RU2324836C1

RU2324836C1 - Mixer head of rocket liquid propellant system

Info

Publication number: RU2324836C1
Application number: RU2006135975/06A
Authority: RU
Inventors: Юрий Петрович Лукин (RU); Юрий Петрович Лукин; Владимир Григорьевич Стогней (RU); Владимир Григорьевич Стогней; Владимир Викторович Черниченко (RU); Владимир Викторович Черниченко; В чеслав Андреевич Коробченко (RU); Вячеслав Андреевич Коробченко
Priority date: 2006-10-12
Filing date: 2006-10-12
Publication date: 2008-05-20

Abstract

FIELD: mechanic, energetic.

SUBSTANCE: the invention relates to power plants of aircraft, namely, to mixer heads of rocket liquid propellant systems. The mixer heads of a rocket liquid propellant system contains a shell with a collector, the cavity of which is connected to liquid component feeding belts designed as a hollow spiral of Archimedes with a profiled cross-section and with holes in the output part, for feeding the liquid component into the combustion chamber cavity; the circular slots for feeding the liquid component are formed by the spiral turns. The invention provides decreasing of hydraulic resistance and increasing of the fuel speed, and regular distribution of the fuel.

EFFECT: provides decreasing of hydraulic resistance and regular distribution of the fuel.

1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к энергетическим установкам летательных аппаратов, а именно - к смесительным головкам камер жидкостных ракетных двигателей.The invention relates to power plants of aircraft, namely, to the mixing heads of the chambers of liquid rocket engines.

Наиболее эффективно настоящее изобретение может быть использовано при создании смесительных головок жидкостных ракетных двигателей, работающих по генераторной схеме на компонентах кислород-керосин.Most effectively, the present invention can be used to create the mixing heads of liquid rocket engines operating according to a generator circuit based on oxygen-kerosene components.

Одним из основных направлений в развитии камер сгорания ЖРД является непрерывный рост тяги, экономичности и улучшение весовых характеристик, а также снижение стоимости изготовления камеры и ее составных частей. При этом происходит рост относительной расходонапряженности с одновременным повышением давления в камере сгорания, особенно в связи с созданием камер сгорания, работающих по схеме с дожиганием генераторного газа.One of the main directions in the development of LRE combustion chambers is a continuous increase in thrust, economy and improvement of weight characteristics, as well as a decrease in the cost of manufacturing the chamber and its components. In this case, an increase in the relative flow rate with a simultaneous increase in pressure in the combustion chamber, especially in connection with the creation of combustion chambers operating according to the scheme with afterburning of the generator gas.

Дальнейшее повышение расходонапряженности с применением существующих конструкций головок камер сгорания с последовательным расположением полостей компонентов затруднительно вследствие увеличения скоростей газа в зоне смешения компонентов, так как это ослабляет процесс внедрения жидкости в газ и снижает экономичность камеры сгорания.A further increase in the flow rate using existing designs of the heads of the combustion chambers with a sequential arrangement of component cavities is difficult due to an increase in gas velocities in the component mixing zone, since this weakens the process of introducing liquid into the gas and reduces the efficiency of the combustion chamber.

Известна смесительная головка камеры сгорания ЖРД, содержащая форсунки для подачи одного компонента, щелевые каналы для подачи другого компонента, выполненные в виде шестигранных щелей одинаковой толщины вокруг профилированных выходных частей форсунок (патент Франции №2543222, F02К - прототип).Known mixing head of the combustion chamber of the rocket engine containing nozzles for supplying one component, slotted channels for feeding another component, made in the form of hexagonal slots of the same thickness around the shaped outlet parts of the nozzles (French patent No. 2543222, F02K - prototype).

В известной смесительной головке форсунки окислителя консольно установлены в силовом днище. Окислитель подается в форсунки из общего питающего канала, выполненного в виде шарового сегмента, в плоской части которого установлены форсунки. Горючее поступает через кольцевую щель, образованную днищем и стенкой камеры сгорания, перераспределяется по зазору между форсунками и поступает в камеру сгорания, где перемешивается с окислителем.In the known mixing head, the oxidizer nozzles are cantilevered in the power bottom. The oxidizing agent is fed into the nozzles from a common feed channel, made in the form of a spherical segment, in the flat part of which nozzles are installed. Fuel enters through an annular gap formed by the bottom and the wall of the combustion chamber, is redistributed by the gap between the nozzles, and enters the combustion chamber, where it is mixed with an oxidizing agent.

Основными недостатками смесительной головки являются значительное гидравлическое сопротивление по линии горючего и повышенная скорость горючего, вызванные загроможденностью тракта горючего силовым днищем и необходимостью подачи всего расхода горючего через достаточно узкую кольцевую щель, значительная неравномерность распределения горючего по шестигранным щелям, связанная с тем, что на периферийных участках обеспечивается больший расход горючего, чем в центральной части.The main disadvantages of the mixing head are significant hydraulic resistance along the fuel line and increased fuel speed, caused by the clutter of the fuel path by the power bottom and the need to supply the entire fuel flow through a rather narrow annular gap, a significant uneven distribution of fuel through the hexagonal slots, due to the fact that in the peripheral areas provides greater fuel consumption than in the central part.

Задачей предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков и создание смесительной головки камеры ЖРД с улучшенными характеристиками.The task of the invention is to remedy these disadvantages and create a mixing head of the chamber of the rocket engine with improved characteristics.

Решение указанной задачи достигается тем, что в предложенной смесительной головке камеры жидкостного ракетного двигателя, содержащей корпус с коллектором, пояса подачи жидкого компонента, соединенные с коллектором при помощи каналов, расположенные коаксиально и образующие кольцевые щели для подачи газообразного компонента, согласно изобретению пояса подачи жидкого компонента выполнены в виде полой спирали Архимеда с профилированным поперечным сечением и с отверстиями в его выходной части для подачи компонента в полость камеры сгорания, а кольцевые щели для подачи газообразного компонента образованы витками спирали.The solution to this problem is achieved by the fact that in the proposed mixing head of the chamber of a liquid propellant rocket engine, comprising a housing with a collector, supply belts of a liquid component connected to the collector by channels, arranged coaxially and forming annular slots for supplying a gaseous component, according to the invention of a supply belt of a liquid component made in the form of a hollow spiral of Archimedes with a profiled cross-section and with holes in its output part for supplying the component to the chamber cavity Nia, and the annular gap for supplying the gaseous component are formed by the turns of the helix.

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 «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 criterion of "inventive step" "

Соответствие предлагаемого технического решения критерию «промышленная применимость» следует из приведенного ниже примера конкретного выполнения смесительной головки камеры ЖРД.The compliance of the proposed technical solution with the criterion of "industrial applicability" follows from the following example of a specific embodiment of the mixing head of the rocket engine chamber.

Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показан продольный разрез предложенной смесительной головки, на фиг.2 - вид смесительной головки со стороны камеры, на фиг.3 - поперечное сечение пояса подачи.The invention is illustrated by drawings, where figure 1 shows a longitudinal section of the proposed mixing head, figure 2 is a view of the mixing head from the side of the camera, figure 3 is a cross section of the feed belt.

Основными элементами предложенной смесительной головки являются:The main elements of the proposed mixing head are:

1 - корпус;1 - housing;

2 - коллектор;2 - collector;

3 - газовод;3 - gas duct;

4 - пояс;4 - belt;

5 - профилированное поперечное сечение;5 - profiled cross section;

6 - канал;6 - channel;

7 - отверстия.7 - holes.

8 - кольцевая щель.8 - annular gap.

Смесительная головка содержит корпус 1 с коллектором 2 подачи жидкого компонента и газоводом 3. Пояса 4 подачи жидкого компонента выполнены в виде витков полой спирали Архимеда с профилированным поперечным сечением 5 и соединены с полостью коллектора 2 при помощи канала 6. В выходной части профилированного сечения 5 выполнены отверстия 7 для подачи жидкого компонента в полость камеры сгорания. Кольцевые щели 8 для подачи газообразного компонента образованы витками 4 спирали Архимеда.The mixing head contains a housing 1 with a collector 2 for supplying a liquid component and a gas duct 3. Belts 4 for supplying a liquid component are made in the form of Archimedes hollow spiral coils with a profiled cross section 5 and are connected to the cavity of the collector 2 using a channel 6. In the output part of the profiled section 5 are made openings 7 for supplying a liquid component to the cavity of the combustion chamber. The annular slots 8 for supplying the gaseous component are formed by turns 4 of the Archimedes spiral.

Предложенная смесительная головка работает следующим образом.The proposed mixing head operates as follows.

Жидкий компонент из полости коллектора 2, расположенном на корпусе 1, через канал 6 поступает в полость спирали Архимеда и далее в кольцевые пояса 4, образованные ее витками, из кольцевых поясов 4, через отверстия 7, в полость камеры сгорания.The liquid component from the cavity of the collector 2 located on the housing 1, through the channel 6 enters the cavity of the spiral of Archimedes and then to the ring belts 4 formed by its turns, from the ring belts 4, through the openings 7, into the cavity of the combustion chamber.

Газообразный компонент из полости газовода 3, через кольцевые щели 8, образованные витками 4 спирали Архимеда, поступает в камеру сгорания, где перемешивается с жидким компонентом, поступившим из отверстий 7.The gaseous component from the gas duct cavity 3, through the annular slots 8 formed by the turns 4 of the Archimedes spiral, enters the combustion chamber, where it is mixed with the liquid component coming from the openings 7.

Необходимо отметить, что генераторный газ подается через осевые кольцевые щели 8, образованные концентрично расположенными поясами 4, что обеспечивает подогрев жидкого компонента в поясах и улучшает тем самым процесс смесеобразования.It should be noted that the generator gas is supplied through axial annular slots 8 formed by concentrically arranged belts 4, which ensures heating of the liquid component in the belts and thereby improves the process of mixture formation.

Пониженные скорости газа и возможность повышения скорости истечения жидкости с малыми потерями позволяет значительно повысить степень внедрения жидкости в газ и тем самым улучшить смесеобразование.Reduced gas velocities and the possibility of increasing the flow rate of the fluid with low losses can significantly increase the degree of introduction of fluid into the gas and thereby improve mixture formation.

Использование предложенного технического решения позволит создать смесительную головку достаточно простой конструкции, обеспечивающую при этом повышенную полноту смесеобразования при пониженной скорости генераторного газа.Using the proposed technical solution will allow you to create a mixing head of a fairly simple design, while providing increased completeness of mixture formation at a reduced speed of the generator gas.

Claims

A mixing head of a liquid-propellant rocket engine chamber, comprising a housing with a collector, liquid component supply belts connected to the collector by channels, arranged coaxially and forming annular slots for supplying a gaseous component, characterized in that the liquid component supply belts are made in the form of a hollow spiral of Archimedes with profiled cross-section and with holes in its outlet for supplying a liquid component to the cavity of the combustion chamber, and annular slots for supplying a gaseous component cient formed spirals.