RU2041375C1 - Камера сгорания жидкостного ракетного двигателя малой тяги - Google Patents
Камера сгорания жидкостного ракетного двигателя малой тяги Download PDFInfo
- Publication number
- RU2041375C1 RU2041375C1 SU4812921A RU2041375C1 RU 2041375 C1 RU2041375 C1 RU 2041375C1 SU 4812921 A SU4812921 A SU 4812921A RU 2041375 C1 RU2041375 C1 RU 2041375C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- chamber
- combustion
- fuel
- nozzle
- oxidizer
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Nozzles For Spraying Of Liquid Fuel (AREA)
Abstract
Изобретение относится к устройствам для распыливания и сжигания самовоспламеняющихся компонентов топлива в жидкостных ракетных двигателях малой тяги (ЖРД МТ). Целью изобретения является улучшение смесеобразования и охлаждения камеры. В камере сгорания ЖРД МТ, содержащей корпус 14 и смесительную головку 1 с двухкомпонентной центробежной форсункой 8, в которой наружная 7 и внутренняя 11 полости соединены соответственно с коллекторами 4 и 5 компонентов топлива, выполнен ряд струйных форсунок, вход в каждую из которых соединен с коллектором 4, при этом проекция оси каждой струйной форсунки на плоскость головки перпендикулярна радиусу, на котором расположен ее выход. 3 ил.
Description
Изобретение относится к устройствам для распыливания и сжигания самовоспламеняющихся компонентов топлива в жидкостных ракетных двигателях малой тяги (ЖРДМТ).
Известна камера сгорания с форсуночной головкой, состоящей из центробежной форсунки, установленной в корпус головки, и струйных форсунок, направленных на стенку камеры [2]
Недостатками схемы смесеобразования данной конструкции являются невозможность обеспечения высокой степени полноты сгорания компонентов топлива при небольшой приведенной длине камеры (Lпр) из-за невозможности добиться организации удовлетворительных подготовительных процессов (смещение, испарение, воспламенение), особенно смешения в жидкой фазе; сложность обеспечения удовлетворительного теплового состояния камеры сгорания и сопла при высокой полноте сгорания из-за отсутствия специальных мер по охлаждению их.
Недостатками схемы смесеобразования данной конструкции являются невозможность обеспечения высокой степени полноты сгорания компонентов топлива при небольшой приведенной длине камеры (Lпр) из-за невозможности добиться организации удовлетворительных подготовительных процессов (смещение, испарение, воспламенение), особенно смешения в жидкой фазе; сложность обеспечения удовлетворительного теплового состояния камеры сгорания и сопла при высокой полноте сгорания из-за отсутствия специальных мер по охлаждению их.
Наиболее близкой к предлагаемой является камера ЖРДМТ, состоящая из камеры и смесительной головки с двумя соосными центробежными форсунками окислителя и горючего. Охлаждение камеры регенеративное.
Недостатками данной конструкции являются потребность в большой величине приведенной длины камеры сгорания (Lпр), так как горение в основном происходит на стенке камеры, а не в ядре потока (как, например, в схемах смесеобразования со сталкивающимися струями);
затянутый во времени запуск (τ0,9) до 250 мс за счет того, что столкновение окислителя и горючего происходит на стенке камеры сгорания на большом удалении от днища головки и за счет большого времени, необходимого для завершения подготовительных процессов (смешение, испарение, воспламенение, сгорание);
затянутый по времени останов (τ0,1) до 200 мс за счет времени, необходимого для опорожнения камеры с большой приведенной длиной от продуктов сгорания;
потребность в больших значениях входных давлений в двигатель, особенно по полости окислителя из-за значительных потерь на трение при течении его по конической и цилиндрической поверхностям камеры до встречи с горючим, а также отсутствие внутреннего охлаждения стенок камеры сгорания (кроме начального участка, омываемого окислителя) и сопла вынуждает прибегнуть к регенеративному охлаждению камеры, что, кроме технологических сложностей по изготовлению, обслуживанию и ремонту двигателя, приводит к перегреву мягких уплотнений в клапанных парах электроклапанов и электроклапанов в целом, к которым подводится нагретый в рубашке охлаждения компонент топлива. Кроме того, необходимо отмерить недостаток регенеративного охлаждения, заключающегося в том, что оно не эффективно (и даже опасно) в ЖРДМТ при работе на малых командах включения, когда скорость движения охлаждающего компонента по рубашке настолько мала, что компонент перегревается до состояния кипения и испарения. Пар, поступая в камеру, резко меняет режим горения топлива. При этом нарушается соотношение компонентов топлива, что может привести к перегреву стенок камеры, возможно и к прогару, в итоге выход двигателя из строя. Поэтому приходится программу работы ЖРДМТ по возможным временам включения (τвкл) ограничивать (т. е. исключать отдельные режимы работы по τвкл), что крайне нежелательно для объекта, на который устанавливается ЖРДМТ.
затянутый во времени запуск (τ0,9) до 250 мс за счет того, что столкновение окислителя и горючего происходит на стенке камеры сгорания на большом удалении от днища головки и за счет большого времени, необходимого для завершения подготовительных процессов (смешение, испарение, воспламенение, сгорание);
затянутый по времени останов (τ0,1) до 200 мс за счет времени, необходимого для опорожнения камеры с большой приведенной длиной от продуктов сгорания;
потребность в больших значениях входных давлений в двигатель, особенно по полости окислителя из-за значительных потерь на трение при течении его по конической и цилиндрической поверхностям камеры до встречи с горючим, а также отсутствие внутреннего охлаждения стенок камеры сгорания (кроме начального участка, омываемого окислителя) и сопла вынуждает прибегнуть к регенеративному охлаждению камеры, что, кроме технологических сложностей по изготовлению, обслуживанию и ремонту двигателя, приводит к перегреву мягких уплотнений в клапанных парах электроклапанов и электроклапанов в целом, к которым подводится нагретый в рубашке охлаждения компонент топлива. Кроме того, необходимо отмерить недостаток регенеративного охлаждения, заключающегося в том, что оно не эффективно (и даже опасно) в ЖРДМТ при работе на малых командах включения, когда скорость движения охлаждающего компонента по рубашке настолько мала, что компонент перегревается до состояния кипения и испарения. Пар, поступая в камеру, резко меняет режим горения топлива. При этом нарушается соотношение компонентов топлива, что может привести к перегреву стенок камеры, возможно и к прогару, в итоге выход двигателя из строя. Поэтому приходится программу работы ЖРДМТ по возможным временам включения (τвкл) ограничивать (т. е. исключать отдельные режимы работы по τвкл), что крайне нежелательно для объекта, на который устанавливается ЖРДМТ.
Целью изобретения является улучшение смесеобразования за счет применения струйных форсунок в сочетании с двухкомпонентной соосной центробежной форсункой и обеспечение удовлетворительной тепловой защиты стенок камеры сгорания и сопла при высокой степени полноты сгорания компонентов топлива.
Это достигается применением камеры сгорания, в смесительной головке которой выполнены две центробежные соосно установленные одна в другую форсунки окислителя и горючего и серия струйных форсунок, равномерно расположенных на периферии, запитанных от коллектора наружной центробежной форсунки и направленных в сторону сопла, причем проекции осей струйных форсунок на плоскость днища смесительной головки перпендикулярны радиусу, на котором расположены выходы этих форсунок.
На фиг. 1 показана камера сгорания, разрез; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 разрез Б-Б на фиг. 1.
Камера сгорания состоит из корпуса смесительной головки 1, подводящего канала 2 окислителя, подводящего канала 3 горючего, коллектора 4 окислителя, коллектора 5 горючего, втулки 6 с камерой закручивания 7, соплом 8 и тангенциальными отверстиями 9, шнекового завихрителя 10, камеры закручивания 11, сопла 12, струйных форсунок 13, камеры 14.
Предлагаемая камера сгорания работает следующим образом.
Окислитель по подводящему каналу 2 поступает в кольцевой коллектор 4, образованный втулкой 6 и корпусом головки 1, где распределяется часть окислителя (≈37% ) идет через струйные форсунки 13 на охлаждение стенок камеры и сопла, остальной окислитель через тангенциальные отверстия 9 в камеру закручивания 7, где выравнивается по толщине пелены и через сопло 8 выходит в полость камеры 14 в виде полого конуса до встречи с горючим. Горючее по подводящему каналу 3 поступает в коллектор 5 (образованный завихрителем 10 и корпусом головки 1) и далее через винтовые канавки шнекового завихрителя 10 в камеру закручивания 11, где выравнивается по толщине пелены, и через сопло 12 в полость камеры 14 в виде полого конуса до встречи с таким же конусом окислителя. При одновременном истечении окислителя и горючего в полость камеры 14 из пространства, заключенного между конусами распыла этих компонентов, эжектируется газ и за счет давления в камере на наружную поверхность конуса окислителя и внутреннюю поверхность конуса горючего указанные конуса схлопываются (сливаются) в непосредственной близости от днища смесительной головки начинается перемешивание компонентов в жидкой фазе. После схлопывания суммарный конус окислителя и горючего начинает рваться и дробиться на капли, летящие к стенке камеры. При этом капли образуют как бы поверхность в виде полого конуса, капли по пути к стенке камеры, преодолевая плотную среду горячих газов, теряют часть своей массы из-за уноса и испарения, а мелкие капли успевают испариться. В итоге уносится часть окислителя и горючего, участвующая в горении в ядре потока, вызывая увеличение полноты сгорания, остальная же часть окислителя и горючего падает в виде капель на стенку камеры, где продолжается перемешивание, испарение и на некотором удалении от места падения начинается воспламенение.
Струйные форсунки, сталкиваясь с суммарным конусом окислителя и горючего после разрыва его на капли, пронизывают его, летят на стенку камеры, на которой, растекшись, образуют пелену окислителя в виде чередующихся широких полос. Широкие полосы следствие закрученности струй из-за падения на вогнутую поверхность камеры (см. "плечо закрутки" на фиг. 2). Так создается завеса, охлаждающая камеру, докритическую, критическую и частично закритическую часть сопла. Остальная часть камеры (участок между днищем головки и фронтом встречи струй с камерой см. фиг. 1) охлаждается жидким топливом, а также продуктами разложения и испарения его.
Необходимо отметить то обстоятельство, что струи, пронизывая суммарный конус окислителя и горючего, увлекают за собой в зону ядра потока часть компонентов топлива (в виде капель, образующихся от дробления схлопнувшихся конусов распыла), которая сгорает в ядре потока, вызывая повышение полноты сгорания топлива. Кроме того, струи по пути к стенке камеры частично распадаются от воздействия на нее плотной среды горячих продуктов сгорания (мелкодисперсная фракция спутных капель отрывается от струй), частично испаряются. Оторвавшиеся спутные капли и испарившийся окислитель остаются в ядре потока и участвуют в горении, что также вызывает повышение полноты сгорания в камере.
Подбором доли окислителя, направляемого для охлаждения камеры, и количеством струйных форсунок можно регулировать степень полноты сгорания компонентов топлива (φβ) и тепловое состояние камеры и сопла. Увеличение доли завесы (>37%) от суммарного расхода окислителя) приводит к лучшему охлаждению, но одновременно снижает полноту сгорания. Уменьшение доли завесы (<37%) приводит к ухудшению охлаждения, одновременно увеличивая полноту сгорания.
В отличие от прототипа изобретение позволяет улучшить смесеобразование за счет эффектов, связанных с переносом части компонентов топлива из суммарного конуса распыла и струй, и сгорания этой части в ядре потока, а не на стенке, а также обеспечить удовлетворительное тепловое состояние камеры, докритической, критической и частично-закритической части сопла при высокой степени полноты сгорания компонентов топлива без применения регенеративного охлаждения.
Claims (1)
- КАМЕРА СГОРАНИЯ ЖИДКОСТНОГО РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ МАЛОЙ ТЯГИ, содержащая корпус и смесительную головку с размещенной по оси двухкомпонентной центробежной форсункой, наружная и внутренняя полости которой соединены с коллекторами соответствующих компонентов, отличающаяся тем, что, с целью улучшения смесеобразования и охлаждения камеры, в смесительной головке выполнен ряд равномерно расположенных по окружности струйных форсунок, вход в каждую из которых сообщен с наружным коллектором центробежной форсунки, причем проекция оси каждой струйной форсунки на плоскость смесительной головки перпендикулярна радиусу, на котором расположен ее выход.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4812921 RU2041375C1 (ru) | 1990-02-28 | 1990-02-28 | Камера сгорания жидкостного ракетного двигателя малой тяги |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4812921 RU2041375C1 (ru) | 1990-02-28 | 1990-02-28 | Камера сгорания жидкостного ракетного двигателя малой тяги |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2041375C1 true RU2041375C1 (ru) | 1995-08-09 |
Family
ID=21507569
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU4812921 RU2041375C1 (ru) | 1990-02-28 | 1990-02-28 | Камера сгорания жидкостного ракетного двигателя малой тяги |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2041375C1 (ru) |
Cited By (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6212878B1 (en) | 1999-03-01 | 2001-04-10 | Otkrytoe Aktsionernoe Obschestvo “Nauchno-Proizvodstvennoe Obiedinenie “Energomash” Imeni Akademika V.P. Glushko” | Gas generator module |
RU2527825C1 (ru) * | 2013-03-12 | 2014-09-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный космический научно-производственный центр имени М.В. Хруничева" | Жидкостный ракетный двигатель малой тяги |
RU2558489C2 (ru) * | 2012-07-30 | 2015-08-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт машиностроения" (ФГУП "НИИМаш") | Камера сгорания жидкостного ракетного двигателя малой тяги |
RU2572261C2 (ru) * | 2013-05-30 | 2016-01-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт машиностроения" (ФГУП "НИИМаш") | Камера сгорания 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 |
RU2592948C2 (ru) * | 2014-04-30 | 2016-07-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ МАШИНОСТРОЕНИЯ" | Камера сгорания жидкостного ракетного двигателя малой тяги |
RU2605267C2 (ru) * | 2015-04-29 | 2016-12-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт машиностроения" (ФГУП "НИИМаш") | Блок ракетных двигателей малой тяги |
RU2626189C1 (ru) * | 2016-10-03 | 2017-07-24 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева" | Ракетный двигатель малой тяги на газообразных водороде и кислороде с центробежной и струйными форсунками |
RU2628143C1 (ru) * | 2016-10-03 | 2017-08-15 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева" | Ракетный двигатель малой тяги на газообразных водороде и кислороде с центробежными форсунками |
RU2648040C1 (ru) * | 2017-02-16 | 2018-03-21 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва" | Ракетный двигатель малой тяги на газообразном водороде и кислороде с предварительным смешением компонентов в смесительной головке |
RU2655888C2 (ru) * | 2015-05-05 | 2018-05-29 | Акционерное общество "НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ МАШИНОСТРОЕНИЯ" (ФГУП "НИИМаш") | Камера жидкостного ракетного двигателя малой тяги |
RU2739851C2 (ru) * | 2016-07-19 | 2020-12-29 | Аэроджет Рокетдайн, Инк. | Форсуночный элемент ракетного двигателя |
-
1990
- 1990-02-28 RU SU4812921 patent/RU2041375C1/ru active
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
1. Патент США N 3546883, кл. 60-258, 1970. * |
2. Состояние и развитие иностранных ЖРД МТ и ДУ космических летательных аппаратов под ред. Е.Г.Любарского и В.А.шерстянникова, 1978, с.33. * |
Cited By (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6212878B1 (en) | 1999-03-01 | 2001-04-10 | Otkrytoe Aktsionernoe Obschestvo “Nauchno-Proizvodstvennoe Obiedinenie “Energomash” Imeni Akademika V.P. Glushko” | Gas generator module |
RU2558489C2 (ru) * | 2012-07-30 | 2015-08-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт машиностроения" (ФГУП "НИИМаш") | Камера сгорания жидкостного ракетного двигателя малой тяги |
RU2527825C1 (ru) * | 2013-03-12 | 2014-09-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный космический научно-производственный центр имени М.В. Хруничева" | Жидкостный ракетный двигатель малой тяги |
RU2572261C2 (ru) * | 2013-05-30 | 2016-01-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт машиностроения" (ФГУП "НИИМаш") | Камера сгорания жидкостного ракетного двигателя малой тяги |
RU2592948C2 (ru) * | 2014-04-30 | 2016-07-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ МАШИНОСТРОЕНИЯ" | Камера сгорания жидкостного ракетного двигателя малой тяги |
RU2605267C2 (ru) * | 2015-04-29 | 2016-12-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт машиностроения" (ФГУП "НИИМаш") | Блок ракетных двигателей малой тяги |
RU2655888C2 (ru) * | 2015-05-05 | 2018-05-29 | Акционерное общество "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 |
RU2739851C2 (ru) * | 2016-07-19 | 2020-12-29 | Аэроджет Рокетдайн, Инк. | Форсуночный элемент ракетного двигателя |
RU2626189C1 (ru) * | 2016-10-03 | 2017-07-24 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева" | Ракетный двигатель малой тяги на газообразных водороде и кислороде с центробежной и струйными форсунками |
RU2628143C1 (ru) * | 2016-10-03 | 2017-08-15 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева" | Ракетный двигатель малой тяги на газообразных водороде и кислороде с центробежными форсунками |
RU2648040C1 (ru) * | 2017-02-16 | 2018-03-21 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва" | Ракетный двигатель малой тяги на газообразном водороде и кислороде с предварительным смешением компонентов в смесительной головке |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP3649404B1 (en) | Auxiliary torch ignition | |
RU2041375C1 (ru) | Камера сгорания жидкостного ракетного двигателя малой тяги | |
US5540056A (en) | Cyclonic prechamber with a centerbody for a gas turbine engine combustor | |
US3811278A (en) | Fuel injection apparatus | |
US3030773A (en) | Vortex type combustion with means for supplying secondary air | |
EP0728989B1 (en) | Gas turbine engine combustor | |
RU2319853C2 (ru) | Способ организации рабочего процесса в камере сгорания жидкостного ракетного двигателя малой тяги | |
EP3649403A1 (en) | Auxiliary torch ignition | |
US2930194A (en) | Combustor having high turbulent mixing for turbine-type starter | |
US5113647A (en) | Gas turbine annular combustor | |
CN108758625B (zh) | 一种燃油切向入射成膜的贫油直喷空气雾化喷嘴 | |
WO2016060581A1 (ru) | Устройство и способ организации рабочего процесса реактивного двигателя | |
CN108351105A (zh) | 预膜式燃料/空气混合器 | |
CN108613217A (zh) | 一种分配式部分预混喷注装置及燃烧室 | |
US2701445A (en) | Ignition equipment for the combustion equipment of rocket motors | |
RU2708011C1 (ru) | Устройство для сжигания топлива | |
RU2724069C1 (ru) | Ракетный двигатель малой тяги на несамовоспламеняющихся жидком горючем и газообразном окислителе | |
RU2192555C2 (ru) | Камера жидкостного ракетного двигателя малой тяги | |
US3044264A (en) | Fuel spray nozzle | |
US3568445A (en) | Thrust gas generator and method of operation | |
RU2191913C2 (ru) | Смесительная головка | |
RU2217620C2 (ru) | Камера жидкостного ракетного двигателя малой тяги | |
RU2070652C1 (ru) | Гибридный ракетный двигатель | |
RU2212004C1 (ru) | Способ и устройство для сжигания топлива | |
US5307636A (en) | Staged, coaxial, multiple point fuel injection in a hot gas generator having a sufficiently wide cone angle |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
REG | Reference to a code of a succession state |
Ref country code: RU Ref legal event code: MM4A Effective date: 20090301 |