RU2511877C2 - Fluid-gas jet engine - Google Patents
Fluid-gas jet engine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2511877C2 RU2511877C2 RU2012122822/06A RU2012122822A RU2511877C2 RU 2511877 C2 RU2511877 C2 RU 2511877C2 RU 2012122822/06 A RU2012122822/06 A RU 2012122822/06A RU 2012122822 A RU2012122822 A RU 2012122822A RU 2511877 C2 RU2511877 C2 RU 2511877C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- engine
- working fluid
- chamber
- tank
- fluid
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)
- Jet Pumps And Other Pumps (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение предназначено для использования в ракетно-космической технике в качестве корректирующей двигательной установки (КДУ) космического аппарата (КА).The present invention is intended for use in rocket and space technology as a corrective propulsion system (KDU) of a spacecraft (SC).
Известен жидкостный реактивный двигатель с дополнительным электромагнитным разгоном рабочего тела, содержащий источник электрической энергии, кольцевую камеру сгорания, смесительную головку, тарельчатое сопло и накопитель энергии с коммутирующим устройством (Патент Российской Федерации № 2374481 по МПК: F02K99/00, 2008 г.). Этот двигатель имеет такие недостатки, как относительно высокая цена тяги, наличие двух баков для хранения топлива и окислителя. Для нормальной работы такого двигателя необходимо дозированная подача компонентов.Known liquid jet engine with additional electromagnetic acceleration of the working fluid containing a source of electrical energy, an annular combustion chamber, a mixing head, a disk nozzle and an energy storage device with a switching device (Patent of the Russian Federation No. 2374481 for IPC: F02K99 / 00, 2008). This engine has such disadvantages as a relatively high traction price, the presence of two tanks for storing fuel and an oxidizer. For the normal operation of such an engine, a metered supply of components is necessary.
Известен жидкостно-газовый реактивный двигатель (ЖГРД), содержащий бак, заполненный жидким рабочим телом, с выходным отверстием в крышке, камеру и реактивное сопло, после выходного отверстия установлена капиллярная трубка, за которой находится полость двигателя, из нее рабочее тело поступает в сопло (Вопросы электромеханики. Т.109. 2009 г. В.П.Ходненко, А.В.Хромов (ФГУП «НПП ВНИИЭМ») Корректирующие двигательные установки для малого космического аппарата.). Этот двигатель выбран в качестве прототипа. В качестве топлива данного двигателя применяется гидразин.Known liquid-gas jet engine (GGRD), containing a tank filled with a liquid working fluid, with an outlet in the lid, a chamber and a jet nozzle, after the outlet is installed a capillary tube, behind which is the engine cavity, from which the working fluid enters the nozzle ( Issues of Electromechanics. V. 109. 2009. V. Khodnenko, A. Khromov (FSUE NPP VNIIEM) Corrective propulsion systems for a small spacecraft.). This engine is selected as a prototype. Hydrazine is used as the fuel of this engine.
Этот двигатель имеет более низкую цену тяги, один бак с жидким рабочим телом. Но у данного двигателя есть ряд других недостатков - невозможность регулирования в широких пределах тягу двигателя из-за особенностей применяемого топлива, относительно большое энергопотребление из-за необходимости осуществлять нагрев полости двигателя для осуществления термокаталитической реакции, а также есть такой недостаток, как токсичность применяемого топлива.This engine has a lower traction price, one tank with a liquid working fluid. But this engine has a number of other disadvantages - the inability to regulate engine thrust over a wide range due to the characteristics of the fuel used, the relatively high energy consumption due to the need to heat the engine cavity to carry out a thermocatalytic reaction, and there is also a drawback such as the toxicity of the fuel used.
Техническим результатом заявленного изобретения является получение возможности регулирования тяги двигателя в широких пределах, снижение энергопотребления двигателя и применение экологически чистого рабочего тела.The technical result of the claimed invention is to obtain the ability to control engine thrust in a wide range, reducing engine power consumption and the use of environmentally friendly working fluid.
Технический результат достигается тем, что в жидкостно-газовый реактивный двигатель, содержащий бак, заполненный жидким рабочим телом, с выходным отверстием в крышке, камеру и реактивное сопло, согласно изобретению введен регулировочный клапан с электромагнитом и пружиной, установленный в камере на выходе из бака после разделителя фаз рабочего тела, а в качестве рабочего тела используют воду.The technical result is achieved by the fact that in the liquid-gas jet engine containing a tank filled with a liquid working fluid, with an outlet in the lid, a chamber and a jet nozzle, according to the invention, a control valve with an electromagnet and a spring installed in the chamber at the outlet of the tank after phase separator of the working fluid, and water is used as the working fluid.
При этом рабочую камеру предлагается снабдить устройством подогрева области, прилегающей к выходному отверстию бака.At the same time, it is proposed to equip the working chamber with a device for heating the area adjacent to the outlet of the tank.
В предлагаемом техническом решении для создания тяги используется явление парообразования, а не термокаталитическая реакция, как в прототипе.In the proposed technical solution to create traction, the phenomenon of vaporization is used, and not the thermocatalytic reaction, as in the prototype.
На чертеже изображен пример конкретного выполнения заявленного реактивного двигателя.The drawing shows an example of a specific implementation of the claimed jet engine.
Жидкостно-газовый реактивный двигатель состоит из бака 1, регулировочного клапана 2 с электромагнитом 3 и пружиной 4, установленного в камере 5 на выходе из бака 1 после разделителя фаз 6 рабочего тела, и сопла 7, установленного после камеры 5 и корпуса клапана 8.A liquid-gas jet engine consists of a
Суть работы двигателя состоит в том, что рабочая жидкость из бака 1 испаряется и, пройдя по капиллярам разделителя фаз 6, поступает в камеру 5, откуда в случае поступления сигнала на электромагнит 3 пар через клапан 2 по каналам в корпусе клапана 8 поступает в сопло 7. В отсутствие сигнала на электромагните 3 пружина 4 обеспечивает поджатие клапана (автоматическое выключение двигателя). Так как давления в области перед соплом превышает давление за бортом, то возникает реактивная тяга. Двигатель может работать, пока не испариться вся жидкость в баке 1. Благодаря клапану осуществляется регулирование двигателя вплоть до полного выключения с возможностью неоднократных включений. Преимуществами данного двигателя является его низкое энергопотребление, нетоксичность топлива, невзрывоопасность, регулирование в широком диапазоне. В случае кристаллизации рабочего тела происходит падение удельного импульса и тяги, но работоспособность сохраняется, в отличие от термокаталитического двигателя. Согласно формуле (А.А.Дорофеев. Основы теории тепловых ракетных двигателей (Общая теория ракетных двигателей) МГТУ им. Н.Э.Баумана Москва 1999 г.):The essence of the engine is that the working fluid from the
где Wmax - скорость истечения газа через сопло Лаваля в вакууме при оптимальном профиле сопла, k - показатель адиабаты водяного пара, R - газовая постоянная водяного пара, T - абсолютная температура в камере. При температуре T=273 K, Wmax достигает 1065 м/с. При диаметре клапана d=10 мм и максимальной высоте подъема x=2.5 мм площадь цилиндрической щели в клапане при его максимальном подъеме составит:where Wmax is the gas flow rate through the Laval nozzle in vacuum at the optimal nozzle profile, k is the adiabatic index of water vapor, R is the gas constant of water vapor, T is the absolute temperature in the chamber. At a temperature of T = 273 K, Wmax reaches 1065 m / s. With a valve diameter of d = 10 mm and a maximum lift height x = 2.5 mm, the area of the cylindrical gap in the valve at its maximum lift will be:
f=xdπ=7.85×10-5 м2 f = xdπ = 7.85 × 10 -5 m 2
При температуре в 273 K давление насыщенных паров воды составляет примерно Рнп=600 Па, при этом плотность газа (если считать газ идеальным) составит:At a temperature of 273 K, the pressure of saturated water vapor is approximately Рнп = 600 Pa, while the gas density (if we consider the gas ideal) will be:
где Mr - молярная масса воды, Vm - молярный объем газа при н.у., Ро - давление газа при н.у. Таким образом, ρг=4.82*10-3 кг/м3. Примем, что гидравлические потери давления на клапане примерно равны давлению насыщенных потерь, тогда массовый расход через клапан составит:where Mr is the molar mass of water, Vm is the molar volume of gas at n.o., Po is the gas pressure at n.o. Thus, ρg = 4.82 * 10 -3 kg / m 3 . We assume that the hydraulic pressure loss on the valve is approximately equal to the pressure of saturated losses, then the mass flow through the valve will be:
Тогда тяга двигателя составит:Then the engine thrust will be:
F=Q×Wmax=120 мН,F = Q × Wmax = 120 mN,
что превышает тягу по сравнению с прототипом. Из формулы [1] следует, что чем выше температура, тем выше скорость истечения и как следствие выше импульс и тяга двигателя. Таким образом, при наличии больших доступных мощностей становится целесообразным установить устройство подогрева непосредственно в камеру, в область, прилегающую к выходному отверстию бака, для повышения импульса двигателя.which exceeds traction compared to the prototype. From the formula [1] it follows that the higher the temperature, the higher the flow rate and, as a consequence, the higher the impulse and thrust of the engine. Thus, in the presence of large available capacities, it becomes advisable to install the heating device directly in the chamber, in the area adjacent to the outlet of the tank, to increase the engine momentum.
ЛитератураLiterature
1. Патент Российской Федерации N 2374481, МПК F02K 99/00, 2008 г.1. Patent of the Russian Federation N 2374481, IPC F02K 99/00, 2008
2. Вопросы электромеханики Т.109. 2009 г. В.П.Ходненко, А.В.Хромов (ФГУП «НПП ВНИИЭМ») Корректирующие двигательные установки для малого космического аппарата, с.30-31 (прототип).2. Questions of electromechanics T.109. 2009 V.P. Khodnenko, A.V. Khromov (FSUE NPP VNIIEM) Corrective propulsion systems for a small spacecraft, p.30-31 (prototype).
3. А.А.Дорофеев. Основы теории тепловых ракетных двигателей (Общая теория ракетных двигателей) МГТУ им. Н.Э.Баумана Москва 1999 г.3. A.A. Dorofeev. Fundamentals of the theory of thermal rocket engines (General theory of rocket engines) MSTU. N.E.Bauman Moscow 1999
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012122822/06A RU2511877C2 (en) | 2012-06-01 | 2012-06-01 | Fluid-gas jet engine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012122822/06A RU2511877C2 (en) | 2012-06-01 | 2012-06-01 | Fluid-gas jet engine |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2012122822A RU2012122822A (en) | 2013-12-10 |
RU2511877C2 true RU2511877C2 (en) | 2014-04-10 |
Family
ID=49682706
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012122822/06A RU2511877C2 (en) | 2012-06-01 | 2012-06-01 | Fluid-gas jet engine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2511877C2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2584211C2 (en) * | 2014-09-16 | 2016-05-20 | Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" | Capillary storage system and withdrawal of fluid in rocket engine of space object (2 versions) |
CN112078831A (en) * | 2020-09-17 | 2020-12-15 | 兰州空间技术物理研究所 | Mu N thruster based on flowmeter and use method |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0612918B1 (en) * | 1993-02-23 | 1997-07-30 | Daimler-Benz Aerospace Aktiengesellschaft | Thruster |
RU2117176C1 (en) * | 1996-05-20 | 1998-08-10 | Мосесов Сергей Кимович | Steam-and-water rocket engine (versions) |
RU2152530C1 (en) * | 1996-08-13 | 2000-07-10 | Опытное конструкторское бюро "Факел" | Controllable thrust gas jet engine |
JP2004156476A (en) * | 2002-11-05 | 2004-06-03 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | Thruster |
RU2374481C1 (en) * | 2008-10-06 | 2009-11-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского | Liquid-propellant rocket engine with additional electromagnetic acceleration of working body |
US7757476B2 (en) * | 2003-07-22 | 2010-07-20 | The Aerospace Corporation | Catalytically activated transient decomposition propulsion system |
-
2012
- 2012-06-01 RU RU2012122822/06A patent/RU2511877C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0612918B1 (en) * | 1993-02-23 | 1997-07-30 | Daimler-Benz Aerospace Aktiengesellschaft | Thruster |
RU2117176C1 (en) * | 1996-05-20 | 1998-08-10 | Мосесов Сергей Кимович | Steam-and-water rocket engine (versions) |
RU2152530C1 (en) * | 1996-08-13 | 2000-07-10 | Опытное конструкторское бюро "Факел" | Controllable thrust gas jet engine |
JP2004156476A (en) * | 2002-11-05 | 2004-06-03 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | Thruster |
US7757476B2 (en) * | 2003-07-22 | 2010-07-20 | The Aerospace Corporation | Catalytically activated transient decomposition propulsion system |
RU2374481C1 (en) * | 2008-10-06 | 2009-11-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского | Liquid-propellant rocket engine with additional electromagnetic acceleration of working body |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2584211C2 (en) * | 2014-09-16 | 2016-05-20 | Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" | Capillary storage system and withdrawal of fluid in rocket engine of space object (2 versions) |
CN112078831A (en) * | 2020-09-17 | 2020-12-15 | 兰州空间技术物理研究所 | Mu N thruster based on flowmeter and use method |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2012122822A (en) | 2013-12-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Cen et al. | Performance evaluation and flow visualization of a MEMS based vaporizing liquid micro-thruster | |
US7784269B1 (en) | System and method for cooling rocket engines | |
Katsumi et al. | HAN-based green propellant, application, and its combustion mechanism | |
US20130196273A1 (en) | Thermal Pressurant | |
RU185128U1 (en) | Unmanned underwater vehicle with once-through steam nuclear power plant | |
JP6586657B2 (en) | Steam injection system | |
RU2511877C2 (en) | Fluid-gas jet engine | |
EP2366626B1 (en) | Liquid propellant tank and vapor jet emitting device including same | |
JP2009214695A (en) | Liquid fuel storage container and vapor injection system with liquid fuel storage container | |
US5440886A (en) | Method of gas generation and plant for effecting same | |
Gao et al. | A review of the vaporizing liquid microthruster technology | |
An et al. | Preliminary flight test of hydrogen peroxide retro-propulsion module | |
EP2761159B1 (en) | Propulsion system | |
Trushlyakov et al. | Investigation of heat and mass transfer process in the closed volume with different types of impact on liquid | |
JP2009274505A (en) | Propellant tank pressure regulation system | |
Burges et al. | Evaluation of a dual-fluid cold-gas thruster concept | |
JP2004044480A (en) | Two liquid type engine and rocket mounted with the two liquid type engine | |
JP2017180461A (en) | Injection system | |
Kawanami et al. | Development of non-combustible rocket engine by using explosive boiling of liquid nitrogen | |
RU40081U1 (en) | Pulsing detonation single-chamber rocket engine | |
RU2538190C1 (en) | Power pack of reaction control system of flight vehicle | |
RU2726214C1 (en) | Method of lowering detachable part of rocket carrier stage and device for implementation thereof | |
Kakami et al. | Design and experiments of a HAN-based monopropellant thruster using arc-discharge assisted combustion | |
RU2286924C2 (en) | Rocket pod engine plant | |
Kakami et al. | One Newton thruster by plasma-assisted combustion of HAN-based monopropellant |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160602 |