RU2563114C1

RU2563114C1 - Liquid propellant rocket engine chamber nozzle

Info

Publication number: RU2563114C1
Application number: RU2014120069/06A
Authority: RU
Inventors: Николай Иванович Якушин; Валерий Павлович Данильченко; Степан Васильевич Михайлов; Валерий Николаевич Лавров; Раиль Рашитович Фаридонов
Original assignee: Оао "Кузнецов"
Priority date: 2014-05-19
Filing date: 2014-05-19
Publication date: 2015-09-20

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: claimed nozzle comprises outer and inner shells that make the cooling duct communicated via submanifold ring with coolant feed manifold arranged at outer shell. Said manifold comprises two diametrically opposite pipes and at least one crosswise barraged at equal angular distance from the axes of said pipes. Said web overlaps 80-90% of the manifold cross-section area to make the gap between the web and submanifold ring. Besides, engine combustion chamber nozzle is equipped with coolant discharge manifold with three coolant discharge pipes equally spaced apart in circle.

EFFECT: higher reliability of nozzle, decreased overall dimensions and weight of coolant feed and discharge manifolds.

3 cl, 4 dwg

Description

Техническое решение относится к ракетным двигательным установкам, для работы которых используется горючее и окислитель, и может быть использовано при создании сопл жидкостных ракетных двигателей (ЖРД).The technical solution relates to rocket propulsion systems, the operation of which uses fuel and an oxidizing agent, and can be used to create nozzles for liquid rocket engines (LRE).

Известно сопло камеры сгорания ЖРД (см. Добровольский М.В. Жидкостные ракетные двигатели. - М.: Машиностроение, 1968, стр. 167-168, 171-172, рис. 4.3.3), содержащее рубашку с коллектором, оболочку с основными ребрами, выполненными в ней и проходящими от ее начала до радиальной канавки, предназначенной для выхода инструмента, расположенной между торцами ребер и конической отбортовкой, выполненной в оболочке и соединенной с рубашкой, дополнительные ребра, имеющие меньшую длину, чем основные, и равномерно расположенные между ними.Known nozzle of the combustion chamber of a rocket engine (see Dobrovolsky MV Liquid rocket engines. - M .: Mashinostroenie, 1968, p. 167-168, 171-172, Fig. 4.3.3), containing a jacket with a collector, a shell with the main ribs made in it and extending from its beginning to a radial groove designed to exit the tool, located between the ends of the ribs and the conical flanging, made in the shell and connected to the jacket, additional ribs having a shorter length than the main ones and evenly spaced between them .

В данном сопле соединение оболочки с рубашкой происходит при помощи пайки по основным и дополнительным ребрам. Основным недостатком данного сопла является пониженный запас прочности в зоне радиальной канавки, обусловленный отсутствием ребер и связи через ребра между оболочкой и рубашкой в зоне радиальной канавки.In this nozzle, the connection of the shell with the jacket occurs by soldering along the main and additional ribs. The main disadvantage of this nozzle is the reduced margin of safety in the area of the radial groove, due to the absence of ribs and communication through the ribs between the shell and the jacket in the area of the radial groove.

Известно крупногабаритное сопло камеры ЖРД (см. патент РФ №2095609), имеющее наружную и внутреннюю оболочки, образующие тракт охлаждения, сообщающийся с коллектором подвода охладителя и коллектором отвода части, размещенных на наружной оболочке и снабженных по одному патрубку подвода и отвода охладителя.A large-sized nozzle of the LRE chamber is known (see RF patent No. 2095609) having an outer and inner shell forming a cooling path communicating with a cooler supply manifold and a withdrawal collector of a part located on the outer shell and provided with one cooler supply and exhaust pipe.

Наличие в известном сопле коллекторов с одним патрубком приводит к неравномерному окружному распределению расхода охладителя по каналам тракта охлаждения, что приводит к образованию локальных зон перегрева и увеличенных тепловых потоков, что снижает надежность работы сопла.The presence of collectors with a single nozzle in a known nozzle leads to an uneven circumferential distribution of the cooler flow through the channels of the cooling path, which leads to the formation of local overheating zones and increased heat fluxes, which reduces the reliability of the nozzle.

Задачей заявляемого технического решения является повышение надежности работы сопла за счет равномерности распределения расхода охладителя по каналам тракта охлаждения, а также и уменьшение габаритов и веса коллекторов подвода и отвода охладителя.The objective of the proposed technical solution is to increase the reliability of the nozzle due to the uniform distribution of the flow rate of the cooler along the channels of the cooling path, as well as reducing the size and weight of the collectors for supplying and removing the cooler.

Выполнение задачи достигается тем, что в сопле камеры жидкостного реактивного двигателя, содержащем наружную и внутреннюю оболочки, образующие тракт охлаждения, сообщенный через подколлекторное кольцо с коллектором подвода охладителя, размещенным на наружной оболочке, коллектор включает два диаметрально расположенных патрубка и, как минимум, одну поперечную перегородку, установленную на равном угловом удалении от осей патрубков.The task is achieved by the fact that in the nozzle of the chamber of a liquid-propellant jet engine containing the outer and inner shells forming a cooling path communicated through a sub-collector ring with a cooler supply manifold located on the outer shell, the collector includes two diametrically arranged nozzles and at least one transverse a partition installed at an equal angular distance from the axes of the nozzles.

Эта перегородка перекрывает в % 80-90 площади поперечного сечения коллектора с образованием зазора между перегородкой и подколлекторным кольцом.This septum covers in% 80-90 the cross-sectional area of the collector with the formation of a gap between the septum and the collector ring.

Кроме того, сопло камеры жидкостного реактивного двигателя снабжено коллектором отвода охладителя с тремя равнорасположенными по окружности патрубками отвода охладителя.In addition, the nozzle of the liquid-propellant engine chamber is equipped with a cooler outlet manifold with three cooler outlet nozzles equally spaced around the circumference.

На Фиг. 1 схематично представлен общий вид сопла ЖРД.In FIG. 1 schematically shows a General view of the nozzle of the rocket engine.

На Фиг. 2 представлен вид А на сопло.In FIG. 2 shows view A of the nozzle.

На Фиг. 3 показано сечение Б-Б на Фиг. 2.In FIG. 3 shows a section BB in FIG. 2.

На Фиг. 4 показано сечение В-В на Фиг. 2.In FIG. 4 shows a cross-section BB in FIG. 2.

Сопло камеры ЖРД включает оживальные наружную оболочку 1 и оребренную или гофрированную внутреннюю оболочку 2, образующие тракт охлаждения 3. Наружная оболочка 1 выполнена с коллектором подвода охладитель 4 и с коллектором отвода охладителя 5, которые соединены с помощью отверстий 6 и 7 в подколлекторных кольцах 8 и 9 с полостью тракта охлаждения 3. Коллектор 4 содержит два диаметрально расположенных патрубка 10, а коллектор 5 - три патрубка 11. В полости коллектора 4 на равном угловом удалении от осей 12 патрубков установлена поперечная перегородка 13. Перегородка перекрывает на 80-90% площадь поперечного сечения коллектора 4 с образованием зазора 14 между перегородкой 13 и подколлекторным кольцом 8.The nozzle of the rocket engine chamber includes a lively outer shell 1 and a ribbed or corrugated inner shell 2, forming a cooling path 3. The outer shell 1 is made with a cooler supply manifold 4 and a cooler removal manifold 5, which are connected using holes 6 and 7 in the collector rings 8 and 9 with a cavity of the cooling duct 3. The collector 4 contains two diametrically located nozzles 10, and the collector 5 contains three nozzles 11. A transverse partition is installed in the cavity of the collector 4 at an equal angular distance from the axes 12 of the nozzles 13. The baffle covers 80-90% of the cross sectional area of the manifold 4 to form a gap 14 between the baffle 13 and ring 8 sub-header.

В процессе работы охладитель подается через патрубки в полость коллектора 4. Часть его по тракту охлаждения уходит в сторону критического сечения камеры (условно не показано), а другая часть - в сторону коллектора 5 на патрубки 11.In the process, the cooler is fed through the nozzles into the cavity of the collector 4. Part of it goes along the cooling path towards the critical section of the chamber (not shown conditionally), and the other part goes towards the collector 5 to the nozzles 11.

Наличие перегородки 13 в полости коллектора 4 ограничивает беспорядочное вихревое течение охладителя в окружном направлении с потерей полного давления и обеспечивает равномерность раздачи охладителя по каналам тракта охлаждения. В частности, на крупногабаритных камерах возможно получение надежности путем снижения неравномерности температур охладителя в каналах охлаждения порядка 80-100 C° и снижения потерь полного давления в коллекторе на 40-50%. Наличие зазора между перегородкой и подколлекторным кольцом гарантирует отсутствие возможных скоплений загрязнений и выравнивание давлений охладителя в полостях коллектора.The presence of a partition 13 in the cavity of the collector 4 limits the random eddy flow of the cooler in the circumferential direction with the loss of full pressure and ensures uniform distribution of the cooler along the channels of the cooling path. In particular, on large-sized chambers it is possible to obtain reliability by reducing the unevenness of the temperature of the cooler in the cooling channels of about 80-100 C ° and reducing the total pressure loss in the manifold by 40-50%. The presence of a gap between the partition and the sub-collector ring ensures that there are no possible accumulations of contaminants and equalization of the pressure of the cooler in the collector cavities.

Установка на коллекторе 5 трех патрубков 11 обеспечивает более равномерные расходы охладителя по каналам охлаждения и уменьшение поперечного сечения коллектора.Installation on the manifold 5 of three nozzles 11 provides a more uniform flow rate of the cooler along the cooling channels and a decrease in the cross section of the collector.

Возможное выполнение коллектора 4 с двумя противоположно расположенными перегородками 13 позволяет получить дополнительный положительный эффект по выравниванию и стабилизации температурных полей поверхности сопла, что обеспечивает надежность в работе сопла, увеличивает ресурс работы ЖРД.The possible implementation of the collector 4 with two oppositely located partitions 13 allows you to get an additional positive effect on the alignment and stabilization of the temperature fields of the surface of the nozzle, which ensures reliability in the operation of the nozzle, increases the life of the rocket engine.

Claims

1. The nozzle of the chamber of a liquid-propellant jet engine comprising an outer and inner shell forming a cooling path communicated through a sub-collector ring with a cooler supply manifold located on the outer shell, characterized in that the manifold includes two diametrically arranged nozzles and at least one transverse partition mounted at an equal angular distance from the axes of the nozzles.

2. The nozzle of the chamber of a liquid-propellant jet engine according to claim 1, characterized in that the septum covers in% 80-90 the cross-sectional area of the collector with the formation of a gap between the septum and the collector ring.

3. The nozzle of the liquid-propellant engine chamber according to claim 1 or 2, characterized in that it is equipped with a cooler outlet manifold with three cooler outlet nozzles equally spaced around the circumference.