RU2028503C1

RU2028503C1 - Solar heat rocket engine

Info

Publication number: RU2028503C1
Authority: RU
Inventors: В.С. Сыромятников; С.С. Темнов
Original assignee: Головное конструкторское бюро научно-производственного объединения "Энергия" им.акад.С.П.Королева
Priority date: 1990-05-07
Filing date: 1990-05-07
Publication date: 1995-02-09

Abstract

FIELD: engine sets. SUBSTANCE: solar heat rocket engine has radiation detector in the form of two concentric tubes 2, 3, concentrator 1 with longitudinal center line, whose shape provides for focusing of sun rays on entire length of external tube 2 of detector. Working medium heated in detector goes to nozzle 7. EFFECT: design. 3 dwg

Description

Изобретение относится к использованию солнечной энергии для обеспечения движения космических аппаратов (КА) и может быть использовано для создания космической двигательной установки. The invention relates to the use of solar energy to ensure the movement of spacecraft (SC) and can be used to create a space propulsion system.

Известна солнечная тепловая ракетная двигательная установка (СТРДУ), обеспечивающая движение КА за счет нагрева до высокой температуры рабочего тела (газа), тепловая энергия которого преобразуется в кинетическую энергию истекающей струи в реактивном сопле двигателя. Такая установка содержит бак с рабочим телом, систему подачи рабочего тела, концентратор, приемник излучения, сопло двигателя. Known solar thermal rocket propulsion system (STRDU), providing the motion of the spacecraft by heating to a high temperature of the working fluid (gas), the thermal energy of which is converted into kinetic energy of the flowing jet in the jet nozzle of the engine. Such an installation comprises a tank with a working fluid, a supply system of the working fluid, a concentrator, a radiation receiver, an engine nozzle.

Однако такой двигатель имеет следующие недостатки: узлы конструкции функционально развязаны и не могут быть расположены достаточно компактно; оси симметрии концентратора, приемника излучения и сопла двигателя не совпадают; требуется точная ориентация концентратора. However, such an engine has the following disadvantages: the design units are functionally decoupled and cannot be located compactly enough; the axis of symmetry of the concentrator, radiation receiver and engine nozzle do not match; Accurate orientation of the hub is required.

Известна также СТРДУ, выбранная в качестве прототипа и состоящая из концентратора, приемника излучения, бака с рабочим телом, системы подачи рабочего тела, сопла двигателя, системы наведения на Солнце и системы ориентации КА, при этом бак соединен с приемником излучения посредством специальной мачты и стрелы, закрепленной в цапфах в центральной части концентратора, выполненного в форме сферического баллона. Приемник излучения расположен на конце стрелы в фокусе концентратора и его постоянное положение в фокусе сохраняется с помощью специальной системы наведения. При работе СТРДУ рабочее тело из бака турбонасосным агрегатом подается в приемник излучения, а затем противотоком внутри стрелы подогретый газ через отдельный трубопровод отводится в сопло двигателя и в двигатели системы ориентации КА. Also known is STRDU, selected as a prototype and consisting of a concentrator, a radiation receiver, a tank with a working fluid, a working fluid supply system, an engine nozzle, a sun guidance system and a spacecraft orientation system, while the tank is connected to the radiation receiver through a special mast and boom fixed in pins in the central part of the hub, made in the form of a spherical balloon. The radiation receiver is located at the end of the boom in the focus of the concentrator and its constant position in focus is maintained using a special guidance system. During the operation of the turbojet engine, the working fluid from the tank is fed by a turbopump to the radiation receiver, and then the heated gas is discharged through a separate pipeline into the engine nozzle and into the spacecraft orientation system’s counterflow inside the boom.

Рассмотренная установка обладает теми недостатками, что несоосное с концентратором расположение основных узлов не позволяет выполнить конструкцию достаточно компактно, тем более, что такая схема установки достаточно сложная. The installation under consideration has the disadvantages that the arrangement of the main units misaligned with the concentrator does not allow the design to be compact enough, especially since such an installation scheme is quite complex.

Целью изобретения является улучшение компоновки конструкции для уменьшения ее габаритов и массы. The aim of the invention is to improve the layout to reduce its size and weight.

Поставленная цель достигается тем, что в солнечном тепловом ракетном двигателе, содержащем концентратор, приемник излучения, бак с рабочим телом, систему подачи рабочего тела и сопло двигателя, приемник излучения выполнен в виде двух концентрических трубок и расположен внутри концентратора вдоль продольной оси симметрии последнего, при этом во внутренней трубке приемника излучения выполнено входное отверстие со стороны бака с рабочим телом, а выходное отверстие внешней трубки выведено за критическое сечение сопла двигателя, являющегося одновременно частью концентратора. This goal is achieved by the fact that in a solar thermal rocket engine containing a concentrator, a radiation receiver, a tank with a working fluid, a working fluid supply system and an engine nozzle, the radiation detector is made in the form of two concentric tubes and is located inside the concentrator along the longitudinal axis of symmetry of the latter, with in this case, an inlet is made in the inner tube of the radiation receiver from the side of the tank with the working fluid, and the outlet of the outer tube is taken out beyond the critical section of the engine nozzle, which at the same time part of the hub.

На фиг.1 изображен предлагаемый двигатель; на фиг.2 - узел I на фиг.1; на фиг.2 - узел II на фиг.1. Figure 1 shows the proposed engine; figure 2 - node I in figure 1; figure 2 - node II in figure 1.

Солнечный тепловой ракетный двигатель содержит концентратор 1, приемник излучения, состоящий из внешней трубки 2 и расположенной внутри нее внутренней трубки 3. Внутренняя трубка 3 одним концом (входным) соединена через клапан 4 и регулятором 5 подачи рабочего тела с баком 6 с рабочим телом. На другом конце внутренней трубки 3 имеется выходное отверстие, сообщающееся с внешней трубкой 2. В свою очередь, внешняя трубка 2 имеет выходное отверстие, вынесенное за критическое сечение сопла двигателя, присоединенного к концентратору 1 в его узкой части. The solar thermal rocket engine contains a concentrator 1, a radiation receiver, consisting of an outer tube 2 and an inner tube 3 located inside it. The inner tube 3 is connected at one end (inlet) through a valve 4 and a regulator 5 for supplying the working fluid to the working tank 6 and the tank 6. At the other end of the inner tube 3, there is an outlet opening in communication with the outer tube 2. In turn, the outer tube 2 has an outlet located outside the critical section of the engine nozzle attached to the hub 1 in its narrow part.

При ориентации двигателя на Солнце концентратор 1 обеспечивает максимальный нагрев трубок 2 и 3 приемника излучения. При открытии клапана 4 рабочее тело вытесняется избыточным давлением, определяемым регулятором 5 подачи, из бака 6 и поступает по внутренней трубке 3 к ее выходному отверстию (см. фиг.2), при этом рабочее тело уже нагревается за счет теплопередачи от концентрически расположенной нагретой внешней трубки 2. When the engine is oriented to the Sun, the concentrator 1 provides maximum heating of the tubes 2 and 3 of the radiation receiver. When valve 4 is opened, the working fluid is displaced by the excess pressure determined by the feed regulator 5 from the tank 6 and flows through the inner tube 3 to its outlet (see Fig. 2), while the working fluid is already heated by heat transfer from a concentrically located heated external tube 2.

Поступающее через выходное отверстие внутренней трубки 3 нагретое рабочее тело движется во внешней трубке 2 к ее выходному отверстию, расположенному за критическим сечением, все более нагреваясь, за счет чего его кинетическая энергия увеличивается (см. фиг.3). Нагретый до максимальной температуры газ поступает в сопло 7 двигателя (см. фиг.3) и истекает, создавая необходимую для движения КА ракетную тягу. The heated working fluid coming through the outlet of the inner tube 3 moves in the outer tube 2 to its outlet located beyond the critical section, becoming more and more heated, due to which its kinetic energy increases (see Fig. 3). Gas heated to a maximum temperature enters the nozzle 7 of the engine (see FIG. 3) and expires, creating rocket propulsion necessary for the spacecraft to move.

Выполнение приемника излучения внутри концентратора по его продольной оси симметрии, что практически невозможно выполнить в схеме, принятой за прототип, в виде двух концентрических трубок, при этом внутренняя трубка имеет выходное отверстие к системе подачи к баку с рабочим телом, также расположенных по оси симметрии концентратора, а внешняя трубка имеет выходное отверстие непосредственно в сопло двигателя, являющееся частью концентратора и присоединенное к нему в его узкой части, (в прототипе сопло двигателя и концентратор конструктивно разнесены), что позволяет выполнить поставленную задачу - улучшить компоновку: расположить узлы двигателя таким образом, создавая конструкцию с минимальными габаритами и, следовательно, массой с обеспечением всех функций, выполняемых двигателем. The implementation of the radiation receiver inside the concentrator along its longitudinal axis of symmetry, which is almost impossible to perform in the scheme adopted for the prototype, in the form of two concentric tubes, while the inner tube has an outlet to the supply system to the tank with a working fluid, also located on the axis of symmetry of the concentrator , and the outer tube has an outlet directly into the engine nozzle, which is part of the hub and attached to it in its narrow part (in the prototype, the engine nozzle and the design concentrator but spaced apart), which allows to complete the task - to improve layout: position the motor units in such a way, creating structure with minimal dimensions and hence mass with providing all the functions performed by motor.

Claims

A SOLAR THERMAL ROCKET ENGINE containing a concentrator, a radiation receiver, a tank with a working fluid, a working fluid supply system and an engine nozzle, characterized in that, in order to improve the layout, the radiation receiver is made in the form of two concentric tubes located inside the concentrator along its longitudinal axis symmetry, while the inlet of the inner tube is located on the side of the tank, and its outlet is behind the critical section of the nozzle, which is part of the concentrator.