170911

FG9A Patent granted

Effective date: 20171010