RU2191913C2

RU2191913C2 - Injector assembly

Info

Publication number: RU2191913C2
Application number: RU99104032A
Authority: RU
Inventors: В.Н. Иванов
Original assignee: Государственное предприятие Научно-исследовательский институт машиностроения
Priority date: 1999-03-01
Filing date: 1999-03-01
Publication date: 2002-10-27

Abstract

FIELD: liquid-propellant rocket engines. SUBSTANCE: injector assembly of liquid-propellant rocket engine has body and two coaxial centrifugal injectors mounted in this body. Each injector is communicated with manifold of respective component of propellant and is provided with vortex chamber having component supply passages and nozzles. Part of vortex chamber of inner injector is permeable. Cavity embracing the permeable part of vortex chamber is communicated with manifold of outer injector. EFFECT: enhanced reliability and economical efficiency of injector assembly. 2 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для распыливания и сжигания самовоспламеняющихся компонентов топлива в жидкостных ракетных двигателях (ЖРД). The invention relates to a device for spraying and burning self-igniting components of a fuel in liquid rocket engines (LRE).

Известна камера сгорания с форсуночной головкой (см. патент США 3546383 [1] ), состоящей из центробежной форсунки, установленной в корпус головки, и струйных форсунок, направленных на стенку камеры. Недостатками схемы смесеобразования данной конструкции являются невысокое качество подготовительных процессов (смешение, испарение, воспламенение) и сложность организации тепловой защиты камеры. Known combustion chamber with a nozzle head (see US patent 3546383 [1]), consisting of a centrifugal nozzle mounted in the head housing, and jet nozzles directed to the chamber wall. The disadvantages of the mixture formation scheme of this design are the low quality of the preparatory processes (mixing, evaporation, ignition) and the difficulty of organizing the thermal protection of the chamber.

Наиболее близким по сущности является изобретение по патенту РФ 2041375 [2] "Камера ЖРДМТ", состоящая из камеры и смесительной головки с двумя соосными центробежными форсунками окислителя и горючего и серии 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. The closest in essence is the invention according to the patent of the Russian Federation 2041375 [2] "LRDMT chamber", consisting of a chamber and a mixing head with two coaxial centrifugal nozzles of an oxidizer and fuel and a series of jet nozzles uniformly located on the periphery, fed from the collector of the outer centrifugal nozzle and directed towards the nozzle; moreover, the projections of the axes of the jet nozzles on the plane of the bottom of the mixing head are perpendicular to the radius on which the outputs of these nozzles are located.

Недостатками данной конструкции являются довольно большая приведенная длина камеры сгорания из-за того, что горение в основном происходит на стенке камеры, а не в ядре потока, что связано с физико-химическими свойствами компонентов топлива, а именно их температурой кипения (окислитель, мгновенно испаряясь, устремляется в центр камеры сгорания), и неустойчивость в работе камеры сгорания, вызванная нарушением заданного распределения компонентов топлива по поперечному сечению камеры за счет неравномерного прогрева головки при ее работе и, соответственно, такому же неравномерному прогреву компонентов топлива перед их истечением из смесительной головки. The disadvantages of this design are the rather large reduced length of the combustion chamber due to the fact that combustion mainly occurs on the wall of the chamber, and not in the flow core, due to the physicochemical properties of the fuel components, namely their boiling point (oxidizing agent, instantly evaporating rushes to the center of the combustion chamber), and instability in the operation of the combustion chamber caused by a violation of the specified distribution of fuel components over the cross section of the chamber due to uneven heating of the head during its operation and, accordingly, the same uneven heating of the fuel components before they expire from the mixing head.

Предлагаемое изобретение решает следующие задачи:
а) улучшает смесеобразование;
б) обеспечивает удовлетворительную тепловую защиту стенки камеры сгорания и сопла при высокой степени полноты сгорания компонентов топлива;
в) снижает импульс последействия.The present invention solves the following tasks:
a) improves mixture formation;
b) provides satisfactory thermal protection of the wall of the combustion chamber and nozzle with a high degree of completeness of combustion of the fuel components;
c) reduces the impulse of aftereffect.

Поставленные задачи решаются с помощью смесительной головки, состоящей из корпуса с установленными в нем двумя соосными центробежными форсунками, сообщенными с соответствующими коллекторами компонентов топлива. Каждая из форсунок имеет камеру закручивания с каналами подачи компонентов топлива и сопла. Отличие предлагаемой смесительной головки заключается в том, что часть камеры закручивания внутренней форсунки выполнена проницаемой со стороны наружной форсунки, а полость, охватывающая проницаемую часть каморы закручивания, сообщена с коллектором наружной форсунки. The tasks are solved using a mixing head, consisting of a housing with two coaxial centrifugal nozzles installed in it, in communication with the respective manifolds of the fuel components. Each of the nozzles has a swirl chamber with channels for supplying fuel components and nozzles. The difference of the proposed mixing head is that part of the swirl chamber of the inner nozzle is made permeable from the side of the outer nozzle, and the cavity covering the permeable part of the swirl chamber is in communication with the manifold of the outer nozzle.

Предлагаемое решение поясняется чертежами: на фиг.1 показана смесительная головке в разрезе, на фиг.2 показан поперечный разрез смесительной головки в зоне установки проницаемой мембраны. The proposed solution is illustrated by drawings: in Fig. 1 shows a mixing head in section, in Fig. 2 shows a cross section of a mixing head in the installation area of a permeable membrane.

Смесительная головка состоит из корпуса форсунки 1, подводящих каналов 2 окислителя и 3 горючего, коллекторов 4 окислителя и 5 горючего, втулки 6 окислителя с винтовыми пазами 7, камерой закручивания 8 и соплом 9, шнекового завихрителя 10, камеры закручивания 11 с соплом 12, каналов перетекания 13, мембраны 14 и коллектора между ними 15. The mixing head consists of the nozzle body 1, the inlet channels 2 of the oxidizer and 3 fuel, the collectors 4 of the oxidizer and 5 fuel, the sleeve 6 of the oxidizer with screw slots 7, the swirl chamber 8 and nozzle 9, the screw swirl 10, the swirl chamber 11 with nozzle 12, channels overflow 13, the membrane 14 and the collector between them 15.

Предлагаемая смесительная головка работает следующим образом:
Окислитель по подводящему каналу 2 поступает в кольцевой коллектор 4, образованный втулкой 6 и корпусом головки 1, через винтовые пазы 7 - в камеру закручивания 8, где выравнивается по толщине пелены и через сопло 9 выходит из форсунки в виде полого капельного конуса до встречи с каплями горючего. Часть окислителя через каналы перетекания 13 и проницаемую мембрану 14 поступает в камеру закручивания 11.The proposed mixing head works as follows:
The oxidizing agent through the inlet channel 2 enters the annular collector 4, formed by the sleeve 6 and the head housing 1, through the screw grooves 7 - into the twisting chamber 8, where it is aligned with the thickness of the shroud and through the nozzle 9 leaves the nozzle in the form of a hollow droplet cone until it meets drops fuel. Part of the oxidizing agent through the overflow channels 13 and the permeable membrane 14 enters the twisting chamber 11.

Горючее по подводящему каналу 3 поступает в коллектор 5 (образованный эавихрителем 10 и корпусом головки 1) и далее - через винтовые канавки шнекового завихрителя 10 - в камеру закручивания 11, где выравнивается по толщине пелены и подогревается за счет тепла, выделяемого от взаимодействия на поверхности мембраны горючего с окислителем, и через сопло 12 - выходит из форсунки в виде полого капельного конуса - до встречи с таким же конусом окислителя, причем при встрече с другим компонентом в зоне проницаемой мембраны возникает эффект поверхностного скольжения по образующейся газовой прослойке. The fuel through the supply channel 3 enters the collector 5 (formed by the e-swirl 10 and the head housing 1) and then through the screw grooves of the screw swirler 10 into the swirl chamber 11, where it is aligned with the thickness of the shroud and is heated due to the heat released from the interaction on the membrane surface fuel with an oxidizing agent, and through the nozzle 12 - leaves the nozzle in the form of a hollow droplet cone - until it encounters the same oxidizer cone, and when it encounters another component in the area of the permeable membrane, the effect of surface of sliding on a gas formed interlayer.

При одновременном истечении окислителя и горючего в виде капель в пространство происходит их перемешивание, качество которого зависит от степени распыления компонентов в конусах распыла и зависящего, в срою очередь, от качества подготовки компонентов перед их распыливанием. Зa счет предварительного подогрева высококипящего компонента топлива до его истечения из форсунки обеспечивается значительное снижение вязкости, влияющей на качество распыла и увеличение скорости истечения из центрально форсунки. Дополнительно увеличение скорости истечения, влияющей положительно на качество распыла, происходит за счет поверхностного скольжения по образующейся газовой прослойке. With the simultaneous outflow of the oxidizing agent and fuel in the form of droplets into the space, they are mixed, the quality of which depends on the degree of dispersion of the components in the spray cones and depends, in turn, on the quality of preparation of the components before spraying them. Due to the preheating of the high-boiling component of the fuel before it expires from the nozzle, a significant decrease in viscosity is achieved, which affects the quality of the spray and increases the rate of outflow from the central nozzle. Additionally, an increase in the flow rate, which positively affects the quality of the spray, occurs due to surface sliding along the resulting gas layer.

При использовании данной смесительной головки в составе камеры ЖРД обеспечивается постоянство процессов и удовлетворительное стабильное тепловое состояние камеры без применения других типов охлаждения, постоянство характеристик истечения в процессе работы двигателя, что связано с постоянством теплового баланса между смесительной головкой, зоной сгорания и окружающей средой. Дополнительно, за счет принудительного подогрева высококипящего компонента, снижается время опорожнения заклапанных полостей и, прежде всего, заклапанной полости и высококипящего компонента. When using this mixing head as part of the LRE chamber, the processes are constant and the thermal state of the chamber is satisfactory without the use of other types of cooling, the flow characteristics are constant during engine operation, which is associated with the constant heat balance between the mixing head, the combustion zone and the environment. Additionally, due to the forced heating of the high-boiling component, the time for emptying the valve cavities and, above all, the valve cavity and the high-boiling component is reduced.

Источники информации
1. Патент США 3546883, кл.60-258,1970 г.Sources of information
1. US patent 3546883, CL 60-258.1970,

2. Патент РФ 2041375, МПК F 02 К 9/52, 28.02.90г. 2. RF patent 2041375, IPC F 02 K 9/52, 02.28.90.

Claims

A mixing head, consisting of a housing, two coaxial centrifugal nozzles installed in it, each of which is connected to the collector of the corresponding fuel component and has a swirl chamber with component supply channels and nozzles, characterized in that the part of the swirl chamber of the inner nozzle is permeable, and the cavity, covering the permeable part of the twisting chamber, in communication with the manifold of the external nozzle.