RU192756U1 - Двухкамерный ракетный двигатель малой тяги - Google Patents
Двухкамерный ракетный двигатель малой тяги Download PDFInfo
- Publication number
- RU192756U1 RU192756U1 RU2019118939U RU2019118939U RU192756U1 RU 192756 U1 RU192756 U1 RU 192756U1 RU 2019118939 U RU2019118939 U RU 2019118939U RU 2019118939 U RU2019118939 U RU 2019118939U RU 192756 U1 RU192756 U1 RU 192756U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- chamber
- nozzle
- decomposition
- wall
- external
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02K—JET-PROPULSION PLANTS
- F02K9/00—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof
- F02K9/42—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof using liquid or gaseous propellants
- F02K9/60—Constructional parts; Details not otherwise provided for
- F02K9/68—Decomposition chambers
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02K—JET-PROPULSION PLANTS
- F02K9/00—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof
- F02K9/97—Rocket nozzles
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к космической технике и может быть использована при создании однокомпонентных жидкостных двухкамерных ракетных двигателей малой тяги, входящих в состав двигательных установок малых спутников для решения задач орбитального маневрирования.Двухкамерный ракетный двигатель малой тяги содержит внешнюю камеру разложения топлива, включающую наружную стенку 1, внутреннюю стенку 2 и днище 3. К днищу 3 подведено не менее 3-х трубок подачи топлива 4 из общего тракта подачи 5 через клапан 6, а с противоположной стороны внешней камеры разложения размещено сверхзвуковое сопло 7. Внутри внешней камеры разложения и соосно с ней размещена внутренняя камера разложения таким образом, что между внутренней стенкой 2 внешней камеры и наружной стенкой 8 внутренней камеры образуется глухой кольцевой зазор. К днищу 9 внутренней камеры подведена трубка подачи топлива 10 от клапана 11, а с противоположной стороны внутренней камеры разложения размещено сверхзвуковое сопло 12, имеющее цилиндрическую наружную стенку. Сопло 12 внутренней камеры размещено относительно сопла 7 внешней камеры таким образом, что критическое сечение сопла 12 находится на уровне или выше от критического сечения сопла 7 по потоку продуктов разложения, при этом наружная цилиндрическая стенка сопла 12 образует с внутренней стенкой сопла 7 внешней камеры разложения щелевое сопло 13. Внутренний объем обеих камер разложения заполнен катализатором, который может состоять или из брикетов малоактивного катализатора 14, изготовленных, например, из каталитической молибден-рениевой проволоки, или из гранулированного катализатора 15 с высокоактивным компонентом - иридием, или из их комбинаций. По наружной стенке 8 внутренней камеры разложения размещен нагреватель 16. В зазоре между нагревателем 16 и внутренней стенкой внешней камеры, при необходимости, дополнительно могут быть размещены тепловые экраны 17.Полезная модель позволяет расширить диапазон возможных тяг при эксплуатации двигателя при одновременном обеспечении высокой работоспособности и эффективности каждой из камер.
Description
Полезная модель относится к космической технике и может быть использована при создании однокомпонентных жидкостных двухкамерных ракетных двигателей малой тяги, входящих в состав двигательных установок малых спутников для решения задач орбитального маневрирования.
Для создания реактивной тяги в диапазоне до приблизительно 50 Н часто применяются однокомпонентные жидкостные ракетные двигатели с термокаталитическим разложением топлива в их камерах. Однако с уменьшением габаритно-массовых характеристик спутников, в целом, снижается их энергообеспеченность, в том числе по выделяемой мощности для двигательных установок и, собственно, для двигателей на однокомпонентных топливах. В то же время для таких спутников остается потребность обеспечения пространственного управления и, как следствие, расположения необходимого количества однокамерных двигателей, в том числе с различными уровнями тяги по одной и той же оси спутника для выполнения режимов коррекции, стабилизации и ориентации. Часто требуется в этих режимах обеспечивать широкий диапазон тяг и единичных импульсов тяги, в частности, минимально возможный уровень, но с максимально точными импульсами тяги, что при реализации однокамерными двигателями будет выполняться на уровне максимальных тяг, что, в свою очередь, ведет к снижению точности выдаваемых импульсов тяги минимального уровня. Рассмотренные проблемы могут в целом быть решены при применении двухкамерного двигателя, в котором имеется большая камера с максимально необходимой тягой, а внутри ее соосно расположена внутренняя камера с минимально необходимой тягой.
Известен двухкомпонентный ракетный двигатель большой тяги, содержащий внешний двигатель, включающий камеру сгорания и сопло, и расположенный внутри него внутренний двигатель, включающий камеру сгорания и сопло. Сопло внутреннего двигателя размещено в горловине сопла внешнего двигателя, причем в области выхода из камеры сгорания внешнего двигателя между внутренним и внешним двигателем размещен механизм для смещения по оси внутреннего двигателя относительно внешнего двигателя с целью регулирования профиля щелевого сопла и, соответственно, тяги внешнего двигателя. Из коллектора подачи топлива во внешнюю камеру сгорания подается топливо с высокой плотностью, например, жидкий углеводород, а во внутреннюю камеру сгорания подается топливо с низкой плотностью, например, водород. (Патент США US 4220001, МПК F02K 9/06, В64С 15/04, 1961).
Однако, данное техническое решение может быть применимо только для двухкомпонентных двигателей с существенно большой тягой - из-за сложности конструкции сопряжения камер и сопел внешнего и внутреннего двигателей, необходимости их охлаждения, применения камер сгорания с использованием двух компонентов - горючего и окислителя, т.е. применимо только для другого принципа преобразования компонентов в камере сгорания.
Известен двухкамерный однокомпонентный жидкостный ракетный двигатель, принятый за прототип, содержащий внутреннюю предварительную камеру каталитического разложения топлива (до 5-15% от основного расхода через двигатель) с размещенным внутри катализатором, частично размещенную во входной части внешней основной камеры термического разложения топлива со сверхзвуковым соплом, и трубки подачи топлива к днищам внутренней предварительной и внешней основной камер (Н.М. Беляев, Е.И. Уваров «Расчет и проектирование реактивных систем управления, 1974 г., стр. 106, 107, рис. 3.28).
Однако, известный двигатель позволяет эффективно обеспечить при одном уровне давления топлива на входе только один, максимальный уровень тяги. При работе только внутренней камеры и связанным с этим крайне низким давлением во внешней камере из-за большого критического сечения внешней камеры эффективность двигателя будет крайне низкой. Ресурсоспособность внутренней камеры в режимах «холодных» запусков (без предварительного повышения температуры ее катализатора) также будет существенно ограничена.
При создании полезной модели решалась задача обеспечения двигателем как минимум двух уровней тяги при одновременном обеспечении высокой работоспособности и эффективности каждой из камер, а также существенного расширения диапазона возможных тяг при эксплуатации.
Поставленная задача решена за счет того, что в известном двигателе, включающем внешнюю камеру разложения со сверхзвуковым соплом, внутреннюю камеру разложения с катализатором и трубки подвода топлива к камерам, согласно полезной модели, внутренняя камера разложения снабжена сверхзвуковым соплом и размещена внутри внешней камеры разложения соосно с ней с образованием глухого кольцевого зазора, при этом критическое сечение сопла внутренней камеры разложения расположено на уровне или выше по потоку продуктов разложения от критического сечения сопла внешней камеры разложения, а наружная цилиндрическая стенка сопла внутренней камеры разложения образует с внутренней стенкой сопла внешней камеры разложения щелевое сопло, на наружной стенке внутренней камеры разложения размещен нагреватель, а в объеме внешней камеры разложения размещен катализатор.
Также поставленная задача решена за счет того, что объем внешней и внутренней камер разложения заполнен малоактивным катализатором.
Также поставленная задача решена за счет того, что объем внешней и внутренней камер разложения заполнен высокоактивным катализатором.
Также поставленная задача решена за счет того, что объем внешней камеры разложения заполнен малоактивным катализатором, а объем внутренней камеры разложения заполнен высокоактивным катализатором.
Размещение внутренней камеры, снабженной сверхзвуковым соплом, внутри внешней камеры соосно с ней таким образом, что сверхзвуковое сопло внутренней камеры образует со сверхзвуковым соплом внешней камеры щелевое сопло, позволяет при одном уровне давления топлива на входе в Двигатель обеспечить с высокой эффективностью работу камер разложения с двумя уровнями требуемой тяги по одной оси, т.е. минимальную и максимальную для решения задач по выдачи требуемых импульсов тяги.
Размещение нагревателя на наружной стенке внутренней камеры обеспечивает относительно быструю ее подготовку к работе - разогрев до достижения стартовой температуры катализатора.
Заполнение объема камер малоактивным катализатором и повышение их температуры не ниже стартовой позволяет обеспечить высокую их работоспособность и ресурсоспособность в связи с высокой стабильностью их структуры, например, брикетов, выполненных из проволоки с каталитическими свойствами, а также с их практической не разрушаемостью при длительной эксплуатации в различных режимах работы.
Заполнение объема камер высокоактивным катализатором позволяет расширить эксплуатационные условия применения камер двигателя при дефиците или даже отсутствии электрической мощности на их разогрев, допуская «холодные» запуски.
Комбинирование высокоактивного и малоактивного катализаторов в камерах разложения позволяет использовать преимущества этих катализаторов в решении поставленных для каждой из камер двигателя задач.
Полезная модель иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 показан общий вид двигателя с малоактивным катализатором; на фиг. 2 - вид А (без клапанов); на фиг. 3 - выносной элемент Б; на фиг. 4 - общий вид двигателя с гранулированным катализатором; на фиг. 5 - общий вид двигателя в комбинации высокоактивного и малоактивного катализаторов.
Двигатель содержит внешнюю камеру разложения топлива, включающую наружную стенку 1, внутреннюю стенку 2 и днище 3. К днищу 3 подведено не менее 3-х трубок подачи топлива 4 (фиг. 2) из общего тракта подачи 5 через клапан 6, а с противоположной стороны внешней камеры разложения размещено сверхзвуковое сопло 7. Внутри внешней камеры разложения и соосно с ней размещена внутренняя камера разложения таким образом, что между внутренней стенкой 2 внешней камеры и наружной стенкой 8 внутренней камеры образуется глухой кольцевой зазор (фиг. 3). К днищу 9 внутренней камеры подведена трубка подачи топлива 10 от клапана 11, а с противоположной стороны внутренней камеры разложения размещено сверхзвуковое сопло 12, имеющее цилиндрическую наружную стенку. Сопло 12 внутренней камеры размещено относительно сопла 7 внешней камеры таким образом, что критическое сечение сопла 12 находится на уровне или выше от критического сечения сопла 7 по потоку продуктов разложения, при этом наружная цилиндрическая стенка сопла 12 образует с внутренней стенкой сопла 7 внешней камеры разложения щелевое сопло 13 (фиг. 1). Внутренний объем обеих камер разложения заполнен катализатором, который может состоять или из брикетов малоактивного катализатора 14, изготовленных, например, из каталитической молибден-рениевой проволоки (фиг. 1), или из гранулированного катализатора 15 с высокоактивным компонентом - иридием (фиг. 4), или из их комбинаций (фиг. 5). Во всех случаях применения различных катализаторов на выходе каждой из камер должны быть размещены брикеты из каталитической проволоки 14, обеспечивающие предварительное поджатие и фиксирование каталитических пакетов. По наружной стенке 8 внутренней камеры разложения размещен нагреватель 16, причем между нагревателем 16 и внутренней стенкой 2 внешней камеры разложения образован зазор. Для более быстрого разогрева внутренней камеры в зазоре между нагревателем 16 и внутренней стенкой внешней камеры, при необходимости, дополнительно могут быть размещены тепловые экраны 17 (фиг. 3).
Двухкамерный двигатель, в зависимости от типа катализатора в камерах, работает следующим образом:
- при применении в обеих камерах брикетов 14 из малоактивной каталитической проволоки (фиг. 1) осуществляется предварительный разогрев внутренней камеры разложения с помощью нагревателя 16 не ниже необходимого стартового уровня температуры для термокаталитического разложения топлива. Затем, после открытия клапана 11, по трубке подачи 10 во внутреннюю камеру разложения подается топливо, при этом подача топлива может происходить как в непрерывных, так и импульсных режимах. От разложения топлива во внутренней камере интенсивно прогревается, прежде всего, внутренняя, а затем и внешняя камеры, при этом газообразные продукты разложения топлива из внутренней камеры разложения истекают через сопло 12, создавая реактивную тягу минимального уровня. После достижения во внешней камере температуры не ниже требуемой для термокаталитического разложения топлива по трубкам подачи 4 от клапана 6 подается топливо. После его разложения газообразные продукты истекают через щелевое сопло 13, при этом одновременно происходит истечение продуктов разложения из сопла 12 при продолжении работы внутренней камеры, обеспечивая, в итоге, обеими камерами максимальный уровень тяги.
После разогрева катализаторов до температуры не ниже стартовой в обеих камерах они могут работать как независимо друг от друга, так и одновременно в различных непрерывных и импульсных режимах - в зависимости от решаемых двигателем задач. Давление топлива на входе в камеры может быть, как одинаковым и переменным по диапазону изменения для обеих камер, так и различным и переменным по диапазону изменения. При изменении давления топлива на входе в камеры разложения практически пропорционально будут изменяться тяги соответствующих камер, тем самым расширяя диапазон возможных тяг двигателя;
- при применении во внешней камере малоактивного катализатора из брикетов каталитической проволоки 14, а во внутренней камере - высокоактивного гранулированного катализатора 15 (фиг. 3) работа двигателя может осуществляться как аналогично предыдущему варианту, так и в режиме «холодного» запуска внутренней камеры, т.е. без ее предварительного разогрева нагревателем 16. Количество «холодных» запусков, как правило, ограничивается, так они влияют на дальнейшую ресурсоспособность внутренней камеры;
- при применении в обеих камерах двигателя высокоактивного гранулированного катализатора 15 возможны различные варианты запуска камер, рассмотренные выше, и дополнительно возможно автономное включение только внешней камеры в режимах «холодных» запусков - без предварительного ее нагрева. Количество «холодных» запусков, как правило, ограничивается для обеспечения последующей ресурсоспособности.
Заявленная полезная модель двухкамерного ракетного двигателя малой тяги прошла цикл наземных испытаний на ряде типоразмеров двигателей с различными заданными уровнями максимальной и минимальной тяги, которые подтвердили ее работоспособность и эффективность по параметрам и характеристикам в широком диапазоне изменения давления топлива на входе.
Claims (5)
1. Двухкамерный ракетный двигатель малой тяги, включающий внешнюю камеру разложения со сверхзвуковым соплом, внутреннюю камеру разложения с катализатором и трубки подвода топлива к камерам, отличающийся тем, что внутренняя камера разложения снабжена сверхзвуковым соплом и размещена внутри внешней камеры разложения соосно с ней с образованием глухого кольцевого зазора, при этом критическое сечение сопла внутренней камеры разложения расположено на уровне или выше по потоку продуктов разложения от критического сечения сопла внешней камеры разложения, а наружная цилиндрическая стенка сопла внутренней камеры разложения образует с внутренней стенкой сопла внешней камеры разложения щелевое сопло, на наружной стенке внутренней камеры разложения размещен нагреватель, а в объеме внешней камеры разложения размещен катализатор.
2. Двухкамерный ракетный двигатель малой тяги по п. 1, отличающийся тем, что объем внешней и внутренней камер разложения заполнен малоактивным катализатором.
3. Двухкамерный ракетный двигатель малой тяги по п. 1, отличающийся тем, что объем внешней и внутренней камер разложения заполнен высокоактивным катализатором.
4. Двухкамерный ракетный двигатель малой тяги по п. 1, отличающийся тем, что объем внешней камеры разложения заполнен малоактивным катализатором, а объем внутренней камеры разложения заполнен высокоактивным катализатором.
5. Двухкамерный ракетный двигатель малой тяги по п. 1, отличающийся тем, что в зазоре между нагревателем и внутренней стенкой внешней камеры разложения размещены тепловые экраны.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019118939U RU192756U1 (ru) | 2019-06-17 | 2019-06-17 | Двухкамерный ракетный двигатель малой тяги |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019118939U RU192756U1 (ru) | 2019-06-17 | 2019-06-17 | Двухкамерный ракетный двигатель малой тяги |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU192756U1 true RU192756U1 (ru) | 2019-09-30 |
Family
ID=68162489
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019118939U RU192756U1 (ru) | 2019-06-17 | 2019-06-17 | Двухкамерный ракетный двигатель малой тяги |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU192756U1 (ru) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3034293A (en) * | 1959-04-06 | 1962-05-15 | De Lacy F Ferris | Booster and sustainer thrust devices |
| US3523422A (en) * | 1964-03-03 | 1970-08-11 | Thiokol Chemical Corp | Two-stage liquid rocket powerplant |
| RU105685U1 (ru) * | 2010-08-13 | 2011-06-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт машиностроения" (ФГУП "НИИМаш") | Камера жидкостного ракетного двигателя малой тяги |
| RU2591391C1 (ru) * | 2015-06-29 | 2016-07-20 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (ТГУ) | Вихревой ракетный двигатель малой тяги на газообразном топливе |
-
2019
- 2019-06-17 RU RU2019118939U patent/RU192756U1/ru active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3034293A (en) * | 1959-04-06 | 1962-05-15 | De Lacy F Ferris | Booster and sustainer thrust devices |
| US3523422A (en) * | 1964-03-03 | 1970-08-11 | Thiokol Chemical Corp | Two-stage liquid rocket powerplant |
| RU105685U1 (ru) * | 2010-08-13 | 2011-06-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт машиностроения" (ФГУП "НИИМаш") | Камера жидкостного ракетного двигателя малой тяги |
| RU2591391C1 (ru) * | 2015-06-29 | 2016-07-20 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (ТГУ) | Вихревой ракетный двигатель малой тяги на газообразном топливе |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10895221B2 (en) | Continuous detonation wave engine and aircraft provided with such an engine | |
| Wolański | Detonation engines | |
| US11181076B2 (en) | Rocket engine bipropellant supply system including an electrolyzer | |
| RU2641791C2 (ru) | Способ и устройство для питания ракетного двигателя | |
| US3595022A (en) | Thermodynamic reaction drive | |
| Kato et al. | Study of combustion chamber characteristic length in rotating detonation engine with convergent-divergent nozzle | |
| CN104828262A (zh) | 航天器用低压液化气推力产生方法 | |
| BR102012020423A2 (pt) | Combustor de detonação por pulso | |
| US6516605B1 (en) | Pulse detonation aerospike engine | |
| CN113404621A (zh) | 火星上升飞行器用固液混合发动机及方法 | |
| US20220018314A1 (en) | Thrust Augmentation for Liquid Rocket Engines | |
| RU192756U1 (ru) | Двухкамерный ракетный двигатель малой тяги | |
| US12116958B2 (en) | Rocket motor and components thereof | |
| CN109404165B (zh) | 推力矢量控制的连续爆震火箭基发动机以及飞行器 | |
| US3584461A (en) | Generator of hot gases using hybrid propellant | |
| RU2453722C2 (ru) | Камера сгорания жидкостного ракетного двигателя малой тяги | |
| Liu et al. | A long duration and high reliability liquid apogee engine for satellites | |
| CN109667683A (zh) | 可变推力的连续爆震火箭基发动机以及飞行器 | |
| US3234737A (en) | Pressurizing system | |
| RU2721397C1 (ru) | Однокомпонентный жидкостный ракетный двигатель малой тяги | |
| EP2761159A1 (en) | Propulsion system | |
| CN113339162A (zh) | 耐高温可调压降固液混合火箭发动机催化床 | |
| RU2716778C2 (ru) | Камера сгорания жидкостного ракетного двигателя малой тяги | |
| JP2009257155A (ja) | 一液スラスタ | |
| Bzdyk et al. | Investigation of the Operating Parameters and Performance of an Autophage, Hybrid Rocket Propulsion System |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC92 | Official registration of non-contracted transfer of exclusive right of a utility model |
Effective date: 20210506 |