RU2562315C1 - Three-component liquid propellant rocket engine - Google Patents

Three-component liquid propellant rocket engine Download PDF

Info

Publication number
RU2562315C1
RU2562315C1 RU2014132408/06A RU2014132408A RU2562315C1 RU 2562315 C1 RU2562315 C1 RU 2562315C1 RU 2014132408/06 A RU2014132408/06 A RU 2014132408/06A RU 2014132408 A RU2014132408 A RU 2014132408A RU 2562315 C1 RU2562315 C1 RU 2562315C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
fuel
combustion chamber
zone
nozzle
turbine
Prior art date
Application number
RU2014132408/06A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Николай Борисович Болотин
Original Assignee
Николай Борисович Болотин
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 Николай Борисович Болотин filed Critical Николай Борисович Болотин
Priority to RU2014132408/06A priority Critical patent/RU2562315C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2562315C1 publication Critical patent/RU2562315C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: engines and pumps.
SUBSTANCE: claimed rocket engine comprises turbopump unit with oxidiser pumps and two fuel pumps fitted on turbine shaft and combustion chamber. Combustion chamber has cylindrical part with oxidiser and fuel nozzles and nozzle with propellant main manifold and regenerative cooling system. Turbopump unit and combustion chamber are aligned. Combustion chamber represents a two-zone design. First circular zone comprises circular nozzle unit and top fuel manifold. Second zone comprises central nozzle unit composed of a hollow cylinder provided with axial extra nozzle of second fuel. Turbine is arranged between combustion chamber first and second zones. Said turbine consists of distributor, impeller and straightener having the inner chamber. Central nozzle unit is hollow, its inner chamber being communicated via holes and straightener inner chamber with clearance with second fuel nozzle of regenerative nozzle and combustion chamber second zone. Straightener inner chamber is connected via slotted holes with second zone. Oxidiser pump outlet is communicated via pipeline equipped with oxidiser valves with combustion chamber. First fuel pump outlet is connected via pipeline with top fuel manifold. Second fuel pump outlet is connected via pipeline with the main fuel manifold.
EFFECT: higher specific thrust and reliability.
4 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к жидкостным ракетным двигателям - ЖРД, работающим на трех компонентах топлива: окислителе и двух горючих, и направлено на улучшение удельных характеристик и снижение затрат на запуск ракеты, на которой он установлен, и на значительное улучшение ее многих характеристик: дальности полета и т.д. Наиболее оптимальный вариант - использование в качестве окислителя жидкого кислорода, первого горючего - керосина, второго горючего - жидкого водорода.The invention relates to liquid-propellant rocket engines - liquid propellant rocket engines operating on three fuel components: an oxidizer and two combustible ones, and is aimed at improving the specific characteristics and reducing the cost of launching the rocket on which it is installed, and at significantly improving its many characteristics: flight range and t .d. The most optimal option is to use liquid oxygen as an oxidizing agent, the first fuel - kerosene, the second fuel - liquid hydrogen.

Известный 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, включает в себя камеру сгорания с регенеративным трактом охлаждения, 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. Недостатком двигателя является ухудшение кавитационных свойств насоса при перепуске конденсата.The well-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, includes a combustion chamber with a regenerative cooling path, pumps for supplying components - fuel and an oxidizer with a turbine one 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. The disadvantage of the engine is the deterioration of the cavitation properties of the pump during condensate bypass.

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. 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. 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, МПК7 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. 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 не приемлема, 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. 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 not acceptable, 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 по патенту РФ на изобретение №2232915, опубл. 10.09.2003 г., который содержит камеру 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 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 according to the patent of the Russian Federation for the invention No. 2232915, publ. September 10, 2003, which contains a turbo pump 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 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.

Недостатками являются сложная пневмогидравлическая схема двигателя, наличие большого числа клапанов и регуляторов и обвязывающих трубопроводов и, как следствие, большой вес и низкая надежность и проблемы при запуске и выключении двигателя.The disadvantages are the complex pneumohydraulic circuit of the engine, the presence of a large number of valves and regulators and connecting pipelines and, as a result, a large weight and low reliability and problems when starting and turning off the engine.

Задачей создания изобретения является улучшение удельных характеристик ЖРД, повышение его надежности и уменьшение затрат на запуск ракет.The objective of the invention is to improve the specific characteristics of the rocket engine, increasing its reliability and reducing the cost of launching missiles.

Решение указанных задач достигнуто в трехкомпонентном жидкостном ракетном двигателе, содержащем турбонасосный агрегат, содержащий в свою очередь установленные на валу турбину, насосы окислителя, два насоса горючего, и камеру сгорания, имеющую цилиндрическую часть с форсунками окислителя и горючего и сопло с главным коллектором горючего и системой регенеративного охлаждения, тем, что турбонасосный агрегат и камера сгорания установлены соосно, камера сгорания выполнена двухзонной и содержит первую кольцевую зону с кольцевым форсуночным блоком и верхним коллектором горючего и вторую зону с центральным форсуночным блоком, выполненным в виде пустотелого цилиндра, имеющего форсунки второго горючего, а турбина установлена между первой и второй зонами камеры сгорания, турбина выполнена состоящей из соплового аппарата, рабочего колеса и спрямляющего аппарата с полостью внутри него, центральный форсуночный блок выполнен пустотелым и его полость соединена отверстиями через полость внутри спрямляющего аппарата с зазором регенеративного охлаждения сопла вторым горючим и второй зоны камеры сгорания, а полость внутри спрямляющего аппарата щелевыми отверстиями соединена с второй зоной. Выход из насоса окислителя может быть соединен трубопроводом, содержащим клапаны окислителя, с камерой сгорания. Выход из насоса первого горючего может быть соединен трубопроводом с верхним коллектором горючего. Выход из насоса второго горючего может быть соединен трубопроводами с главным коллектором горючего.The solution of these problems was achieved in a three-component liquid propellant rocket engine containing a turbopump assembly, which in turn contains a turbine mounted on the shaft, oxidizer pumps, two fuel pumps, and a combustion chamber having a cylindrical part with oxidizer and fuel nozzles and a nozzle with the main fuel manifold and system regenerative cooling, in that the turbopump unit and the combustion chamber are mounted coaxially, the combustion chamber is dual-zone and contains a first annular zone with an annular nozzle m block and upper fuel manifold and a second zone with a central nozzle block made in the form of a hollow cylinder having nozzles of the second fuel, and the turbine is installed between the first and second zones of the combustion chamber, the turbine is made up of a nozzle apparatus, an impeller and a straightening apparatus with a cavity inside it, the central nozzle block is hollow and its cavity is connected by openings through the cavity inside the straightening apparatus with a regenerative cooling gap of the nozzle by the second fuel and Ora combustion zone, and a cavity within the flow straightener slotted apparatus connected to the second zone. The outlet of the oxidizer pump may be connected by a conduit containing oxidizer valves to the combustion chamber. The exit from the pump of the first fuel can be connected by a pipe to the upper fuel manifold. The exit from the pump of the second fuel can be connected by pipelines to the main manifold of the fuel.

Сущность изобретения поясняется на чертежах фиг. 1…3, где:The invention is illustrated in the drawings of FIG. 1 ... 3, where:

- на фиг. 1 приведена схема ЖРД,- in FIG. 1 shows the layout of the rocket engine,

- на фиг. 2 приведена конструкция камеры сгорания,- in FIG. 2 shows the design of the combustion chamber,

- на фиг. 3 приведена конструкция турбины.- in FIG. 3 shows the design of the turbine.

Жидкостный ракетный двигатель - ЖРД (фиг. 1…3) - содержит камеру 1 с камерой сгорания 2 с соплом 3, турбонасосный агрегат ТНА 4.A liquid rocket engine - LRE (Fig. 1 ... 3) - contains a chamber 1 with a combustion chamber 2 with a nozzle 3, a turbopump unit TNA 4.

Камера 1 и ТНА 4 установлены соосно и последовательно.Chamber 1 and TNA 4 are mounted coaxially and sequentially.

Камера сгорания 2 (фиг. 1 и 3) содержит цилиндрическую часть 5. Сопло 3 содержит сужающуюся часть 6, расширяющуюся часть 7 и главный коллектор горючего 8 в нижней части. Камера сгорания 2 выполнена двухзонной и содержит первую и вторую зоны 9 и 10 соответственно. Первая зона 9 имеет верхний коллектор горючего 11.The combustion chamber 2 (Fig. 1 and 3) contains a cylindrical part 5. The nozzle 3 contains a tapering part 6, an expanding part 7 and the main manifold of fuel 8 in the lower part. The combustion chamber 2 is made dual-zone and contains the first and second zones 9 and 10, respectively. The first zone 9 has an upper fuel manifold 11.

ТНА 4 содержит последовательно установленные на одном валу 12 снизу вверх: турбину 13, насос окислителя 14, насос первого горючего 15 и насос второго горючего 16. Особенностью ТНА 4 является то, что турбина 13 установлена в камере сгорания 2, точнее в верху ее цилиндрической части 5 между первой и второй зонами, соответственно 9 и 10. При этом первая зона 9 камеры сгорания 2 выполнена кольцевой и содержит кольцевую головку 17 и кольцевой форсуночный блок 18. Кольцевой форсуночный блок 18 имеет форсунки окислителя 19 и форсунки первого горючего 20.TNA 4 contains sequentially installed on the same shaft 12 from bottom to top: turbine 13, oxidizer pump 14, first fuel pump 15 and second fuel pump 16. A feature of TNA 4 is that turbine 13 is installed in combustion chamber 2, or rather, at the top of its cylindrical part 5 between the first and second zones, respectively 9 and 10. The first zone 9 of the combustion chamber 2 is made annular and contains an annular head 17 and an annular nozzle block 18. The annular nozzle block 18 has oxidizer nozzles 19 and first fuel nozzles 20.

Во второй зоне 10 камеры сгорания 2 выполнен центральный форсуночный блок 21 в виде пустотелого цилиндра с боковой стенкой 22 и торцовой стенкой 23 и внутренней полостью 24. На торцовой стенке 23 установлены форсунки второго горючего 25.In the second zone 10 of the combustion chamber 2, a central nozzle block 21 is made in the form of a hollow cylinder with a side wall 22 and an end wall 23 and an internal cavity 24. On the end wall 23, nozzles of the second fuel 25 are installed.

Турбина 13 содержит сопловой аппарат 26, рабочее колесо 27 и спрямляющий аппарат 28. Спрямляющий аппарат 28 выполнен с полость 29 и щелевыми отверстиями 30. Отверстиями 31 и 32 полость 29 сообщается с трактом регенеративного охлаждения 33 и внутренней полостью 24.The turbine 13 comprises a nozzle apparatus 26, an impeller 27, and a straightening apparatus 28. The straightening apparatus 28 is made with a cavity 29 and slotted holes 30. The openings 31 and 32 of the cavity 29 communicate with the regenerative cooling path 33 and the internal cavity 24.

ТНА 4 имеет четыре опоры 34…37 (фиг. 1 и 2).TNA 4 has four supports 34 ... 37 (Fig. 1 and 2).

Как сужающаяся часть 6, так и расширяющаяся часть 7 сопла 3 выполнены с возможностью регенеративного охлаждения вторым горючим (фиг. 1 и 2) и содержат две стенки; внутреннюю стенку 38 и наружную стенку 39 с трактом регенеративного охлаждения 33 между ними для прохождения охлаждающего горючего и охлаждения сопла. Тракт регенеративного охлаждения 33 сообщается с полостью 40 главного коллектора горючего 8. Внутри камеры сгорания 2 (фиг. 1 и 2) выполнены верхняя плита 41 и нижняя плита 42 с зазором (полостью) между ними 43. Выше верхней плиты 41 выполнена полость 44. Внутри кольцевой головки 17 камеры сгорания 2, как упоминалось ранее, установлены форсунки окислителя 19 и форсунки первого горючего 20. Форсунки окислителя 19 сообщают полость 44 с внутренней полостью 45 камеры сгорания 2. Форсунки первого горючего 20 сообщают полость 43 с внутренней полостью 45. На кольцевой головке 17 камеры сгорания 2 установлены запальные устройства 46. Кольцевая головка 17 камеры сгорания 2 соединена несколькими трубопроводами 47, содержащими клапаны окислителя 48. Кольцевая головка 17 камеры сгорания 2 и насос окислителя 14 соединены промежуточным корпусом 49.As the tapering part 6 and the expanding part 7 of the nozzle 3 are made with the possibility of regenerative cooling by the second fuel (Fig. 1 and 2) and contain two walls; the inner wall 38 and the outer wall 39 with a regenerative cooling path 33 between them for passing the cooling fuel and cooling the nozzle. The regenerative cooling path 33 communicates with the cavity 40 of the main fuel manifold 8. Inside the combustion chamber 2 (FIGS. 1 and 2), an upper plate 41 and a lower plate 42 with a gap (cavity) between them 43 are formed. A cavity 44 is made above the upper plate 41. Inside the annular head 17 of the combustion chamber 2, as previously mentioned, the oxidizer nozzles 19 and the first fuel nozzles are installed 20. The oxidizer nozzles 19 communicate the cavity 44 with the internal cavity 45 of the combustion chamber 2. The first fuel nozzles 20 communicate the cavity 43 with the internal cavity 45. On the ring 17 olovke combustion chamber 2 installed ignition device 46. The annular combustor head 17 2 is connected to multiple conduits 47, containing oxidant valves 48. The annular head 17 2 of the combustion oxidant chamber and a pump 14 are connected to the intermediate casing 49.

К главному коллектору горючего 8 присоединен трубопровод 50 с клапаном 51. Другой конец трубопровода 50 соединен с выходом из насоса второго горючего 16.A pipe 50 with a valve 51 is connected to the main fuel manifold 8. The other end of the pipe 50 is connected to the outlet of the second fuel pump 16.

Верхний коллектор 11 трубопроводом 52, содержащим регулятор расхода 53 и клапан 54, также соединен с выходом из насоса первого горючего 15. Дополнительный насос горючего отсутствует. Это упрощает конструкцию ЖРД и уменьшает его вес. Согласование гидравлических сопротивлений тракта регенеративного охлаждения 33 и небольшого по величине тракта охлаждения первой зоны 9 камеры сгорания 2 приводит к тому, что большая часть расхода горючего идет через форсунки горючего второго 25, так как они осуществляют его впрыск во вторую зону 10 со значительно более низким давлением, чем давление в первой зоне 9. Это объясняется потерей давления в турбине 13.The upper manifold 11 by a pipe 52 containing a flow regulator 53 and a valve 54 is also connected to the outlet of the first fuel pump 15. There is no additional fuel pump. This simplifies the design of the rocket engine and reduces its weight. The coordination of the hydraulic resistance of the regenerative cooling path 33 and the small cooling path of the first zone 9 of the combustion chamber 2 leads to the fact that most of the fuel flow goes through the fuel nozzles of the second 25, as they inject it into the second zone 10 with significantly lower pressure than the pressure in the first zone 9. This is due to pressure loss in the turbine 13.

Опоры 34 и 35 установлены в промежуточном корпусе 49, который выполнен между ТНА 4 и камерой сгорания 2 и содержит защитную втулку 55 выполненную внутри первой зоны 9 камеры сгорания 2. Внутри защитной втулки 55 выполнено нижнее уплотнением 56. (фиг. 2). Нижнее уплотнение 56 предотвращает выход охлаждающего опору 36 горючего в камеру сгорания 2.The supports 34 and 35 are installed in an intermediate housing 49, which is made between the TNA 4 and the combustion chamber 2 and contains a protective sleeve 55 made inside the first zone 9 of the combustion chamber 2. Inside the protective sleeve 55, a lower seal 56 is made (Fig. 2). The lower seal 56 prevents the cooling fuel support 36 from entering the combustion chamber 2.

Для надежного охлаждения опоры 36 применена система ее охлаждения первым горючим, которая содержит выполненное внутри вала 12 осевое отверстие 57, входное радиальное отверстие 58, промежуточное радиальное отверстие 59, выходящее в зазор 60 между защитной втулкой 55 и валом 12, и выходное радиальное отверстие 61, выполненное в защитной втулке 55 и сообщающее зазор 60 с полостью 44 для использования охлаждающего горючего сжиганием его в камере сгорания 2.For reliable cooling of the support 36, a first fuel cooling system is used, which comprises an axial hole 57 made inside the shaft 12, an inlet radial hole 58, an intermediate radial hole 59 extending into the gap 60 between the protective sleeve 55 and the shaft 12, and an output radial hole 61, made in the protective sleeve 55 and communicating the gap 60 with the cavity 44 for using the cooling fuel by burning it in the combustion chamber 2.

Двигатель содержит систему продувки с баллоном 62 с инертным газом, трубопроводом 63 и клапаном 64. Трубопровод 63 соединен с главным коллектором горючего 8.The engine contains a purge system with an inert gas cylinder 62, a pipe 63 and a valve 64. The pipe 63 is connected to the main fuel manifold 8.

Запуск ЖРД осуществляется следующим образом.The launch of the rocket engine is as follows.

Открывают клапаны окислителя 48 и клапаны 51 и 54.The oxidizer valves 48 and valves 51 and 54 are opened.

Окислитель и горючее поступают в камеру сгорания 2, точнее в ее первую зону 9, где воспламеняются запальными устройствами 46 и сгорают при относительно низких температурах 500…700°C. Через форсунки второго горючего 25 и щелевые отверстия 30 большая часть расхода второго горючего поступает во вторую зону 10, где сгорает при температуре от 3500 до 4000°C, обеспечивающей максимальную удельную тягу ЖРД.The oxidizing agent and fuel enter the combustion chamber 2, more precisely, into its first zone 9, where they are ignited by ignition devices 46 and burn out at relatively low temperatures of 500 ... 700 ° C. Through the nozzles of the second fuel 25 and slotted holes 30, a large part of the flow rate of the second fuel enters the second zone 10, where it burns at a temperature of 3500 to 4000 ° C, which provides the maximum specific thrust of the rocket engine.

Регулирование режима работы ЖРД осуществляется регулятором расхода 53. При этом изменяются расход продуктов сгорания через турбину 13 и температура продуктов сгорания на входе в нее.The regulation of the operation of the rocket engine is carried out by the flow regulator 53. In this case, the flow rate of the combustion products through the turbine 13 and the temperature of the combustion products at the entrance to it are changed.

Выключение ЖРД выполняется в обратном порядке. После закрытия всех клапанов окислителя 48 и горючего 51 и 54 открывают клапан продувки 64, и инертный газ из баллона 62 по трубопроводу 63 поступает в главный коллектор горючего 8, продувая камеру сгорания 2 двигателя для очистки от остатков второго горючего.The LRE shutdown is performed in the reverse order. After closing all the valves of the oxidizer 48 and the fuel 51 and 54, the purge valve 64 is opened, and the inert gas from the cylinder 62 through the pipe 63 enters the main manifold of the fuel 8, purging the combustion chamber 2 of the engine to remove residual second fuel.

Применение изобретения позволит:The application of the invention will allow:

- Уменьшить поперечные габариты ЖРД за счет размещения камеры сгорания и ТНА последовательно в одну линию вдоль одной общей оси.- Reduce the transverse dimensions of the liquid propellant rocket engine by placing the combustion chamber and TNA in series in a single line along one common axis.

- Уменьшить осевые габариты камеры сгорания за счет равномерного распределения избытка горючего через щелевые отверстия в спрямляющем аппарате.- Reduce the axial dimensions of the combustion chamber due to the uniform distribution of excess fuel through the slotted holes in the straightener.

- Уменьшить вес двигателя за счет отсутствия газогенератора и дополнительного насоса горючего. Функцию газогенератора выполняет первая зона камеры сгорания.- Reduce the weight of the engine due to the lack of a gas generator and an additional fuel pump. The function of the gas generator is performed by the first zone of the combustion chamber.

- Упростить схему двигателя за счет уменьшения количества трубопроводов.- Simplify the engine layout by reducing the number of pipelines.

- Уменьшить вредное взаимное влияние горячих и холодных (работающих на криогенных компонентах топлива) узлов и агрегатов.- Reduce the harmful mutual influence of hot and cold (working on cryogenic fuel components) components and assemblies.

- Уменьшить дисбаланс вала ТНА за счет применения трех опор и схемы их размещения таким образом, чтобы максимально приблизить к вращающимся деталям ротора.- To reduce the imbalance of the TNA shaft due to the use of three supports and their layout in such a way as to bring them as close as possible to the rotating parts of the rotor.

- Улучшить охлаждение опор ТНА за счет применения охлаждения опоры, размещенной непосредственно около рабочего колеса 27 турбины 13 внутри камеры сгорания 2, т.е. в зоне воздействия высоких температур.- Improve the cooling of the TNA supports by applying cooling to the support located directly near the impeller 27 of the turbine 13 inside the combustion chamber 2, i.e. in the zone of exposure to high temperatures.

Claims (4)

1. Трехкомпонентный жидкостный ракетный двигатель, содержащий турбонасосный агрегат, содержащий в свою очередь установленные на валу турбину, насосы окислителя, два насоса горючего, и камеру сгорания, имеющую цилиндрическую часть с форсунками окислителя и горючего и сопло с главным коллектором горючего и системой регенеративного охлаждения, отличающийся тем, что турбонасосный агрегат и камера сгорания установлены соосно, камера сгорания выполнена двухзонной и содержит первую кольцевую зону с кольцевым форсуночным блоком и верхним коллектором горючего и вторую зону с центральным форсуночным блоком, выполненным в виде пустотелого цилиндра, имеющего форсунки второго горючего, а турбина установлена между первой и второй зонами камеры сгорания, турбина выполнена состоящей из соплового аппарата, рабочего колеса и спрямляющего аппарата с полостью внутри него, центральный форсуночный блок выполнен пустотелым и его полость соединена отверстиями через полость внутри спрямляющего аппарата с зазором регенеративного охлаждения сопла вторым горючим и второй зоны камеры сгорания, а полость внутри спрямляющего аппарата щелевыми отверстиями соединена с второй зоной.1. A three-component liquid rocket engine containing a turbopump assembly, which in turn contains a turbine, oxidizer pumps, two fuel pumps, and a combustion chamber having a cylindrical part with oxidizer and fuel nozzles and a nozzle with a main fuel manifold and regenerative cooling system, characterized in that the turbopump assembly and the combustion chamber are mounted coaxially, the combustion chamber is dual-zone and contains a first annular zone with an annular nozzle block and an upper a fuel lecturer and a second zone with a central nozzle block made in the form of a hollow cylinder having nozzles of a second fuel, and the turbine is installed between the first and second zones of the combustion chamber, the turbine is made up of a nozzle apparatus, an impeller, and a straightening apparatus with a cavity inside it, the central the nozzle block is hollow and its cavity is connected by openings through the cavity inside the straightener with a gap of regenerative cooling of the nozzle by the second fuel and the second zone of the combustion chamber Nia, a cavity within the flow straightener slotted apparatus connected to the second zone. 2. Трехкомпонентный жидкостный ракетный двигатель по п. 1, отличающийся тем, что выход из насоса окислителя соединен трубопроводом, содержащим клапаны окислителя, с камерой сгорания.2. The three-component liquid rocket engine according to claim 1, characterized in that the outlet of the oxidizer pump is connected by a pipe containing oxidizer valves to the combustion chamber. 3. Трехкомпонентный жидкостный ракетный двигатель по п. 1 или 2, отличающийся тем, что выход из насоса первого горючего соединен трубопроводом с верхним коллектором горючего.3. A three-component liquid propellant rocket engine according to claim 1 or 2, characterized in that the output of the first fuel pump is connected by a pipeline to the upper fuel manifold. 4. Трехкомпонентный жидкостный ракетный двигатель по п. 1 или 2, отличающийся тем, что выход из насоса второго горючего соединен трубопроводами с главным коллектором горючего. 4. A three-component liquid rocket engine according to claim 1 or 2, characterized in that the outlet of the second fuel pump is connected by pipelines to the main fuel manifold.
RU2014132408/06A 2014-08-05 2014-08-05 Three-component liquid propellant rocket engine RU2562315C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014132408/06A RU2562315C1 (en) 2014-08-05 2014-08-05 Three-component liquid propellant rocket engine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014132408/06A RU2562315C1 (en) 2014-08-05 2014-08-05 Three-component liquid propellant rocket engine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2562315C1 true RU2562315C1 (en) 2015-09-10

Family

ID=54073609

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014132408/06A RU2562315C1 (en) 2014-08-05 2014-08-05 Three-component liquid propellant rocket engine

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2562315C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109322765A (en) * 2018-07-31 2019-02-12 李鹏 Based on the high thrust enclosed expansion cycles rocket engine for improving expansion deflection nozzle
RU2793927C1 (en) * 2022-09-12 2023-04-10 Акционерное общество "Конструкторское бюро химавтоматики" Lre chamber operating on three components of fuel oxygen, hydrogen and hydrocarbon in a closed circuit with afterburning of oxidizing generator gas

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4879874A (en) * 1986-05-07 1989-11-14 National Space Development Agency Of Japan Liquid fuel rocket engine
US4912925A (en) * 1985-10-04 1990-04-03 United Technologies Corporation Rocket engine with redundant capabilities
RU2302547C1 (en) * 2006-03-02 2007-07-10 Николай Борисович Болотин Liquid-propellant rocket engine
US7389636B2 (en) * 2005-07-06 2008-06-24 United Technologies Corporation Booster rocket engine using gaseous hydrocarbon in catalytically enhanced gas generator cycle
RU2418970C1 (en) * 2009-12-07 2011-05-20 Николай Борисович Болотин Liquid-propellant engine and turbo-pump unit
RU2458245C1 (en) * 2011-04-20 2012-08-10 Николай Борисович Болотин Liquid-propellant rocket engine and turbopump unit

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4912925A (en) * 1985-10-04 1990-04-03 United Technologies Corporation Rocket engine with redundant capabilities
US4879874A (en) * 1986-05-07 1989-11-14 National Space Development Agency Of Japan Liquid fuel rocket engine
US7389636B2 (en) * 2005-07-06 2008-06-24 United Technologies Corporation Booster rocket engine using gaseous hydrocarbon in catalytically enhanced gas generator cycle
RU2302547C1 (en) * 2006-03-02 2007-07-10 Николай Борисович Болотин Liquid-propellant rocket engine
RU2418970C1 (en) * 2009-12-07 2011-05-20 Николай Борисович Болотин Liquid-propellant engine and turbo-pump unit
RU2458245C1 (en) * 2011-04-20 2012-08-10 Николай Борисович Болотин Liquid-propellant rocket engine and turbopump unit

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109322765A (en) * 2018-07-31 2019-02-12 李鹏 Based on the high thrust enclosed expansion cycles rocket engine for improving expansion deflection nozzle
RU2793927C1 (en) * 2022-09-12 2023-04-10 Акционерное общество "Конструкторское бюро химавтоматики" Lre chamber operating on three components of fuel oxygen, hydrogen and hydrocarbon in a closed circuit with afterburning of oxidizing generator gas

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102041568B1 (en) Liquid rocket engine using booster pump driven by electric motor
EP3447274B1 (en) Electric power-assisted liquid-propellant rocket propulsion system
KR101682418B1 (en) Liquid rocket engine, which uses a pump driven by an electric motor
US8381508B2 (en) Closed-cycle rocket engine assemblies and methods of operating such rocket engine assemblies
RU2302547C1 (en) Liquid-propellant rocket engine
RU2420669C1 (en) Liquid propellant engine with controlled thrust vector, and nozzle block of roll
RU2386844C1 (en) Three-component liquid-propellant rocket engine and method of its operation
RU2531833C1 (en) Liquid propellant rocket engine
RU2545615C1 (en) Liquid-propellant rocket engine turbo pump unit
RU2382223C1 (en) Three-component liquid propellant rocket engine and method of its operation
RU2431756C1 (en) Liquid propellant engine with controlled thrust vector, and nozzle block of roll
RU2562315C1 (en) Three-component liquid propellant rocket engine
RU2545613C1 (en) Liquid propellant rocket engine
RU2300657C1 (en) Liquid-propellant rocket engine
RU2299345C1 (en) Liquid-propellant rocket engine and the method of its starting
RU2412370C1 (en) Liquid propellant rocket engine with controlled vector of thrust and unit of combustion chamber suspension
RU2531835C1 (en) Liquid propellant rocket engine
RU2495273C1 (en) Liquid propellant rocket engine
RU2318129C1 (en) Turbo-pump unit of liquid-propellant engine
RU2531831C1 (en) Liquid fuel rocket motor
RU2441170C1 (en) Liquid propellant rocket engine with controlled nozzle, and unit of bank nozzles
RU2514582C1 (en) Liquid propellant rocket engine
RU2638418C1 (en) Combustion chamber of lpe with electroplasma ignition
RU2431053C1 (en) Liquid propellant rocket engine and roll nozzle block
RU2496090C1 (en) Anti-aircraft missile and liquid-propellant rocket