RU2560656C1 - Turbo-pump unit of liquid missile engine - Google Patents
Turbo-pump unit of liquid missile engine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2560656C1 RU2560656C1 RU2014145400/06A RU2014145400A RU2560656C1 RU 2560656 C1 RU2560656 C1 RU 2560656C1 RU 2014145400/06 A RU2014145400/06 A RU 2014145400/06A RU 2014145400 A RU2014145400 A RU 2014145400A RU 2560656 C1 RU2560656 C1 RU 2560656C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- turbine
- tna
- fuel
- rocket engine
- engine
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к ракетной технике, конкретно к жидкостным ракетным двигателям ЖРД, работающим на криогенном окислителе и на углеводородном горючем.The invention relates to rocket technology, specifically to liquid-propellant rocket engines LRE, operating on a cryogenic oxidizer and on hydrocarbon fuel.
Известен жидкостный ракетный двигатель по патенту РФ на изобретение №2095607, предназначенный для использования в составе космических разгонных блоков, ступеней ракетоносителей и как маршевый двигатель космических аппаратов, включающий в себя камеру сгорания с регенеративным трактом охлаждения, турбонасосный агрегат - ТНА. ТНА содержит насосы подачи компонентов - горючего и окислителя с турбиной на одном валу, в который введен конденсатор. Выход конденсатора по линии хладагента соединен с входом в камеру сгорания и с входом в тракт регенеративного охлаждения камеры сгорания. Выход из конденсатора по линии теплоносителя соединен с входом в насос одного из компонентов. Выход из насоса того же компонента сообщен с входом конденсатора по линии хладагента. Второй вход конденсатора сообщен с выходом турбины. Выход насоса другого компонента сообщен с входом в камеру сгорания.Known liquid rocket engine according to the patent of the Russian Federation for invention No. 2095607, intended for use as a part of space booster blocks, stages of rocket launchers and as a main engine of space vehicles, including a combustion chamber with a regenerative cooling path, a turbopump assembly - TNA. TNA contains pumps for the supply of components - fuel and oxidizer with a turbine on the same shaft into which the capacitor is inserted. The condenser outlet through the refrigerant line is connected to the entrance to the combustion chamber and to the entrance to the regenerative cooling path of the combustion chamber. The exit from the condenser through the coolant line is connected to the inlet to the pump of one of the components. The output from the pump of the same component is communicated with the condenser inlet through the refrigerant line. The second input of the condenser is in communication with the output of the turbine. The output of the pump of the other component is communicated with the entrance to the combustion chamber.
Недостатком ТНА двигателя является ухудшение кавитационных свойств насоса при перепуске конденсата. Такое свойство насоса неминуемо приводит в уменьшению расхода одного из компонентов топлива через ТНА, падению тяги ракеты в несколько раз и срыву программы полета ракеты или к катастрофе.The disadvantage of engine TNA is the deterioration of the cavitation properties of the pump during condensate bypass. Such a property of the pump will inevitably lead to a decrease in the consumption of one of the fuel components through the ТНА, to a drop in the thrust of the rocket by several times, and to the disruption of the flight program of the rocket or to disaster.
Известны способ работы ЖРД и жидкостный ракетный двигатель по патенту РФ на изобретение №2187684. Способ работы жидкостного ракетного двигателя заключается в подаче компонентов топлива в камеру сгорания двигателя, газификации одного из компонентов в тракте охлаждения камеры сгорания, подводе его на турбину турбонасосного агрегата с последующим сбросом в форсуночную головку камеры сгорания. Часть расхода одного из компонентов топлива направляют в камеру сгорания, а оставшуюся часть газифицируют и направляют на турбины турбонасосных агрегатов. Отработанный на турбинах газообразный компонент смешивают с жидким компонентом, поступающим в двигатель при давлении, превышающем давление насыщенных паров получаемой смеси. Жидкостный ракетный двигатель содержит камеру сгорания с трактом регенеративного охлаждения, насосы подачи компонентов топлива и турбину. Насосы и турбины скомпонованы в два ТНА: основной и бустерный. Двигатель содержит установленные последовательно перед насосом подачи одного из компонентов топлива основного турбонасосного агрегата насос бустерного турбонасосного агрегата и смеситель. Выход насоса основного турбонасосного агрегата соединен как с форсуночной головкой камеры сгорания, так и с трактом регенеративного охлаждения камеры сгорания. Тракт регенеративного охлаждения, в свою очередь, связан с турбинами основного и бустерного турбонасосных агрегатов, выходы которых соединены со смесителем.A known method of operation of the liquid propellant rocket engine and a liquid rocket engine according to the patent of the Russian Federation for the invention No. 2187684. The method of operation of a liquid-propellant rocket engine is to supply fuel components to the combustion chamber of the engine, gasify one of the components in the cooling path of the combustion chamber, supply it to the turbine of the turbopump unit, and then discharge it into the nozzle head of the combustion chamber. Part of the flow rate of one of the fuel components is directed to the combustion chamber, and the remaining part is gasified and directed to turbines of turbopump units. The gaseous component spent on the turbines is mixed with the liquid component entering the engine at a pressure higher than the saturated vapor pressure of the resulting mixture. A liquid propellant rocket engine comprises a combustion chamber with a regenerative cooling path, fuel component supply pumps, and a turbine. Pumps and turbines are arranged in two TNAs: main and booster. The engine comprises a booster turbopump pump and a mixer installed in series in front of the feed pump of one of the fuel components of the main turbopump assembly. The pump outlet of the main turbopump assembly is connected both to the nozzle head of the combustion chamber and to the regenerative cooling path of the combustion chamber. The regenerative cooling circuit, in turn, is connected with the turbines of the main and booster turbopump units, the outputs of which are connected to the mixer.
Недостатком этой схемы является то, что тепловой энергии, снимаемой при охлаждении камеры сгорания, может оказаться недостаточно для привода турбонасосного агрегата двигателя очень большой мощности.The disadvantage of this scheme is that the thermal energy removed during cooling of the combustion chamber may not be enough to drive a turbopump engine unit of very high power.
Известен ЖРД по патенту РФ на изобретение №2190114, МПК 7 F02K 9/48, опубл. 27.09.2002 г. Этот ЖРД включает в себя камеру сгорания с трактом регенеративного охлаждения, турбонасосный агрегат ТНА с насосами окислителя и горючего, выходные магистрали которых соединены с головкой камеры сгорания, основную турбину и контур привода основной турбины. В контур привода основной турбины входят последовательно соединенные между собой насос горючего и тракт регенеративного охлаждения камеры сгорания, соединенный с входом в основную турбину. Выход из турбины ТНА соединен с входом второй ступени насоса горючего.Known LRE according to the patent of the Russian Federation for the invention No. 2190114, IPC 7 F02K 9/48, publ. 09/27/2002 This LPRE includes a combustion chamber with a regenerative cooling path, a TNA turbopump unit with oxidizer and fuel pumps, the output lines of which are connected to the head of the combustion chamber, the main turbine and the drive circuit of the main turbine. The main turbine drive circuit includes a fuel pump and a regenerative cooling path of the combustion chamber connected in series with each other and connected to the main turbine inlet. The exit from the turbine TNA is connected to the input of the second stage of the fuel pump.
Этот двигатель имеет существенный недостаток. Перепуск подогретого в тракте регенеративного охлаждения камеры сгорания горючего на вход во вторую ступень насоса горючего приведет к его кавитации и к последствиям, указанным выше. Большинство ЖРД используют такие компоненты топлива, что расход окислителя почти всегда больше расхода горючего. Следовательно, для мощных ЖРД, имеющих большую тягу и большое давление в камере сгорания, эта схема неприемлема, т.к. расхода горючего будет недостаточно для охлаждения камеры сгорания и привода основной турбины.This engine has a significant drawback. Bypassing the fuel combustion chamber heated in the regenerative cooling path to the entrance to the second stage of the fuel pump will lead to cavitation and the consequences indicated above. Most LREs use fuel components such that the oxidizer consumption is almost always greater than the fuel consumption. Therefore, for powerful rocket engines with great thrust and high pressure in the combustion chamber, this scheme is unacceptable, because fuel consumption will not be enough to cool the combustion chamber and drive the main turbine.
Кроме того, не проработана система запуска ЖРД, система воспламенения компонентов топлива и система выключения ЖРД и его очистки от остатков горючего в тракте регенеративного охлаждения камеры сгорания.In addition, the LRE launch system, the ignition system of the fuel components and the LRE shutdown system and its cleaning of fuel residues in the regenerative cooling path of the combustion chamber have not been developed.
Известен жидкостный ракетный двигатель и способ его запуска по патенту РФ на изобретение №2232915, опубл. 10.09.2003 г., который содержит камеру сгорания, турбонасосный агрегат, газогенератор, систему запуска, средства для зажигания компонентов топлива и топливные магистрали. Выход насоса окислителя соединен с входом в газогенератор. Выход первой ступени насоса горючего соединен с каналами регенеративного охлаждения камеры и со смесительной головкой. Выход второй ступени насоса горючего (дополнительного насоса горючего) соединен с регулятором расхода с электроприводом. Другой вход регулятора соединен с пусковым бачком со штатным горючим. Выход из регулятора соединен с газогенератором. Выход из газогенератора соединен с входом в турбину турбонасосного агрегата, выход из которой соединен со смесительной головкой. Регулятор расхода снабжен гидроприводом предварительной ступени, который через кавитирующий жиклер и гидрореле соединен с пусковым бачком со штатным горючим. Гидрореле соединено со второй ступенью насоса горючего. Дроссель, установленный на выходе первой ступени насоса горючего, выполнен совместно с управляемым клапаном предварительной ступени.Known liquid rocket engine and method of starting it according to the patent of the Russian Federation for invention No. 2232915, publ. September 10, 2003, which contains a combustion chamber, a turbopump unit, a gas generator, a launch system, means for igniting fuel components and fuel lines. The output of the oxidizer pump is connected to the inlet of the gas generator. The output of the first stage of the fuel pump is connected to the channels of regenerative cooling of the chamber and to the mixing head. The output of the second stage of the fuel pump (additional fuel pump) is connected to an electric flow regulator. Another input of the regulator is connected to the starting tank with standard fuel. The output from the regulator is connected to a gas generator. The outlet of the gas generator is connected to the inlet of the turbine pump unit, the outlet of which is connected to the mixing head. The flow regulator is equipped with a hydraulic actuator of the preliminary stage, which is connected through the cavitating nozzle and hydraulic relay to the starting tank with standard fuel. The hydraulic relay is connected to the second stage of the fuel pump. The throttle installed at the output of the first stage of the fuel pump is made in conjunction with a controlled valve of the preliminary stage.
Недостатком такой схемы является пожар или взрыв ТНА и ракеты на старте или в полете вследствие низкой надежности уплотнения между турбиной и насосом окислителя, между насосом окислителя и горючего, а также между насосом горючего и дополнительным насосом горючего из-за действия на них большого перепада давления: 300400 кгс/см2 для современных ЖРД. Например, при использовании в качестве компонентов ракетного топлива водорода и кислорода самые незначительные утечки этих компонентов приводят к образованию «гремучей смеси» и практически всегда - к взрыву ракеты.The disadvantage of this scheme is a fire or explosion of TNA and missiles at launch or in flight due to the low reliability of the seal between the turbine and the oxidizer pump, between the oxidizer and fuel pump, and also between the fuel pump and the additional fuel pump due to the large pressure drop acting on them: 300-400 kgf / cm 2 for modern rocket engines. For example, when using hydrogen and oxygen as components of rocket fuel, the smallest leaks of these components lead to the formation of an “explosive mixture” and almost always result in a rocket explosion.
Известен турбонасосный агрегат ЖРД из сайта Интернет http://www.lpre.de/sntk/NK-33/index.htm, прототип.Known turbopump engine rocket engine from the Internet site http://www.lpre.de/sntk/NK-33/index.htm, prototype.
Этот ТНА содержит основную турбину и насосы окислителя и горючего и пусковую турбину с по меньшей мере одним источником высокого давления, содержащим пирозаряд.This TNA contains a main turbine and oxidizer and fuel pumps and a starting turbine with at least one high pressure source containing pyrolysis.
Недостаток этого ТНА - невозможность многократного запуска ТНА и двигателя в полете.The disadvantage of this TNA is the inability to repeatedly start the TNA and the engine in flight.
Задачи создания изобретения: обеспечение многоразового запуска ТНА и двигателя в полете.Objectives of the invention: providing multiple launch of the TNA and the engine in flight.
Задача создания изобретения: обеспечение многоразового запуска ТНА и двигателя.The task of creating the invention: providing multiple start TNA and engine.
Решение указанной задачи достигнуто в турбонасосном агрегате жидкостного ракетного двигателя, содержащем основную турбину и насосы окислителя и горючего и пусковую турбину с по меньшей мере одним источником высокого давления, содержащим пирозаряд, тем, что на источнике высокого давления выполнена торцовая стенка с отверстиями, число которых соответствует числу пирозарядов, установлено не менее двух пирозарядов, пусковая турбина выполнена с по меньшей мере двумя сопловыми аппаратами, закрытыми заслонкой, имеющей возможность поочередного открытия отверстий и их совмещения с одним из сопловых аппаратов.The solution to this problem was achieved in a turbopump unit of a liquid propellant rocket engine containing a main turbine and oxidizer and fuel pumps and a starting turbine with at least one high pressure source containing a pyro charge, in that an end wall with openings is made on the high pressure source, the number of which corresponds to the number of pyro charges, at least two pyro charges were installed, the starting turbine is made with at least two nozzle devices closed by a shutter, which has the ability to alternate th opening holes and their alignment with one of the nozzle units.
Заслонка может быть соединена с приводом. Заслонка может быть соединена с приводом через механическую передачу. Может быть установлено два или более источника высокого давления. К валу ТНА через мультипликатор может быть присоединен дополнительный насос горючего.The damper can be connected to the actuator. The damper can be connected to the actuator via a mechanical transmission. Two or more high pressure sources may be installed. An additional fuel pump can be connected to the TNA shaft via a multiplier.
Сущность изобретения поясняется на фиг. 1-9, где:The invention is illustrated in FIG. 1-9, where:
- на фиг. 1 приведена схема ТНА,- in FIG. 1 shows a diagram of the TNA,
- на фиг. 2 приведена схема пусковой турбины,- in FIG. 2 shows a diagram of the starting turbine,
- на фиг. 3 приведены сопловые аппараты и заслонки,- in FIG. 3 shows nozzle devices and flaps,
- на фиг. 4 приведен вид A,- in FIG. 4 shows a view of A,
- на фиг. 5 приведена торцовая стенка с двумя отверстиями,- in FIG. 5 shows the end wall with two holes,
- на фиг. 6 приведена заслонка,- in FIG. 6 shows the shutter,
- на фиг. 7 приведен ТНА с двумя аккумуляторами давления,- in FIG. 7 shows TNA with two pressure accumulators,
- на фиг. 8 приведен вид B,- in FIG. 8 shows view B,
- на фиг. 9 приведен ТНА с дополнительным насосом горючего.- in FIG. 9 shows TNA with an additional fuel pump.
Турбонасосный агрегат жидкостного ракетного двигателя ТНА (фиг. 1-9) содержит основную турбину 1, имеющую корпус 2, входной корпус 3 и выходной корпус 4. Внутри корпуса 2 установлен сопловой аппарат 5, рабочее колесо 6 с рабочими лопатками 7. Рабочее колесо 6 установлено на валу 8. Основная турбина 1 имеет опору 9.The turbopump unit of a TNA liquid-propellant rocket engine (Fig. 1-9) contains a
Кроме того, ТНА содержит насос окислителя 10 с рабочим колесом 11, установленным на валу 8. Насос окислителя 10 имеет опору 12.In addition, the TNA contains an
Кроме того, в состав ТНА входят насос горючего 13 с рабочим колесом 14 и опоры 15 и 16.In addition, the TNA includes a
С торца ТНА, противоположного основной турбине 1, установлена пусковая турбина 17, которая, в свою очередь, содержит корпус 18, входной корпус 19, выходной корпус 20. Во входном корпусе 19 установлены первый и второй сопловые аппараты 21 и 22, перед которыми установлена заслонка 23, закрывающая отверстия 24 и 25, выполненные в торцовом днище 26. К заслонке 23 через механическую передачу 27 присоединен привод 28.From the end of the TNA opposite the
На валу 8 установлено рабочее колесо 29 с рабочими лопатками 30.An
К входному корпусу 19 присоединен источник высокого давления 31, содержащий корпус 32, внутри которого размещены по меньшей мере два пиротехнических заряда, в нашем примере первый 33 и второй 34, разделенные перегородкой 35. На корпусе 32 установлены по меньшей мере два пироинициатора 36 и 37. К выходному корпусу 20 присоединена выхлопная труба 38 для сброса отработавших продуктов сгорания пирозарядов 33 и 34.A
В торцовом днище 26 выполнено одно отверстие 43 (фиг. 5 и 6) для поочередного совмещения с отверстиями 24 и 25.In the
Возможен вариант исполнения ТНА с двумя источниками высокого давления 39 и 40 (фиг. 7 и 8), обеспечивающими два запуска.An embodiment of the TNA with two high-
Возможно выполнение ТНА с дополнительным насосом горючего 41, соединенным с валом 8 при помощи мультипликатора 42 (фиг. 9).It is possible to perform a TNA with an
ТНА работает следующим образом.TNA works as follows.
Для первого запуска приводом 28 сдвигают первую заслонку 23 и открывают первое отверстие 24. Потом подают напряжение на первый пироинициатор 36 и воспламеняют первый пиротехнический заряд 33. Продукты сгорания выходят через первый сопловой аппарат 21 на рабочие лопатки 30 рабочего колеса 29. Рабочее колесо 29 раскручивает вал 8 и рабочие колеса 11 и 14 насосов окислителя 10 и горючего 13. Потом в основную турбину 1 через входной корпус 3 подается генераторный газ, который проходит через рабочие лопатки 7 рабочего колеса 6. В действие вступает основная турбина 1, а пусковая турбина 17 работает вхолостую.For the first start-up, the
Для повторного запуска ТНА поворачивают заслонку 23, совмещают отверстие 43 с вторым отверстием 25 и подают команду на второй пироинициатор 37. Воспламеняется второй пирозаряд 34 и осуществляется повторный запуск ТНА.To restart the TNA, turn the
Применение изобретения позволило:The application of the invention allowed:
1. Обеспечить многократный запуск ТНА и ракетного двигателя в полете.1. To ensure multiple launch of the TNA and rocket engine in flight.
2. Уменьшить габариты и вес ТНА.2. Reduce the dimensions and weight of the TNA.
3. Обеспечить модульность конструкции ТНА.3. To ensure the modularity of the design of the TNA.
4. Спроектировать все узлы ТНА: две турбины и два насоса на оптимальные параметры.4. Design all TNA units: two turbines and two pumps for optimal parameters.
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014145400/06A RU2560656C1 (en) | 2014-11-11 | 2014-11-11 | Turbo-pump unit of liquid missile engine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014145400/06A RU2560656C1 (en) | 2014-11-11 | 2014-11-11 | Turbo-pump unit of liquid missile engine |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2560656C1 true RU2560656C1 (en) | 2015-08-20 |
Family
ID=53880769
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014145400/06A RU2560656C1 (en) | 2014-11-11 | 2014-11-11 | Turbo-pump unit of liquid missile engine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2560656C1 (en) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1022454A2 (en) * | 1999-01-21 | 2000-07-26 | Otkrytoe Aktsionernoe Obschestvo Nauchno-Proizvodstvennoe Obiedinenie "Energomash", Imeni Akademika V.P. Glushko, Russian Fed. | Liquid propellant rocket engine |
RU2302548C1 (en) * | 2006-04-10 | 2007-07-10 | Николай Борисович Болотин | Turbopump set of liquid-propellant rocket engine |
RU2495273C1 (en) * | 2012-05-04 | 2013-10-10 | Николай Борисович Болотин | Liquid propellant rocket engine |
-
2014
- 2014-11-11 RU RU2014145400/06A patent/RU2560656C1/en active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1022454A2 (en) * | 1999-01-21 | 2000-07-26 | Otkrytoe Aktsionernoe Obschestvo Nauchno-Proizvodstvennoe Obiedinenie "Energomash", Imeni Akademika V.P. Glushko, Russian Fed. | Liquid propellant rocket engine |
RU2302548C1 (en) * | 2006-04-10 | 2007-07-10 | Николай Борисович Болотин | Turbopump set of liquid-propellant rocket engine |
RU2495273C1 (en) * | 2012-05-04 | 2013-10-10 | Николай Борисович Болотин | Liquid propellant rocket engine |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
ЖРД НК-33(11Д111) и НК-43(11Д112) рис.2.1, 2.2. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11060482B2 (en) | Liquid rocket engine using booster pump driven by electric motor | |
EP3318744B1 (en) | Liquid rocket engine using pump driven by electric motor | |
JP2007205353A (en) | Device and method for starting ramjet/scramjet engine | |
RU2545615C1 (en) | Liquid-propellant rocket engine turbo pump unit | |
RU2352804C1 (en) | Liquid propellant jet engine | |
RU2561757C1 (en) | Three-component air-jet engine | |
RU2302547C1 (en) | Liquid-propellant rocket engine | |
RU2386844C1 (en) | Three-component liquid-propellant rocket engine and method of its operation | |
RU2382223C1 (en) | Three-component liquid propellant rocket engine and method of its operation | |
RU2420669C1 (en) | Liquid propellant engine with controlled thrust vector, and nozzle block of roll | |
RU2300657C1 (en) | Liquid-propellant rocket engine | |
RU2299345C1 (en) | Liquid-propellant rocket engine and the method of its starting | |
RU2560656C1 (en) | Turbo-pump unit of liquid missile engine | |
RU2318129C1 (en) | Turbo-pump unit of liquid-propellant engine | |
RU2574192C1 (en) | Liquid-propellant rocket engine fuel feed plant | |
RU2539315C1 (en) | Liquid-propellant rocket engine turbopump unit | |
RU2390476C1 (en) | Multi-stage | |
RU2531833C1 (en) | Liquid propellant rocket engine | |
RU2495273C1 (en) | Liquid propellant rocket engine | |
RU2441170C1 (en) | Liquid propellant rocket engine with controlled nozzle, and unit of bank nozzles | |
RU2302548C1 (en) | Turbopump set of liquid-propellant rocket engine | |
RU2382224C1 (en) | Multistage carrier rocket, three-component rocket engine, method of engine operation and fuel feed turbopump system | |
RU2431053C1 (en) | Liquid propellant rocket engine and roll nozzle block | |
RU2562315C1 (en) | Three-component liquid propellant rocket engine | |
RU2378166C1 (en) | Multi-stage rocket carrier, method of its launching and nuclear rocket engine |