RU149171U1

RU149171U1 - LIQUID ROCKET ENGINE CAMERA

Info

Publication number: RU149171U1
Application number: RU2013159100/06U
Authority: RU
Inventors: Владимир Викторовия Черниченко; Виталий Борисович Шепеленко
Priority date: 2013-12-30
Filing date: 2013-12-30
Publication date: 2014-12-20

Abstract

1. Камера жидкостного ракетного двигателя, содержащая смесительную головку, внутреннюю профилированную оболочку, на внешней поверхности которой выполнены ребра тракта охлаждения, наружную профилированную оболочку, установленную на внутреннюю и скрепленную с ней по вершинам ребер тракта охлаждения, причем упомянутые оболочки и ребра образуют каналы охлаждения, отличающаяся тем, что между ребрами тракта охлаждения выполнены полые перемычки, соединяющие вершины ребер между собой, причем наружный профиль указанных перемычек соответствует профилю тракта охлаждения, при этом между перемычками и ребрами выполнены кольцевые радиальные канавки, причем ширина канавки не превышает ширины канала тракта охлаждения в месте выполнения упомянутых канавок.2. Камера жидкостного ракетного двигателя по п. 1, отличающаяся тем, что перемычки соединяют вершины всех ребер между собой с образованием единой кольцевой поверхности.3. Камера жидкостного ракетного двигателя по п. 1, отличающаяся тем, что перемычки соединяют вершины всех ребер между собой с образованием единой кольцевой поверхности, наружный профиль которой эквидистантен внутреннему профилю наружной оболочки в месте контакта с наружной поверхностью внутренней оболочки.1. The chamber of a liquid-propellant rocket engine, comprising a mixing head, an inner profiled shell, on the outer surface of which are made ribs of the cooling duct, an outer profiled shell mounted on the inner and fastened with it along the tops of the ribs of the cooling duct, said shells and ribs forming cooling channels, characterized in that between the ribs of the cooling path hollow jumpers are made connecting the tops of the ribs with each other, and the outer profile of these jumpers corresponds to it has a cooling path profile, while annular radial grooves are made between the jumpers and ribs, and the width of the groove does not exceed the width of the channel of the cooling path at the location where the said grooves are made. 2. The liquid-propellant rocket engine chamber according to claim 1, characterized in that the jumpers connect the vertices of all the ribs together to form a single annular surface. The liquid-propellant rocket engine chamber according to claim 1, characterized in that the jumpers connect the vertices of all the ribs to each other with the formation of a single annular surface, the outer profile of which is equidistant to the inner profile of the outer shell at the point of contact with the outer surface of the inner shell.

Description

Полезная модель относится к области ракетной техники, а именно - к двигателестроению и может быть использовано при создании камер жидкостных ракетных двигателей (ЖРД).The utility model relates to the field of rocket technology, namely, to engine building and can be used to create chambers of liquid rocket engines (LRE).

Одним из основных направлений в совершенствовании ЖРД является увеличение давления в камере. В свою очередь, увеличение давления ограничивается прочностью камеры ЖРД, и, в первую очередь, прочностью тракта охлаждения.One of the main directions in improving LRE is to increase the pressure in the chamber. In turn, the increase in pressure is limited by the strength of the LRE chamber, and, first of all, by the strength of the cooling path.

В настоящее время в основном применяется регенеративное охлаждение огневой стенки камеры ЖРД, заключающее в подаче охладителя по специальным пазам, выполненным между внутренней огневой, и наружной силовой оболочками, скрепленными между собой по вершинам пазов тракта охлаждения при помощи пайки специальным припоем.Currently, regenerative cooling of the fire wall of the rocket engine chamber is mainly used, which consists in supplying a cooler in special grooves made between the internal fire and external power shells fastened together at the tops of the grooves of the cooling path using special soldering.

Прочность тракта охлаждения определяется прочностью паяных швов между внутренней и наружной оболочками, из-за того, что прочность припоя ниже прочности материала оболочек. Для увеличения прочности паяного соединения необходимо увеличение площади соприкосновения контактируемых поверхностей. Увеличение толщины ребра нецелесообразно из-за того, что это ведет к уменьшению числа ребер и увеличению перепада давлений в тракте охлаждения камеры. Как правило, при увеличении давления внутри тракта охлаждения, оболочка теряет устойчивость и вспучивается в цилиндрической части, т.к в сужающейся части камеры происходит уменьшение внутреннего диаметра оболочки, что ведет к уменьшению внутренних напряжений.The strength of the cooling path is determined by the strength of the soldered joints between the inner and outer shells, due to the fact that the strength of the solder is lower than the strength of the material of the shells. To increase the strength of the solder joint, an increase in the contact area of the contacted surfaces is necessary. The increase in the thickness of the ribs is impractical due to the fact that this leads to a decrease in the number of ribs and an increase in the pressure drop in the cooling path of the chamber. As a rule, with increasing pressure inside the cooling path, the shell loses stability and swells in the cylindrical part, because in the tapering part of the chamber, the inner diameter of the shell decreases, which leads to a decrease in internal stresses.

Известна камера жидкостного ракетного двигателя, содержащая смесительную головку, внутреннюю профилированную оболочку, на внешней поверхности которой выполнены ребра тракта охлаждения, наружную профилированную оболочку, установленную на внутреннюю и скрепленную с ней, например, при помощи пайки по вершинам ребер (М.В. Добровольский и др. ″Жидкостные ракетные двигатели. Основы проектирования″, Москва, ″Высшая школа″, 1968 г., рис. 4.26.г., стр. 166-167 - прототип).A known chamber of a liquid-propellant rocket engine containing a mixing head, an internal profiled shell, on the external surface of which there are cooling channel ribs, an external profiled shell mounted on the internal and fastened with it, for example, by soldering along the tops of the ribs (M.V.Dobrovolsky and etc. ″ Liquid rocket engines. Fundamentals of design ″, Moscow, ″ Higher school ″, 1968, Fig. 4.26., p. 166-167 - prototype).

В данной камере охладитель подается в тракт охлаждения, движется по пазам между ребрами и охлаждает огневую поверхность внутренней профилированной оболочки.In this chamber, the cooler is fed into the cooling duct, moves along the grooves between the ribs and cools the firing surface of the inner profiled shell.

Недостатками данной камеры является то, что, за счет соединения оболочек между собой только по вершинам ребер, при увеличении давления в тракте охлаждения не обеспечивается прочность и устойчивость внутренней оболочки, что ведет к потере работоспособности камеры.The disadvantages of this chamber is that, due to the connection of the shells with each other only along the tops of the ribs, with increasing pressure in the cooling path, the strength and stability of the inner shell are not ensured, which leads to a loss of operability of the chamber.

Задачей предлагаемой полезной модели является устранение указанных недостатков и создание камеры ЖРД, конструкция которой позволит повысить давление в тракте охлаждения камеры и улучшить условия перемешивания охладителя, поступающего по изолированным каналам.The objective of the proposed utility model is to eliminate these drawbacks and create a rocket engine, the design of which will increase the pressure in the cooling path of the chamber and improve the mixing conditions of the cooler coming through the isolated channels.

Решение указанной задачи достигается тем, что в предложенной камере жидкостного ракетного двигателя, содержащей смесительную головку, внутреннюю профилированную оболочку, на внешней поверхности которой выполнены ребра тракта охлаждения, наружную профилированную оболочку, установленную на внутреннюю и скрепленную с ней по вершинам ребер тракта охлаждения, причем упомянутые оболочки и ребра образуют каналы охлаждения, согласно техническому решению, между ребрами тракта охлаждения выполнены полые перемычки, соединяющие вершины ребер между собой, причем наружный профиль указанных перемычек соответствует профилю тракта охлаждения, при этом между перемычками и ребрами выполнены кольцевые радиальные канавки, причем ширина канавки не превышает ширины канала тракта охлаждения в месте выполнения упомянутых канавок.The solution to this problem is achieved by the fact that in the proposed chamber of a liquid-propellant rocket engine containing a mixing head, an internal profiled shell, on the external surface of which are made ribs of the cooling duct, an external profiled shell mounted on the inner and fastened with it along the tops of the ribs of the cooling duct, the above-mentioned shells and fins form cooling channels, according to the technical solution, hollow jumpers are made between the fins of the cooling path connecting the tops of the fins between each other, and the outer profile of these jumpers corresponds to the profile of the cooling path, while annular radial grooves are made between the jumpers and ribs, and the width of the groove does not exceed the width of the channel of the cooling path at the location of the said grooves.

Критерий ширина канавки не превышает ширины канала тракта охлаждения в месте выполнения упомянутых канавок выбран исходя из того, что при дальнейшем его увеличении происходит ослабление оболочки в месте выполнения перемычек из-за увеличения длины неподкрепленных участков.The criterion for the width of the groove does not exceed the width of the channel of the cooling path at the place of execution of the said grooves is selected based on the fact that with its further increase, the shell weakens at the place of the jumpers due to the increase in the length of the non-supported sections.

В варианте исполнения, перемычки соединяют вершины всех ребер между собой с образованием единой кольцевой поверхности.In an embodiment, jumpers connect the vertices of all the ribs together to form a single annular surface.

В варианте исполнения, перемычки соединяют вершины всех ребер между собой с образованием единой кольцевой поверхности, наружный профиль которой эквидистантен внутреннему профилю наружной оболочки в месте контакта с наружной поверхностью внутренней оболочки.In an embodiment, jumpers connect the vertices of all the ribs together to form a single annular surface, the outer profile of which is equidistant to the inner profile of the outer shell at the point of contact with the outer surface of the inner shell.

Наиболее оптимальные условия для работы камеры достигаются в случае, когда перемычки соединяют вершины всех ребер между собой с образованием единой кольцевой поверхности, наружный профиль которой эквидистантен внутреннему профилю наружной оболочки в месте контакта с наружной поверхностью внутренней оболочки.The most optimal conditions for the operation of the chamber are achieved when the jumpers connect the vertices of all the ribs with each other with the formation of a single annular surface, the outer profile of which is equidistant to the inner profile of the outer shell at the point of contact with the outer surface of the inner shell.

В этом случае кольцевые поверхности перемычек образуют дополнительные бандажи жесткости, которые увеличивают устойчивость оболочки при воздействии на нее давления охладителя в пазах тракта охлаждения. Кроме этого, кольцевая поверхность перемычки позволяет увеличить площадь поверхности под пайку без увеличения толщины ребра и увеличения перепада давления в тракте, уменьшить в несколько раз длину неподкрепленной части ребра за счет образования дополнительных опор.In this case, the annular surfaces of the jumpers form additional stiffness bandages, which increase the stability of the shell when exposed to pressure of the cooler in the grooves of the cooling path. In addition, the annular surface of the jumper allows you to increase the surface area for soldering without increasing the thickness of the ribs and increasing the pressure drop in the path, reduce several times the length of the unsupported part of the ribs due to the formation of additional supports.

Сущность полезной модели иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 показан продольный осевой разрез камеры ЖРД, на фиг. 2 - поперечный разрез тракта, на фиг. 3 - часть тракта охлаждения с перемычками в аксонометрии.The essence of the utility model is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a longitudinal axial section of the LRE chamber; FIG. 2 is a cross-sectional view of the tract, in FIG. 3 - part of the cooling path with jumpers in a perspective view.

Камера ЖРД содержит смесительную головку 1, внутреннюю профилированную оболочку 2, на внешней поверхности которой выполнены ребра 3 тракта охлаждения 4. Между ребрами 3 тракта охлаждения выполнены полые перемычки 5, соединяющие вершины ребер между собой. На внутреннюю профилированную оболочку 2 установлена наружная профилированная оболочка 6 при помощи пайки по вершинам ребер 3 и полым перемычкам 5. Между перемычками 5 и ребрами 3 выполнены кольцевые радиальные канавки 7.The LRE chamber contains a mixing head 1, an inner profiled shell 2, on the outer surface of which there are fins 3 of the cooling duct 4. Between the fins 3 of the cooling duct there are hollow jumpers 5 connecting the vertices of the fins to each other. An outer profiled shell 6 is mounted on the inner profiled shell 2 by soldering along the tops of the ribs 3 and the hollow jumpers 5. Between the jumpers 5 and the ribs 3, annular radial grooves 7 are made.

Предложенное устройство работает следующим образом.The proposed device operates as follows.

Охладитель подается в тракт охлаждения 4, движется по пазам между ребрами 3 и охлаждает огневую поверхность внутренней профилированной оболочки 2. За счет соединения оболочек между собой не только по вершинам ребер 3, но и по дополнительным поверхностям полых перемычек 5, происходит увеличение устойчивости и прочности внутренней оболочки 2. Струи охладителя, поступая в полые перемычки 5 и выходя из них, перемешиваются в кольцевых радиальных канавках 7, что улучшает равномерность распределения охладителя по каналам охлаждения.The cooler is fed into the cooling duct 4, moves along the grooves between the ribs 3 and cools the firing surface of the inner profiled shell 2. By connecting the shells to each other not only along the tops of the ribs 3, but also along the additional surfaces of the hollow jumpers 5, there is an increase in the stability and strength of the inner shells 2. Cooler jets entering the hollow jumpers 5 and leaving them are mixed in the radial radial grooves 7, which improves the uniform distribution of the cooler along the cooling channels.

Повышенная устойчивость и прочность внутренней оболочки 2 позволяет увеличить давление в тракте охлаждения камеры и в самой камере, что, в конечном итоге, позволяет повысить эффективность рабочего процесса.The increased stability and strength of the inner shell 2 allows you to increase the pressure in the cooling path of the chamber and in the chamber itself, which, ultimately, improves the efficiency of the working process.

Проведенные расчеты показали, что при выполнении одного пояса перемычек давление внутри тракта охлаждения может быть повышено на 25-30%.The calculations showed that when performing one belt of jumpers, the pressure inside the cooling path can be increased by 25-30%.

Использование предложенного технического решения позволит создать камеру ЖРД, конструкция которой позволяет снизить трудоемкость изготовления внутренней оболочки и улучшить условия перемешивания охладителя, поступающего по изолированным каналам тракта охлаждения.Using the proposed technical solution will allow you to create a rocket engine, the design of which reduces the complexity of manufacturing the inner shell and improves the mixing conditions of the cooler coming through the isolated channels of the cooling path.

Claims

1. The chamber of a liquid-propellant rocket engine, comprising a mixing head, an inner profiled shell, on the outer surface of which are made ribs of the cooling duct, an outer profiled shell mounted on the inner and fastened with it along the tops of the ribs of the cooling duct, said shells and ribs forming cooling channels, characterized in that between the ribs of the cooling path hollow jumpers are made connecting the tops of the ribs with each other, and the outer profile of these jumpers corresponds to it has a cooling path profile, while annular radial grooves are made between the jumpers and ribs, the width of the groove not exceeding the width of the channel of the cooling path at the location where the said grooves are made.

2. The chamber of a liquid-propellant rocket engine according to claim 1, characterized in that the jumpers connect the vertices of all the ribs together to form a single annular surface.

3. A liquid-propellant rocket engine chamber according to claim 1, characterized in that the jumpers connect the vertices of all the ribs to form a single annular surface, the outer profile of which is equidistant to the inner profile of the outer shell at the point of contact with the outer surface of the inner shell.