RU2572261C2 - Low-thrust liquid-propellant rocket engine combustion chamber - Google Patents
Low-thrust liquid-propellant rocket engine combustion chamber Download PDFInfo
- Publication number
- RU2572261C2 RU2572261C2 RU2013125262/06A RU2013125262A RU2572261C2 RU 2572261 C2 RU2572261 C2 RU 2572261C2 RU 2013125262/06 A RU2013125262/06 A RU 2013125262/06A RU 2013125262 A RU2013125262 A RU 2013125262A RU 2572261 C2 RU2572261 C2 RU 2572261C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- component
- directed
- manifold
- fuel
- deflector
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Testing Of Engines (AREA)
- Nozzles For Spraying Of Liquid Fuel (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к ракетной технике, а более конкретно - к организации смесеобразования и горения в камере сгорания жидкостного ракетного двигателя малой и особо малой тяги.The invention relates to rocket technology, and more specifically to the organization of mixture formation and combustion in the combustion chamber of a liquid rocket engine of small and especially low thrust.
Известна схема смесеобразования (М.В. Добровольский, «Жидкостные ракетные двигатели. Основы проектирования», Москва, издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2005, стр.93, рис.3.12 в), где оси струйных форсунок направлены на смесительный экран (дефлектор).The known mixture formation scheme (MV Dobrovolsky, “Liquid rocket engines. Design basis”, Moscow, MSTU named after NE Bauman, 2005, p. 93, Fig. 3.12 c), where the axis of the jet nozzles are directed to the mixing screen (deflector).
Основным недостатком приведенной схемы смесеобразования (когда струи окислителя и горючего попадают на поверхность дефлектора не под прямым углом к этой поверхности) являются растекание струй по поверхности экрана в виде пелен, поверхность жидкофазного контакта которых существенно меньше, чем у капель. При этом образующиеся в результате химических реакций газофазные промежуточные продукты образуют газовую прослойку, которая разделяет пелены окислителя и горючего. Оставшиеся непрореагировавшими слои окислителя и горючего снижают полноту перемешивания топлива и, как результат - снижается полнота сгорания. Эта схема смесеобразования не позволяет распылить струи на мелкие капли даже при больших скоростях столкновения струи с экраном порядка 30 м/с и более.The main drawback of the above mixture formation scheme (when the oxidizer and fuel jets do not reach the deflector surface at a right angle to this surface) are the jets spreading over the screen surface in the form of blankets, the surface of the liquid-phase contact of which is substantially smaller than that of droplets. In this case, gas-phase intermediates formed as a result of chemical reactions form a gas layer that separates the oxidant and fuel shroud. The remaining unreacted layers of oxidizer and fuel reduce the completeness of mixing of the fuel and, as a result, the completeness of combustion is reduced. This mixture formation scheme does not allow spraying jets into small droplets even at high collision speeds between jets and a screen of the order of 30 m / s and more.
Известна также камера сгорания жидкостного ракетного двигателя малой тяги (Статья Ю.И. Агеенко «Исследование параметров смесеобразования и методический подход к расчетам и проектированию ЖРДМТ со струйно-центробежной схемой смешения компонентов AT и НДМГ на стенке камеры сгорания», Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета, №3 (19), 2009, стр.171-177).The combustion chamber of a liquid propellant small thrust engine is also known (Article by Yu.I. Ageenko “Study of mixing parameters and a methodological approach to calculating and designing liquid propellant rocket engines with a jet-centrifugal mixing circuit of AT and UDMH components on the wall of the combustion chamber”, Bulletin of Samara State Aerospace University, No. 3 (19), 2009, pp. 171-177).
Известная камера сгорания жидкостного ракетного двигателя малой тяги состоит из камеры, корпуса смесительной головки с каналами подачи компонентов топлива и коллектором первого из компонентов топлива с форсунками для пленочного охлаждения стенок камеры, направленными на кольцевой конический дефлектор, и коллектором второго компонента, сообщенного с форсунками центрального смесителя. Центральный смеситель представляет собой центробежную форсунку, пелена компонента топлива которой накладывается на пелену первого компонента топлива, растекающегося по стенке камеры. Процессы смесеобразования и воспламенения происходят на стенке камеры.The known combustion chamber of a liquid propellant small thrust engine consists of a chamber, a housing of the mixing head with channels for supplying fuel components and a manifold of the first of the fuel components with nozzles for film cooling of the chamber walls directed to the annular conical deflector, and a manifold of the second component in communication with the nozzles of the central mixer . The central mixer is a centrifugal nozzle, the shroud of the fuel component of which is superimposed on the shroud of the first fuel component spreading over the chamber wall. The processes of mixture formation and ignition occur on the wall of the chamber.
К недостаткам данной камеры сгорания можно отнести совмещение процесса охлаждения стенок камеры и организации смесеобразования и горения на стенке камеры и вблизи нее. И действительно, с учетом неравномерности толщины пелен и жгутов, стекающих с дефлектора на стенку камеры сгорания, и неравномерности распределения по окружности компонента топлива, поступающего на стенку камеры из центробежной форсунки, задача организации качественного смесеобразования и быстрого выхода двигателя на режим номинальной тяги становится трудноосуществимой. Некачественное перемешивание компонентов топлива приводит к снижению полноты сгорания и экономичности двигателя.The disadvantages of this combustion chamber include the combination of the cooling process of the chamber walls and the organization of mixture formation and combustion on and near the chamber wall. Indeed, taking into account the uneven thickness of the shroud and bundles flowing from the deflector to the wall of the combustion chamber, and the uneven distribution of the fuel component around the circumference of the fuel coming to the chamber wall from the centrifugal nozzle, the task of organizing high-quality mixture formation and the engine quickly reaches rated thrust becomes difficult. Poor mixing of fuel components leads to a decrease in the completeness of combustion and engine efficiency.
Задачами изобретения являются повышение экономичности двигателя за счет мелкодисперсного распыливания компонентов топлива и перемешивания их в ядре потока и улучшение динамических характеристик двигателя за счет уменьшения объема заклапанных полостей и увеличения площади контакта компонентов топлива в непосредственной близости от форсуночной головки при сохранении удовлетворительного теплового состояния камеры и форсуночной головки.The objectives of the invention are to increase the efficiency of the engine due to fine atomization of the fuel components and mixing them in the flow core and to improve the dynamic characteristics of the engine by reducing the volume of valve cavities and increasing the contact area of the fuel components in the immediate vicinity of the nozzle head while maintaining a satisfactory thermal state of the chamber and nozzle head .
Решение заключается в том, что в камере сгорания жидкостного ракетного двигателя малой тяги, состоящей из камеры, корпуса смесительной головки с каналами подачи компонентов топлива и коллектором первого из компонентов топлива с форсунками для пленочного охлаждения стенок камеры, направленными на кольцевой конический дефлектор, и коллектора второго компонента, сообщенного с форсунками центрального смесителя, согласно изобретению коллектор первого компонента выполнен в виде кольцевой полости вокруг осевого коллектора второго компонента, а первый ряд форсунок первого компонента направлен радиально на кольцевой конический дефлектор, а центральный смеситель выполнен в виде струйных форсунок, направленных на второй дефлектор, имеющий форму двух сопрягающихся конических поверхностей, на одну из которых направлены перпендикулярно струйные форсунки первого компонента из кольцевого коллектора, а на вторую - перпендикулярно струйные форсунки из осевого коллектора второго компонента топлива. Второй дефлектор может быть выполнен с поверхностью в виде торового сектора, а форсунки направлены перпендикулярно к этой поверхности.The solution lies in the fact that in the combustion chamber of a liquid propellant small thrust rocket engine consisting of a chamber, a housing of the mixing head with fuel component supply channels and a manifold of the first of the fuel components with nozzles for film cooling of the chamber walls directed to an annular conical deflector, and a second component communicated with nozzles of the central mixer, according to the invention, the collector of the first component is made in the form of an annular cavity around the axial collector of the second component nt, and the first row of nozzles of the first component is directed radially at the annular conical deflector, and the central mixer is made in the form of jet nozzles directed to the second deflector, having the form of two mating conical surfaces, one of which is directed perpendicular to the nozzle of the first component from the annular collector, and on the second - perpendicularly jet nozzles from the axial collector of the second fuel component. The second deflector can be made with a surface in the form of a torus sector, and the nozzles are directed perpendicular to this surface.
Такая конструкция камеры сгорания позволяет организовать смесеобразование в ядре потока, что способствует существенному повышению экономичности двигателя и улучшению его динамических характеристик.This design of the combustion chamber allows you to organize a mixture in the core of the stream, which contributes to a significant increase in the efficiency of the engine and improve its dynamic characteristics.
Предлагаемая конструкция поясняется чертежом. На фиг. 1 показан продольный разрез камеры сгорания ЖРДМТ со вторым дефлектором, имеющим конические поверхности; на фиг. 2 - продольный разрез смесительной головки с дефлектором в виде поверхности торового сектора.The proposed design is illustrated in the drawing. In FIG. 1 shows a longitudinal section through a combustion chamber of a liquid fuel rail engine with a second deflector having conical surfaces; in FIG. 2 is a longitudinal section through a mixing head with a deflector in the form of a torus sector surface.
Камера сгорания ЖРДМТ состоит из корпуса форсуночной головки 1, кольцевого коллектора 2 окислителя, первого кольцевого конического дефлектора 3, камеры 4, центрального распылителя 5 с форсунками окислителя 6, исходящими из коллектора 2 окислителя, и форсунками горючего 7, исходящими из коллектора горючего 8, второго кольцевого дефлектора 9 с сопряженными коническими поверхностями 10 и 11 или с поверхностью торового сектора 12 (фиг. 2). Форсунки окислителя 13 направлены на первый конический дефлектор 3 и служат для организации пленочного охлаждения стенки камеры 4. Окислитель поступает в коллектор окислителя 2 по подводящему каналу 14, а горючее - в коллектор 8 по подводящему каналу 15.The LHDM combustion chamber consists of the body of the
Камера сгорания работает следующим образом. Окислитель через подводящий канал 14, выполненный в корпусе форсуночной головки 1, поступает в кольцевой коллектор 2 окислителя, где разделяется на две части: одна часть через струйные форсунки 13 поступает в виде струй на коническую кольцевую поверхность первого дефлектора 3, на которой струи растекаются, преобразуясь в пелену; пелена, стекая с кромки кольцевого дефлектора 3, попадает на внутреннюю поверхность камеры 4 и охлаждает ее; другая часть окислителя через струйные форсунки 6 центрального распылителя 5 в виде струй по нормали к конической поверхности 11 ударяется об эту поверхность и распыляется в виде тумана. Дисперсность распыленных струй зависит от скорости: чем больше скорость струи, тем меньше размер капель.The combustion chamber operates as follows. The oxidizing agent through the
Горючее поступает через подводящий канал 15 в коллектор горючего 8 центрального распылителя 5 и через струйные форсунки 7 в виде струй по нормали к конической поверхности 10 дефлектора 9. Ударяясь о поверхность дефлектора, струи распыляются в виде тумана. Конические поверхности 10 и 11 обращены к центру камеры сгорания и имеют тупой внутренний угол сопряжения. Точки соударения пары струй окислителя и горючего располагаются вблизи друг от друга, но на разных конических поверхностях дефлектора 9. За счет такой формы дефлектора отраженные от поверхности и распыленные в виде тумана потоки капель окислителя и горючего пересекаются и проникают один в другой, обеспечивая качественное и быстрое перемешивание компонентов топлива. Распыленные в виде тумана окислитель и горючее образуют развитые поверхности столкновения мелких капель. Происходит жидкофазное перемешивание столкнувшихся капель компонентов топлива с образованием жидкофазных промежуточных продуктов, повышением температуры промежуточных продуктов и образованием парогаза, в результате чего образуются очаги пламени и продукты сгорания. Вихревые токи вблизи дефлектора 9 способствуют выравниванию состава газов, что, в свою очередь, приводит к выравниванию распределения соотношения компонентов топлива по сечению камеры сгорания.The fuel enters through the
Результирующий поток каждой пары перемешиваемых распыленных струй направлен к центру камеры, в результате чего происходит столкновение этих потоков и вторичное перемешивание, что ведет к увеличению полноты сгорания.The resulting stream of each pair of mixed spray jets is directed towards the center of the chamber, as a result of which there is a collision of these flows and secondary mixing, which leads to an increase in the completeness of combustion.
На дефлекторе с отражающей поверхностью в виде торового сектора 12 (фиг.2) происходят процессы, аналогичные описанным выше, но концентрация потоков распыленных окислителя и горючего возрастает, а значит, возрастает интенсивность перемешивания и жидкофазные предпламенные процессы протекают быстрее, что, помимо увеличения полноты сгорания, должно привести к улучшению динамических характеристик двигателя.On a deflector with a reflecting surface in the form of a torus sector 12 (Fig. 2), processes similar to those described above occur, but the concentration of the streams of atomized oxidizer and fuel increases, which means that the mixing intensity increases and liquid-phase pre-flame processes proceed faster, which, in addition to increasing the completeness of combustion should lead to an improvement in the dynamic characteristics of the engine.
Положительными качествами заявляемой конструкции являются:The positive qualities of the claimed design are:
- организация смесеобразования в ядре потока, позволяющая получить равномерное по сечению камеры распределение соотношения компонентов топлива, которое, в свою очередь, способствует равномерному распределению температуры продуктов сгорания по сечению камеры и совместно с организованным охлаждением стенок камеры и сопла обеспечивает удовлетворительное тепловое состояние и высокую экономичность двигателя;- organization of mixture formation in the flow core, which allows to obtain a uniform distribution of the ratio of fuel components over the chamber cross section, which, in turn, contributes to a uniform distribution of the temperature of the combustion products over the chamber cross section and, together with the organized cooling of the chamber and nozzle walls, provides a satisfactory thermal state and high engine efficiency ;
- размещение коллекторов окислителя и горючего в осевой зоне камеры сгорания позволяет существенно уменьшить объемы заклапанных полостей, и как следствие - улучшить динамические характеристики двигателя;- the location of the collectors of the oxidizer and fuel in the axial zone of the combustion chamber can significantly reduce the volume of the valve cavities, and as a result - improve the dynamic characteristics of the engine;
- применение струйных форсунок в конструкции камеры сгорания приводит к значительному улучшению технологичности двигателя.- the use of jet nozzles in the design of the combustion chamber leads to a significant improvement in the adaptability of the engine.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013125262/06A RU2572261C2 (en) | 2013-05-30 | 2013-05-30 | Low-thrust liquid-propellant rocket engine combustion chamber |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013125262/06A RU2572261C2 (en) | 2013-05-30 | 2013-05-30 | Low-thrust liquid-propellant rocket engine combustion chamber |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2013125262A RU2013125262A (en) | 2014-12-10 |
RU2572261C2 true RU2572261C2 (en) | 2016-01-10 |
Family
ID=53381391
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013125262/06A RU2572261C2 (en) | 2013-05-30 | 2013-05-30 | Low-thrust liquid-propellant rocket engine combustion chamber |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2572261C2 (en) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2641785C1 (en) * | 2017-02-07 | 2018-01-22 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва" | Low-thrust rocket engine on gaseous hydrogen and oxygen with jet-type injectors in air cross-flow |
RU2648040C1 (en) * | 2017-02-16 | 2018-03-21 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва" | Gaseous hydrogen and oxygen rocket thruster with preliminary mixing of components in the mixing head unit |
RU2681564C1 (en) * | 2016-07-12 | 2019-03-11 | Акционерное общество "НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ МАШИНОСТРОЕНИЯ" (АО "НИИМаш") | Mixing head of liquid rocket thruster |
RU2685166C2 (en) * | 2016-12-09 | 2019-04-16 | Акционерное общество "НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ МАШИНОСТРОЕНИЯ" (АО "НИИМаш") | Combustion chamber of low-thrust liquid-propellant engine |
RU2702060C1 (en) * | 2019-04-10 | 2019-10-03 | Вячеслав Геннадьевич Певгов | Combustion chamber of liquid-propellant engine with vortex movement of fuel and oxidizer |
RU2724069C1 (en) * | 2019-06-11 | 2020-06-19 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва" | Low-thrust rocket engine on non-self-inflammable liquid fuel and gaseous oxidant |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3790088A (en) * | 1967-08-29 | 1974-02-05 | Us Army | Propellant splash plate having flow directing means |
RU2041375C1 (en) * | 1990-02-28 | 1995-08-09 | Научно-исследовательский институт машиностроения | Combustion chamber for liquid low-thrust rocket engine |
DE102007008942A1 (en) * | 2007-02-21 | 2008-09-04 | Eads Astrium Gmbh | Injection head for the combustion chamber of a rocket engine |
FR2975442A1 (en) * | 2011-05-16 | 2012-11-23 | Snecma | Injector for injecting propellant in combustion chamber of rocket engine, has pipe for injecting propellant into combustion chamber, porous and permeable body received in pipe, and dismountable sleeve forming external wall of pipe |
-
2013
- 2013-05-30 RU RU2013125262/06A patent/RU2572261C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3790088A (en) * | 1967-08-29 | 1974-02-05 | Us Army | Propellant splash plate having flow directing means |
RU2041375C1 (en) * | 1990-02-28 | 1995-08-09 | Научно-исследовательский институт машиностроения | Combustion chamber for liquid low-thrust rocket engine |
DE102007008942A1 (en) * | 2007-02-21 | 2008-09-04 | Eads Astrium Gmbh | Injection head for the combustion chamber of a rocket engine |
FR2975442A1 (en) * | 2011-05-16 | 2012-11-23 | Snecma | Injector for injecting propellant in combustion chamber of rocket engine, has pipe for injecting propellant into combustion chamber, porous and permeable body received in pipe, and dismountable sleeve forming external wall of pipe |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Добровольский М.В. "Жидкостные ракетные двигатели. Основы проектирования", Москва, изд. МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2005, с.93, рис.3.12в. * |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2681564C1 (en) * | 2016-07-12 | 2019-03-11 | Акционерное общество "НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ МАШИНОСТРОЕНИЯ" (АО "НИИМаш") | Mixing head of liquid rocket thruster |
RU2685166C2 (en) * | 2016-12-09 | 2019-04-16 | Акционерное общество "НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ МАШИНОСТРОЕНИЯ" (АО "НИИМаш") | Combustion chamber of low-thrust liquid-propellant engine |
RU2641785C1 (en) * | 2017-02-07 | 2018-01-22 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва" | Low-thrust rocket engine on gaseous hydrogen and oxygen with jet-type injectors in air cross-flow |
RU2648040C1 (en) * | 2017-02-16 | 2018-03-21 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва" | Gaseous hydrogen and oxygen rocket thruster with preliminary mixing of components in the mixing head unit |
RU2702060C1 (en) * | 2019-04-10 | 2019-10-03 | Вячеслав Геннадьевич Певгов | Combustion chamber of liquid-propellant engine with vortex movement of fuel and oxidizer |
RU2724069C1 (en) * | 2019-06-11 | 2020-06-19 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва" | Low-thrust rocket engine on non-self-inflammable liquid fuel and gaseous oxidant |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2013125262A (en) | 2014-12-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2572261C2 (en) | Low-thrust liquid-propellant rocket engine combustion chamber | |
CN110259604B (en) | Pintle injector | |
US9970356B2 (en) | Atomizer, combustion device including atomizer, and gas turbine plant | |
WO2012001802A1 (en) | Fuel injection valve and internal combustion engine | |
CN203570457U (en) | Two-stage mixing type nozzle device | |
US20120138710A1 (en) | Hybrid Variable Area Fuel Injector With Thermal Protection | |
CN106907742B (en) | A kind of fuel feeding blends integrated standing vortex burning chamber head device and its working method | |
JP6491898B2 (en) | Spray nozzle, combustion apparatus using spray nozzle, and gas turbine plant | |
CN113503565B (en) | Contraction and expansion type annular evaporation pipe for micro turbine engine | |
US6351939B1 (en) | Swirling, impinging sheet injector | |
CN109630319B (en) | Active cooling type pintle injector suitable for embedded ignition device | |
US20180283339A1 (en) | Spray targeting and plume shaping for colliding jet atomizer with asymmetrical radial distribution | |
RU2577908C1 (en) | Low-thrust liquid-propellant engine | |
KR102390242B1 (en) | burner nozzle | |
CN114483380B (en) | Small-sized gas generator capable of being started for multiple times | |
RU54102U1 (en) | LOW-THREAD LIQUID ROCKET ENGINE CAMERA | |
RU2558489C2 (en) | Combustion chamber of low-thrust liquid-propellant engine | |
JP2014047698A (en) | Fuel injection valve | |
JP7016739B2 (en) | Gas turbine fuel nozzles and combustors and gas turbines | |
RU2318130C2 (en) | Chamber of low-thrust liquid-propellant rocket engine | |
RU2605496C2 (en) | Mixing head of liquid-propellant engine of especially low thrust | |
RU2191913C2 (en) | Injector assembly | |
CN114877376B (en) | Dual-channel detonation combustion chamber | |
CN114991997B (en) | Body and thrust chamber | |
RU2592948C2 (en) | Combustion chamber of low-thrust liquid-propellant engine |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200531 |