RU2298730C1 - Jet nozzle - Google Patents

Jet nozzle Download PDF

Info

Publication number
RU2298730C1
RU2298730C1 RU2005128532/06A RU2005128532A RU2298730C1 RU 2298730 C1 RU2298730 C1 RU 2298730C1 RU 2005128532/06 A RU2005128532/06 A RU 2005128532/06A RU 2005128532 A RU2005128532 A RU 2005128532A RU 2298730 C1 RU2298730 C1 RU 2298730C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
tip
combustion
space
fuel
cavity
Prior art date
Application number
RU2005128532/06A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Виктор Дмитриевич Горохов (RU)
Виктор Дмитриевич Горохов
Василий Афанасьевич Гетманенко (RU)
Василий Афанасьевич Гетманенко
Виталий Романович Рубинский (RU)
Виталий Романович Рубинский
Владимир Викторович Черниченко (RU)
Владимир Викторович Черниченко
Original Assignee
Владимир Викторович Черниченко
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Владимир Викторович Черниченко filed Critical Владимир Викторович Черниченко
Priority to RU2005128532/06A priority Critical patent/RU2298730C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2298730C1 publication Critical patent/RU2298730C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Nozzles For Spraying Of Liquid Fuel (AREA)

Abstract

FIELD: combustion apparatus and combustion processes.
SUBSTANCE: jet nozzle comprises hollow tip that connects the space of one component with the combustion zone, e.g., the space of the combustion chamber, and bushing that embraces the tip with a spaced relation and connects the space of the other component with the combustion zone. The tip receives the inner pipe mounted with a spaced relation to the tip. The ring space between the inner pipe and tip is provided with longitudinal ribs that separate the ring space into the insulated passages. Some of the passages are connected with the space of fuel, and the others are connected with the space of oxidizer through openings made in the tip.
EFFECT: enhanced combustion efficiency.
3 dwg

Description

Изобретение относится к области энергетических установок, а именно - к устройствам для перемешивания и распыливания компонентов топлива, и может быть использовано при разработке форсунок и смесительных головок жидкостных ракетных двигателей (ЖРД).The invention relates to the field of power plants, and in particular to devices for mixing and atomizing fuel components, and can be used in the development of nozzles and mixing heads of liquid rocket engines (LRE).

Одной из основных проблем при создании устройств для перемешивания и распыливания компонентов является обеспечение предельно возможной полноты сгорания компонентов, что обеспечивается увеличением площади поверхности соприкосновения компонентов и уменьшением характерного поперечного размера струи одного из компонентов. В известных форсунках выполнение указанных условий приводит к значительному усложнению конструкции.One of the main problems in creating devices for mixing and atomizing components is to ensure the maximum possible completeness of combustion of the components, which is achieved by increasing the contact surface area of the components and reducing the characteristic transverse jet size of one of the components. In known nozzles, the fulfillment of these conditions leads to a significant complication of the design.

Известна коаксиальная соосно-струйная форсунка, содержащая наконечник в виде полого цилиндра, соединяющий полость жидкого окислителя с зоной горения (полостью камеры сгорания), втулку с цилиндрической внутренней поверхностью, охватывающую с зазором наконечник и соединяющую полость газообразного горючего с зоной горения (В.Е.Алемасов и др. «Теория ракетных двигателей»: Учебник для студентов машиностроительных специальностей вузов, М., Машиностроение, 1980, рис.18.2, стр.225-226). В данной форсунке окислитель подается в зону горения по осевому каналу внутри наконечника, а горючее - по кольцевому зазору между втулкой и наконечником. На выходе из форсунки струя окислителя имеет форму сплошного конуса, обращенного вершиной к наконечнику форсунки, а струя горючего - форму полого конуса. Контакт горючего и окислителя происходит по поверхности сплошного конуса. Такая схема подачи не обеспечивает качественного распыла компонентов топлива, что приводит к уменьшению коэффициента полноты сгорания топлива.Known coaxial coaxial-jet nozzle containing a tip in the form of a hollow cylinder, connecting the cavity of the liquid oxidizer with the combustion zone (cavity of the combustion chamber), a sleeve with a cylindrical inner surface, covering the tip with a gap and connecting the cavity of the gaseous fuel with the combustion zone (B.E. Alemasov et al. “Theory of rocket engines”: Textbook for students of engineering specialties of universities, M., Mechanical Engineering, 1980, Fig. 18.2, pp. 225-226). In this nozzle, the oxidizing agent is fed into the combustion zone along the axial channel inside the tip, and the fuel through the annular gap between the sleeve and the tip. At the outlet of the nozzle, the oxidizer stream has the shape of a continuous cone, with its tip facing the nozzle tip, and the fuel stream has the shape of a hollow cone. The contact of fuel and oxidizer occurs on the surface of a continuous cone. Such a supply scheme does not provide a high-quality atomization of fuel components, which leads to a decrease in the coefficient of completeness of fuel combustion.

Известна смесительная головка, содержащая корпус в виде тела вращения относительно оси симметрии, причем этот корпус снабжен несколькими элементами впрыскивания с осями, параллельными этой общей оси симметрии и проходящими сквозь инжекторную перегородку, прикрепленную к этому корпусу и отделяющую эту смесительную головку от блока сгорания, для соединения с которым данная смесительная головка предназначена, отличающаяся тем, что каждый из элементов впрыскивания содержит центральный канал впрыскивания, приспособленный для сообщения с источником второго компонента топлива, и кольцевую щель впрыскивания, окружающую этот центральный канал и приспособленную для сообщения с источником первого компонента топлива, при этом образован дополнительный кольцевой канал впрыскивания второго компонента топлива пространством, существующим вокруг каждого элемента впрыскивания между его боковой поверхностью и инжекторной перегородкой, таким образом, что кольцевая струя первого компонента топлива, истекающая из кольцевой щели, оказывается заключенной между центральной струей второго компонента топлива и наружной кольцевой струей того же второго компонента топлива (патент РФ 2129219, заявка №94040159/06 от 02.11.94. Патент Франции №9313056 от 03.11.93. МКИ: F02К 9/00, F23R 3/00, F23D 14/62 - прототип).A known mixing head containing a housing in the form of a body of revolution with respect to the axis of symmetry, moreover, this housing is equipped with several injection elements with axes parallel to this common axis of symmetry and passing through the injector wall attached to this housing and separating this mixing head from the combustion unit, for connection with which this mixing head is designed, characterized in that each of the injection elements comprises a central injection channel adapted for communication the source of the second fuel component, and an annular injection gap surrounding this central channel and adapted to communicate with the source of the first fuel component, while an additional annular injection channel of the second fuel component is formed by the space existing around each injection element between its side surface and the injector partition, such so that the annular jet of the first fuel component flowing out of the annular gap is trapped between the central jet torogo fuel component and an outer annular stream of the second fuel component (RF patent 2129219, the application №94040159 / 06 of 02/11/94. French patent No. 9313056 from 03.11.93. MKI: F02K 9/00, F23R 3/00, F23D 14/62 - prototype).

В данной смесительной головке один из компонентов подается через каждую форсунку в виде сплошной кольцевой струи. Внутри и снаружи кольцевой струи подается другой компонент. Такое решение позволяет увеличить периметр контакта компонентов, уменьшить характерный размер струи окислителя и значительно сократить длину нераспавшейся части струи.In this mixing head, one of the components is fed through each nozzle in the form of a continuous annular jet. Inside and outside the annular jet, another component is supplied. This solution allows to increase the contact perimeter of the components, reduce the characteristic size of the oxidizer jet and significantly reduce the length of the non-decaying part of the jet.

Недостатком данного решения является значительное увеличение радиальных размеров форсунки, что приводит к уменьшению их количества на смесительной головке, и недостаточная полнота смесеобразования, обеспечиваемая данной форсункой.The disadvantage of this solution is a significant increase in the radial size of the nozzle, which leads to a decrease in their number on the mixing head, and the insufficient completeness of the mixture formation provided by this nozzle.

Задачей изобретения является повышение полноты сгорания компонентов топлива путем увеличения площади соприкосновения компонентов топлива.The objective of the invention is to increase the completeness of combustion of the fuel components by increasing the contact area of the fuel components.

Поставленная задача достигается тем, что в предложенной соосно-струйной форсунке, содержащей полый наконечник, соединяющий полость одного компонента с зоной горения, например полостью камеры сгорания, втулку, охватывающую с кольцевым зазором наконечник и соединяющую полость другого компонента с зоной горения, согласно изобретению внутри наконечника с кольцевым зазором установлена внутренняя трубка, а в кольцевом зазоре между внутренней трубкой и наконечником выполнены продольные ребра, разделяющие кольцевой зазор на изолированные каналы, одни из которых соединены с полостью горючего, другие - через отверстия в наконечнике - с полостью окислителя.The problem is achieved in that in the proposed coaxial-jet nozzle containing a hollow tip connecting the cavity of one component with the combustion zone, for example, the cavity of the combustion chamber, a sleeve covering the tip with an annular gap and connecting the cavity of the other component with the combustion zone, according to the invention, inside the tip an inner tube is installed with an annular gap, and longitudinal ribs are made in the annular gap between the inner tube and the tip, dividing the annular gap into insulated analges, some of which are connected to the cavity of the fuel, others - through the holes in the tip - with the cavity of the oxidizer.

Сопоставительный анализ заявляемого изобретения с прототипом и другими известными решениями в данной области техники показал, что изложенная совокупность признаков неизвестна из существующего уровня техники, на основании чего можно сделать вывод о соответствии технического решения критерию изобретения «новизна».A comparative analysis of the claimed invention with the prototype and other known solutions in the art showed that the set of features described is unknown from the existing level of technology, on the basis of which we can conclude that the technical solution meets the criteria of the invention of "novelty".

При анализе других известных технических решений в данной области техники признаки, отличающие заявленное изобретение от прототипа, не были выявлены, а изложенная совокупность признаков не следует явным образом для специалиста из существующего уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию изобретения «изобретательский уровень»When analyzing other well-known technical solutions in the art, the features that distinguish the claimed invention from the prototype were not identified, and the set of features set out should not be explicitly for a specialist from the existing level of technology, which allows us to conclude that the claimed technical solution meets the criteria of the invention "inventive level"

Соответствие предлагаемого технического решения критерию «промышленная применимость» следует из приведенного ниже примера конкретного выполнения соосно-струйной форсунки.The compliance of the proposed technical solution with the criterion of "industrial applicability" follows from the following example of a specific embodiment of a coaxial-jet nozzle.

Преимущества настоящего изобретения станут понятны из следующего детального описания примера его выполнения, представленного на чертежах, где на фиг.1 показан осевой разрез предложенной форсунки, на фиг.2 - разрез А-А - поперечный разрез соосно-струйной форсунки, на фиг.3 - вид по стрелке Б на фиг.1.The advantages of the present invention will become apparent from the following detailed description of an example of its implementation, presented in the drawings, in which Fig. 1 shows an axial section of the proposed nozzle, in Fig. 2 - section AA - cross section of a coaxial-jet nozzle, in Fig. 3 - view along arrow B in figure 1.

Основными элементами предложенной соосно-струйной форсунки являются:The main elements of the proposed coaxial-jet nozzle are:

1 - полый наконечник;1 - hollow tip;

2 - кольцевой зазор;2 - annular gap;

3 - внутренняя трубка;3 - an internal tube;

4 - ребра;4 - ribs;

5 - изолированный канал окислителя;5 - an isolated channel of an oxidizing agent;

6 - изолированный канал горючего;6 - an isolated fuel channel;

7 - кольцевой зазор;7 - annular gap;

8 - втулка;8 - sleeve;

9 - отверстия.9 - holes.

Предложенная соосно-струйная форсунка содержит полый наконечник 1, внутри которого с кольцевым зазором 2 установлена внутренняя трубка 3 с ребрами 4, разделяющими кольцевой зазор 2 на изолированные каналы 5 подачи окислителя и каналы 6 подачи горючего. В выходной части форсунки на наконечник 1 с кольцевым зазором 7 установлена втулка 8, соединяющая полость горючего с зоной горения. Для подачи окислителя в каналы 5 в наконечнике 1 выполнены отверстия 9.The proposed coaxial-jet nozzle comprises a hollow tip 1, inside of which an inner tube 3 with ribs 4 is installed with an annular gap 2, separating the annular gap 2 into insulated oxidant supply channels 5 and fuel supply channels 6. In the output part of the nozzle, a sleeve 8 is installed on the tip 1 with an annular gap 7, which connects the fuel cavity with the combustion zone. To feed the oxidizing agent into the channels 5 in the tip 1, holes 9 are made.

Предложенная форсунка работает следующим образом.The proposed nozzle operates as follows.

Одна часть горючего из полости горючего по кольцевому каналу 7 между наконечником 1 и втулкой 8 подается в зону горения.One part of the fuel from the fuel cavity through the annular channel 7 between the tip 1 and the sleeve 8 is fed into the combustion zone.

Другая часть горючего поступает в зону горения по внутренней полости трубки 3 и изолированным продольным каналам 6.Another part of the fuel enters the combustion zone through the internal cavity of the tube 3 and the isolated longitudinal channels 6.

Окислитель подается в зону горения из полости окислителя по каналам 5, в которые, в свою очередь, окислитель поступает через отверстия 9. При такой подаче компонентов изолированные струи окислителя оказываются окруженными сплошными струями горючего.The oxidizing agent is fed into the combustion zone from the oxidizer cavity through channels 5, into which, in turn, the oxidizing agent enters through openings 9. With such a supply of components, the isolated oxidizing jets are surrounded by continuous solid jets of fuel.

Изменение формы струи окислителя со сплошной круглой на полую кольцевую, в виде нескольких изолированных лучей, позволяет улучшить условия разрушения струи, уменьшить характерный поперечный размер струи окислителя и увеличить периметр контакта окислителя с горючим. Таким образом, на выходе из наконечника струя окислителя более склонна к потере своей целостности и быстрее распадается. Указанное воздействие на струю позволяет улучшить условия перемешивания компонентов на всех режимах, повысить значение удельного импульса тяги за счет повышения полноты сгорания топлива и уменьшить возможность возникновения неустойчивого горения.Changing the shape of the oxidizer jet from a continuous round to a hollow annular one, in the form of several isolated beams, improves the conditions for the destruction of the jet, reduces the characteristic transverse size of the jet of oxidizer, and increases the perimeter of the contact of the oxidizer with fuel. Thus, at the exit from the tip, the oxidizer jet is more prone to loss of its integrity and decomposes faster. The specified effect on the jet allows to improve the mixing conditions of the components in all modes, increase the specific thrust impulse by increasing the completeness of fuel combustion and reduce the possibility of unstable combustion.

Проведенные аналитические исследования показывают, что при использовании данного технического решения периметр контакта компонентов может быть увеличен примерно в четыре раза, что позволит значительно, в несколько раз, уменьшить длину нераспавшейся части жидкости и характерный поперечный размер струи жидкости, повысить тем самым эффективность смесеобразования.Conducted analytical studies show that when using this technical solution, the contact perimeter of the components can be increased by about four times, which will significantly, several times, reduce the length of the non-disintegrated part of the liquid and the characteristic transverse size of the liquid stream, thereby increasing the efficiency of mixture formation.

Использование предложенного технического решения позволит повысить удельный импульс тяги, экономичность и обеспечить устойчивость горения в камере сгорания на всех режимах работы двигателя.Using the proposed technical solution will increase the specific thrust impulse, economy and ensure the stability of combustion in the combustion chamber at all engine operating modes.

Claims (1)

Соосно-струйная форсунка, содержащая полый наконечник, соединяющий полость одного компонента с зоной горения, например полостью камеры сгорания, втулку, охватывающую с кольцевым зазором наконечник и соединяющую полость другого компонента с зоной горения, отличающаяся тем, что внутри наконечника с кольцевым зазором установлена внутренняя трубка, а в кольцевом зазоре между внутренней трубкой и наконечником выполнены продольные ребра, разделяющие кольцевой зазор на изолированные каналы, одни из которых соединены с полостью горючего, другие через отверстия в наконечнике - с полостью окислителя.A coaxial jet nozzle containing a hollow tip connecting the cavity of one component with the combustion zone, for example, the cavity of the combustion chamber, a sleeve covering the tip with the annular gap and connecting the cavity of the other component with the combustion zone, characterized in that an inner tube is installed inside the tip with the annular gap and longitudinal ribs are made in the annular gap between the inner tube and the tip, dividing the annular gap into isolated channels, one of which is connected to the fuel cavity, through holes in the tip - with the cavity of the oxidizer.
RU2005128532/06A 2005-09-14 2005-09-14 Jet nozzle RU2298730C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005128532/06A RU2298730C1 (en) 2005-09-14 2005-09-14 Jet nozzle

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005128532/06A RU2298730C1 (en) 2005-09-14 2005-09-14 Jet nozzle

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2298730C1 true RU2298730C1 (en) 2007-05-10

Family

ID=38107927

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2005128532/06A RU2298730C1 (en) 2005-09-14 2005-09-14 Jet nozzle

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2298730C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2518710C2 (en) * 2010-02-18 2014-06-10 Эр Продактс Энд Кемикалз, Инк. Method and device for liquid fuel burning

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2518710C2 (en) * 2010-02-18 2014-06-10 Эр Продактс Энд Кемикалз, Инк. Method and device for liquid fuel burning

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2431079C1 (en) Steam generator (versions)
RU2298729C1 (en) Jet nozzle
RU2298730C1 (en) Jet nozzle
RU2607918C1 (en) Coaxial spray nozzle
RU2205289C2 (en) Injector assembly of liquid-propellant rocket engine
RU2319895C1 (en) Nozzle
RU2303195C2 (en) Jet nozzle
RU2488012C1 (en) Method of feeding three-component propellant into combustion chamber of liquid-propellant rocket engine and coaxial-jet atomiser to this end
RU2502886C1 (en) Method of fuel components feed in three-component liquid propellant rocket engine combustion chamber
RU2505697C1 (en) Coaxial spray atomiser
RU2495272C1 (en) Method of feeding three-component fuel into liquid-propellant rocket engine chamber
RU2497011C1 (en) Coaxial spray atomiser
RU2481495C1 (en) Coaxial spray injector
RU2783308C1 (en) Two-component coaxial jet nozzle
RU2498102C1 (en) Mixing head of liquid rocket engine chamber
RU2493407C1 (en) Mixing head of liquid propellant rocket engine chamber
RU2493404C1 (en) Method to supply fuel components in chamber of three-component liquid propellant rocket engine
RU2493408C1 (en) Mixing head of liquid propellant rocket engine chamber
RU2480606C1 (en) Liquid-propellant engine
RU2451200C1 (en) Liquid-propellant rocket engine mixing head
RU2490500C1 (en) Method for supplying fuel components to chamber ot three-component liquid-propellant engine
RU2505698C1 (en) Coaxial spray atomiser
RU2479740C1 (en) Liquid-propellant rocket engine combustion chamber
RU2497008C1 (en) Method of fuel components feed in three-component liquid propellant rocket engine
RU2481485C1 (en) Liquid-propellant engine chamber