RU2223410C1

RU2223410C1 - Solid propellant control unit

Info

Publication number: RU2223410C1
Application number: RU2002116795/06A
Authority: RU
Inventors: В.Н. Александров; В.К. Верхоломов; Е.В. Суриков; М.Д. Граменицкий; О.К. Волков; С.Н. Рыбаулин
Priority date: 2002-06-26
Filing date: 2002-06-26
Publication date: 2004-02-10

Abstract

FIELD: rocketry. SUBSTANCE: proposed solid propellant control unit of rocket-ramjet engine is placed between gas generator and afterburning chamber and it contains nozzle insert and rod with movable central body. Nozzle insert has rear wall forming, together with insert, and intermediate space accommodating central body and rod secured on rear wall. Nozzle holes are made in rear wall to deliver gas generator combustion products into afterburning chamber. Central body and rod form control space connected to channels passing through rear wall and rod. EFFECT: increased combustion efficiency in afterburning chamber and improved reliability of solid propellant control unit. 2 cl, 2 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к машиностроению, а именно к устройствам, предназначенным для регулирования расхода твердого топлива в реактивной технике, в частности в регулируемых ракетно-прямоточных двигателях.The present invention relates to mechanical engineering, and in particular to devices designed to control the consumption of solid fuel in jet technology, in particular in regulated rocket engines.

Серьезным недостатком, ограничивающим применение регулятора расхода твердого топлива, размещенного между твердотопливным газогенератором и камерой дожигания, является низкая полнота сгорания в камере дожигания регулируемого ракетно-прямоточного двигателя. Это является следствием неудовлетворительной организации смешения газогенераторных продуктов сгорания на выходе из регулятора расхода.A serious drawback limiting the use of the regulator of the flow of solid fuel placed between the solid fuel gas generator and the afterburner is the low completeness of combustion in the afterburner of an adjustable ramjet engine. This is a consequence of the unsatisfactory organization of mixing gas-generating products of combustion at the outlet of the flow controller.

Известен регулятор расхода твердого топлива, размещенный между газогенератором и камерой дожигания регулируемого ракетно-прямоточного двигателя (см. патент США № 4574586, 1984 г., НКИ 60-254, аналог). Регулятор расхода состоит из канала с сопловым вкладышем, по которому продукты первичного сгорания попадают из газогенератора в камеру дожигания, подвижного штока и его привода. При движении штока перпендикулярно оси канала происходит изменение площади критического сечения соплового вкладыша и, соответственно, давления в газогенераторе, что обеспечивает необходимое изменение расхода твердого топлива.Known regulator of the flow of solid fuel, located between the gas generator and the afterburner of an adjustable rocket-ram engine (see US patent No. 4574586, 1984, NKI 60-254, analogue). The flow regulator consists of a channel with a nozzle insert, through which the primary combustion products enter from the gas generator into the afterburner, the movable rod and its drive. When the rod moves perpendicular to the axis of the channel, the critical cross-sectional area of the nozzle insert and, accordingly, the pressure in the gas generator change, which ensures the necessary change in the consumption of solid fuel.

Недостатком известных устройств является то, что продукты первичного сгорания через канал регулятора непосредственно попадают в камеру дожигания, где они смешиваются с воздухом и окончательно сгорают. Однако для улучшения качества смешения газогенераторного газа и воздуха и повышения полноты сгорания в камере дожигания необходимо увеличение числа каналов и, следовательно, числа регуляторов расхода, что приводит к недопустимому усложнению конструкции устройства, к увеличению его габаритно-массовых характеристик.A disadvantage of the known devices is that the primary combustion products through the regulator channel directly enter the afterburner, where they are mixed with air and finally burned. However, to improve the quality of mixing gas-generating gas and air and increase the completeness of combustion in the afterburner, an increase in the number of channels and, consequently, the number of flow controllers is necessary, which leads to an unacceptable complication of the design of the device, to increase its overall mass characteristics.

Наиболее близким техническим решением, выбранным за прототип, является регулятор расхода твердого топлива, размещенный между газогенератором и камерой дожигания ракетно-прямоточного двигателя, содержащий сопловой вкладыш и шток с подвижным центральным телом (заявка Японии № 63-316163, заявлена 16.12.88, опубл. 01.02.95). При движении центрального тела вдоль неподвижного штока происходит изменение площади критического сечения соплового вкладыша и соответствующее изменение давления и расхода твердого топлива в газогенераторе. Продукты первичного сгорания из газогенератора через отверстие соплового вкладыша непосредственно поступают в камеру дожигания, где они смешиваются с воздухом, вытекающим из воздухозаборного устройства, и окончательно сгорают. Однако в этом устройстве используется одно отверстие соплового вкладыша для подачи газогенераторного газа в камеру дожигания, что недостаточно для организации качественного смешения и получения высокой полноты сгорания в камере дожигания. Кроме того, это отверстие соплового вкладыша соосно с камерой дожигания, что в ряде случаев также ухудшает процесс смешения с воздухом. Рассматриваемое устройство по существу представляет однокаскадный регулятор расхода, когда сопловой вкладыш (один каскад) выполняет одновременно функции дозирующего и смесительного элементов.The closest technical solution chosen for the prototype is a solid fuel flow regulator located between the gas generator and the afterburning engine afterburning chamber, containing a nozzle insert and a rod with a movable central body (Japanese application No. 63-316163, claimed 16.12.88, publ. 02/01/95). When the central body moves along the fixed rod, a change in the critical section area of the nozzle insert and a corresponding change in pressure and solid fuel consumption in the gas generator occur. The primary combustion products from the gas generator through the nozzle insert hole directly enter the afterburner, where they are mixed with the air flowing from the air intake device and finally burned. However, this device uses one hole of the nozzle insert for supplying gas-generating gas to the afterburner, which is not enough to organize high-quality mixing and to obtain high combustion completeness in the afterburner. In addition, this nozzle insert opening is aligned with the afterburner, which in some cases also worsens the mixing process with air. The device under consideration essentially represents a single-stage flow controller, when the nozzle insert (one stage) simultaneously performs the functions of the metering and mixing elements.

Цель изобретения - организация качественного смешения газогенераторного газа на выходе из регулятора расхода и получение высокой полноты сгорания в камере дожигания. Другой целью изобретения является повышение надежности работы регулятора расхода твердого топлива.The purpose of the invention is the organization of high-quality mixing of gas-generating gas at the outlet of the flow regulator and obtaining a high completeness of combustion in the afterburner. Another objective of the invention is to increase the reliability of the solid fuel flow controller.

Цель достигается тем, что сопловой вкладыш снабжен задней стенкой, образующей вместе с ним промежуточную полость, в которой размещены центральное тело и шток, закрепленный на задней стенке, в которой выполнены сопловые отверстия для подачи газогенераторных продуктов сгорания в камеру дожигания, при этом центральное тело и шток образуют управляющую полость, с которой соединены каналы, проходящие через заднюю стенку и шток.The goal is achieved in that the nozzle insert is provided with a rear wall forming together with it an intermediate cavity in which the central body and the rod are mounted, mounted on the rear wall, in which nozzle openings are made for supplying gas-generated combustion products to the afterburner, while the central body and the rod form a control cavity with which the channels passing through the rear wall and the rod are connected.

Элементы регулятора расхода выполнены из композиционных материалов.Elements of the flow regulator are made of composite materials.

На фиг. 1 изображен общий вид предлагаемого регулятора расхода твердого топлива в рабочем положении; на фиг. 2 - общий вид регулятора расхода в закрытом положении.In FIG. 1 shows a General view of the proposed solid fuel flow controller in the operating position; in FIG. 2 is a general view of the flow controller in the closed position.

Заявляемый регулятор расхода 1, размещенный между твердотопливным газогенератором 2 и камерой дожигания 3, снабженной воздухозаборным устройством 4, состоит из следующих основных элементов: соплового вкладыша 5, подвижного центрального тела 6 с управляющей полостью 7, пустотелого штока 8, задней стенки 9, соединенной с сопловым вкладышем, размещенной ниже по потоку и образующей вместе с ним промежуточную полость 10, а сопловые отверстия 11 для подачи газогенераторных продуктов сгорания в камеру дожигания размещены на задней стенке 9. Регулятор снабжен каналом 12 и штуцером 13 для подачи рабочего тела в управляющую полость 7. Пустотелый шток 8 может быть снабжен уплотнительным кольцом 14.The inventive flow controller 1, located between the solid fuel gas generator 2 and the afterburner 3, equipped with an air intake device 4, consists of the following main elements: nozzle insert 5, a movable central body 6 with a control cavity 7, a hollow rod 8, a rear wall 9 connected to the nozzle a liner located downstream and forming with it an intermediate cavity 10, and nozzle openings 11 for supplying gas-generated combustion products to the afterburner are located on the rear wall 9. Regulated provided with a passage 12 and the nipple 13 for supplying the working fluid in the control chamber 7. The hollow shaft 8 may be provided with a sealing ring 14.

Регулятор расхода работает следующим образом. На маршевом режиме работы ракетно-прямоточного двигателя (фиг. 1) через штуцер 13, канал 12 и пустотелый шток 8 в управляющую полость 7 подается рабочее тело (газ, жидкость) определенного давления. Центральное тело 6 под воздействием приложенных к нему и противоположно направленных силы давления продуктов сгорания со стороны газогенератора 2 и силы давления рабочего тела со стороны управляющей полости 7 перемещается и занимает определенное положение, при котором эти силы уравновешивают друг друга. Таким образом, каждой величине давления рабочего тела в управляющей полости 7 будет соответствовать определенное давление в газогенераторе 2 и, следовательно, определенный расход твердого топлива. При уменьшении или увеличении давления в управляющей полости 7 соответственно уменьшаются или увеличиваются давление продуктов сгорания и расход твердого топлива в газогенераторе. Продукты первичного сгорания из газогенератора 2 через кольцевую щель между сопловым вкладышем 5 и центральным телом 6 поступают в промежуточную полость 10, из которой через сопловые отверстия 11, размещенные в задней стенке 9, вытекают в камеру дожигания 3, где они смешиваются с воздухом, поступающим в камеру дожигания через воздухозаборное устройство 4.The flow controller operates as follows. In the marching mode of operation of the ramjet engine (Fig. 1) through the nozzle 13, channel 12 and the hollow rod 8, a working fluid (gas, liquid) of a certain pressure is supplied to the control cavity 7. The central body 6 under the influence of the pressure of the combustion products applied to it and oppositely directed from the gas generator 2 and the pressure of the working fluid from the side of the control cavity 7 moves and occupies a certain position in which these forces balance each other. Thus, each pressure of the working fluid in the control cavity 7 will correspond to a certain pressure in the gas generator 2 and, therefore, a certain consumption of solid fuel. With a decrease or increase in pressure in the control cavity 7, respectively, the pressure of the combustion products and the consumption of solid fuel in the gas generator decrease or increase. The primary combustion products from the gas generator 2 through the annular gap between the nozzle insert 5 and the central body 6 enter the intermediate cavity 10, from which through nozzle openings 11 located in the rear wall 9, flow into the afterburner 3, where they are mixed with the air entering afterburner through the air intake device 4.

При работе стартового РДТТ на стартовом режиме работы ракетно-прямоточного двигателя (фиг. 2) с помощью подачи рабочего тела определенного давления в управляющую полость 7 осуществляют прижатие центрального тела 6 к сопловому вкладышу 5, благодаря чему исключается попадание продуктов сгорания стартового твердого ракетного топлива в газогенератор 2.When the starting solid propellant rocket engine is operating in the starting mode of the ramjet engine (Fig. 2), by applying a working fluid of a certain pressure to the control cavity 7, the central body 6 is pressed against the nozzle insert 5, thereby eliminating the combustion products from the starting solid rocket fuel in the gas generator 2.

Таким образом, предлагаемый регулятор расхода является по существу двухкаскадным: первый каскад образуют сопловой вкладыш 5 и подвижное центральное тело 6, вторым каскадом является задняя стенка 9 с сопловыми отверстиями 11, которая соединена с сопловым вкладышем 5 и образует вместе с ним промежуточную полость 10, в которой размещены центральное тело 6 и пустотелый шток 8.Thus, the proposed flow controller is essentially two-stage: the first stage is formed by the nozzle insert 5 and the movable central body 6, the second stage is the rear wall 9 with the nozzle holes 11, which is connected to the nozzle insert 5 and forms an intermediate cavity 10 with it which placed the Central body 6 and the hollow stem 8.

По сравнению с прототипом, предлагаемый регулятор расхода позволяет выбирать число, схему размещения на задней стенке и угол наклона сопловых отверстий к оси камеры дожигания оптимальным образом в зависимости от типа воздухозаборного устройства и характеристик камеры дожигания. Благодаря этому существенно улучшается смешение газогенераторного газа с воздухом, что в конечном счете позволяет получить высокую полноту сгорания в камере дожигания.Compared with the prototype, the proposed flow controller allows you to choose the number, layout on the rear wall and the angle of inclination of the nozzle holes to the axis of the afterburner in an optimal way, depending on the type of air intake device and the characteristics of the afterburner. Due to this, the mixing of the gas-generating gas with air is significantly improved, which ultimately allows to obtain a high completeness of combustion in the afterburner.

Выполнение элементов регулятора расхода из композиционных материалов позволяет повысить надежность его работы в условиях высокотемпературного при наличии К-фазы потока газогенераторного газа.The implementation of the elements of the flow controller from composite materials can improve the reliability of its operation in high-temperature conditions in the presence of a K-phase gas-generating gas flow.

Claims

1. The regulator of the flow of solid fuel, placed between the gas generator and the afterburner of the ramjet engine, comprising a nozzle insert and a rod with a movable central body, characterized in that the nozzle insert is provided with a rear wall forming together with it an intermediate cavity in which the central body is located and a rod mounted on the rear wall, in which nozzle openings are made for supplying gas-generated combustion products to the afterburner, while the central body and the rod form a control floor the spine to which the channels passing through the rear wall and the stem are connected.

2. The regulator of consumption of solid fuel according to claim 1, characterized in that the elements of the regulator are made of composite materials.