RU2646278C1 - Stand for altitude tests of rocket engines - Google Patents
Stand for altitude tests of rocket engines Download PDFInfo
- Publication number
- RU2646278C1 RU2646278C1 RU2017115633A RU2017115633A RU2646278C1 RU 2646278 C1 RU2646278 C1 RU 2646278C1 RU 2017115633 A RU2017115633 A RU 2017115633A RU 2017115633 A RU2017115633 A RU 2017115633A RU 2646278 C1 RU2646278 C1 RU 2646278C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- exhaust diffuser
- cooling system
- working fluid
- section
- outlet
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02K—JET-PROPULSION PLANTS
- F02K9/00—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof
- F02K9/96—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof characterised by specially adapted arrangements for testing or measuring
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01M15/00—Testing of engines
- G01M15/14—Testing gas-turbine engines or jet-propulsion engines
Landscapes
- Testing Of Engines (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к ракетной технике, а именно к стендовому оборудованию, применяемому при огневых стендовых испытаниях ракетных двигателей с имитацией высотных условий.The invention relates to rocket technology, namely to bench equipment used in firing bench tests of rocket engines with simulated high-altitude conditions.
Для имитации высотных условий при испытаниях ракетных двигателей широко применяются стенды с выхлопными диффузорами, которые также называют газодинамическими трубами.To simulate high-altitude conditions when testing rocket engines, stands with exhaust diffusers, which are also called gas-dynamic pipes, are widely used.
Известен стенд, использующий охлаждающий тракт, представляющий собой кольцевое пространство между наружной оболочкой и внутренней стенкой диффузора (Лорен И. Буллингер, Мартин Голдсмит, Алексис В. Леммон. Исследование ракетных двигателей на жидком топливе. Перевод с английского под ред. В.А. Ильинского. М.: Издательство МИР, 1964. Стр. 45, фиг. 27). Вода для охлаждения подается в каждый тракт через четыре сопла с обоих концов секции выхлопного диффузора и отводится через одно выпускное отверстие, расположенное в верхней части посередине секции.A well-known stand using a cooling duct, which is an annular space between the outer shell and the inner wall of the diffuser (Loren I. Bullinger, Martin Goldsmith, Alexis V. Lemmon. Study of rocket engines using liquid fuel. Translated from English under the editorship of V.A. Ilyinsky M.: MIR Publishing House, 1964. P. 45, Fig. 27). Water for cooling is supplied to each path through four nozzles from both ends of the exhaust diffuser section and is discharged through one outlet located in the upper part in the middle of the section.
Недостатком данного стенда является громоздкая и конструктивно сложная трубопроводная система подачи и отвода воды, которая к тому же не обеспечивает равномерного охлаждения огневой стенки.The disadvantage of this stand is the bulky and structurally complex pipeline system for supplying and discharging water, which also does not provide uniform cooling of the fire wall.
Известен стенд, использующий проточную систему охлаждения, где канал охлаждающего тракта образован внутренним пространством между внутренней и наружной стенками (Центр испытаний ракетных двигателей в Носиро (Япония): Обзор // Вопросы Ракетной Техники. 1974. №9. Стр. 67-70, фиг. 4). Внутри тракта охлаждения протекает вода, которая поступает и отводится через входные и выходные отверстия, расположенные в нижней части диффузора.A well-known stand using a flow cooling system, where the channel of the cooling path is formed by the internal space between the inner and outer walls (Rocket Engine Test Center in Noshiro (Japan): Overview // Rocket Technology Issues. 1974. No. 9. P. 67-70, fig. . four). Water flows inside the cooling duct, which enters and is discharged through inlet and outlet openings located in the lower part of the diffuser.
Недостатком данного стенда является неравномерное течение в охлаждающем тракте, что приводит к ухудшению теплосъема с горячей стенки и вынуждает значительно увеличивать расход воды для обеспечения работоспособности конструкции. Также к недостатку данного стенда относится конструкция отвода воды из выходной секции системы охлаждения, где рабочая жидкость отводится либо через трубопроводную систему, которая влечет за собой усложнение конструкции, либо в атмосферу, не выполняя при этом никакой полезной функции.The disadvantage of this stand is the uneven flow in the cooling tract, which leads to a deterioration in heat removal from the hot wall and forces a significant increase in water flow to ensure the operability of the structure. Another disadvantage of this stand is the design of water drainage from the outlet section of the cooling system, where the working fluid is discharged either through a piping system, which entails a complication of the design, or into the atmosphere, without performing any useful function.
Известен стенд для высотных испытаний ракетных двигателей, содержащий барокамеру и выхлопной диффузор, цилиндрическая секция которого включает две торцевые, внешнюю и внутреннюю стенки, образующие кольцевое пространство рубашечной системы охлаждения (Центр испытаний ракетных двигателей в Носиро (Япония): Обзор // Вопросы Ракетной Техники. 1974. №9. Стр. 67-70, фиг. 8; прототип). Внутри тракта охлаждения протекает вода, которая циркулирует через входное (расположенное в нижней части выхлопного диффузора) и выходное (расположенное в верхней части выхлопного диффузора) отверстия водяной системы охлаждения.A well-known bench for high-altitude testing of rocket engines containing a pressure chamber and an exhaust diffuser, the cylindrical section of which includes two end walls, an external and an internal wall, forming the annular space of the jacketed cooling system (Rocket Engine Test Center in Noshiro (Japan): Overview // Missile Technology Issues. 1974. No. 9. Pages 67-70, Fig. 8; prototype). Water flows inside the cooling path, which circulates through the inlet (located in the lower part of the exhaust diffuser) and outlet (located in the upper part of the exhaust diffuser) openings of the water cooling system.
Недостатком данного стенда является неравномерное течение и, следовательно, охлаждение в районе выходного коллектора, несмотря на использование спиральных ребер на внутренней стенке. Данный недостаток связан с тем, что вода со всей рубашки охлаждения собирается в одну трубу, что и приводит к неравномерному течению в рубашке охлаждения вблизи выходного коллектора.The disadvantage of this stand is the uneven flow and, therefore, cooling in the area of the outlet manifold, despite the use of spiral ribs on the inner wall. This drawback is due to the fact that water from the entire cooling jacket is collected in one pipe, which leads to an uneven flow in the cooling jacket near the outlet manifold.
Общим недостатком испытательных стендов, использующих способ проточного (рубашечного) охлаждения, является необходимость организовывать отвод или слив рабочей жидкости из системы охлаждения с помощью сети трубопроводов. При организации системы отвода через трубопроводы увеличивается масса и стоимость конструкции, а также возрастает сложность монтажа и демонтажа при проведении испытаний. При организации слива в сторону от выхлопного диффузора рабочая жидкость выходит в окружающую среду, не выполняя никакой полезной функции. Другим недостатком является неравномерное течение в тракте рубашки охлаждения, что, в свою очередь, приводит к неравномерному охлаждению конструкции диффузора. Даже при установленных спиральных ребрах, в зоне близкой, к выходному коллектору, возможно формирование существенного неравномерного течения, ухудшающего теплосъем с охлаждаемой поверхности, что может привести к возникновению зон с пристеночным кипением. С целью ликвидации зон с высокой температурой в рубашечной системе охлаждения увеличивают расход рабочей жидкости, который может на порядок превышать расход топлива.A common disadvantage of test benches using the flow-through (jacket) cooling method is the need to organize the removal or discharge of the working fluid from the cooling system using a network of pipelines. When organizing an exhaust system through pipelines, the mass and cost of the structure increase, as well as the complexity of mounting and dismounting during testing. When organizing the drain to the side of the exhaust diffuser, the working fluid enters the environment without performing any useful function. Another disadvantage is the uneven flow in the path of the cooling jacket, which, in turn, leads to uneven cooling of the diffuser structure. Even with installed spiral ribs, in a zone close to the outlet manifold, it is possible to form a significant non-uniform flow that impairs heat removal from the cooled surface, which can lead to the appearance of zones with near-wall boiling. In order to eliminate areas with high temperature in the jacketed cooling system, the flow rate of the working fluid is increased, which can exceed the fuel consumption by an order of magnitude.
Задачей изобретения является обеспечение равномерного и эффективного охлаждения стенок выходной секции выхлопного диффузора на выходе из рубашечной системы охлаждения без увеличения потребного расхода рабочей жидкости.The objective of the invention is to ensure uniform and effective cooling of the walls of the outlet section of the exhaust diffuser at the outlet of the jacketed cooling system without increasing the required flow rate of the working fluid.
Технический результат заключается в повышении эффективности охлаждения стенок выходной секции выхлопного диффузора на выходе из рубашечной системы охлаждения, за счет организации равномерного течения в рубашечной системе охлаждения и слива рабочей жидкости через заднюю торцевую стенку выходной секции за срез выхлопного диффузора.The technical result consists in increasing the cooling efficiency of the walls of the outlet section of the exhaust diffuser at the outlet of the jacketed cooling system, by organizing a uniform flow in the jacketed cooling system and draining the working fluid through the rear end wall of the outlet section for a section of the exhaust diffuser.
Технический результат достигается тем, что в стенде для высотных испытаний ракетных двигателей, содержащем барокамеру и выхлопной диффузор с выходной секцией, включающей две торцевые, внешнюю и внутреннюю стенки, образующие кольцевое пространство рубашечной системы охлаждения, равномерно по периметру задней торцевой стенки выполнены элементы, обеспечивающие выход рабочей жидкости из рубашечной системы охлаждения за срез выхлопного диффузора. Элементы выхода рабочей жидкости могут быть выполнены в виде отверстий или распылительных форсунок.The technical result is achieved by the fact that in the test bench for rocket engines containing a pressure chamber and an exhaust diffuser with an output section that includes two end walls, an outer and an inner wall, forming the annular space of the jacket cooling system, elements are provided uniformly around the perimeter of the rear end wall that provide an exit working fluid from a jacketed cooling system for a slice of the exhaust diffuser. The elements of the output of the working fluid can be made in the form of holes or spray nozzles.
Равномерное расположение элементов, обеспечивающих выход рабочей жидкости за срез выхлопного диффузора, на задней торцевой стенке выходной секции выхлопного диффузора позволяет организовать равномерное течение в тракте рубашечной системы охлаждения. Данное решение обеспечит лучшее охлаждение внутренней стенки выходной секции выхлопного диффузора при меньшем расходе рабочей жидкости через проточный тракт. Сброс рабочей жидкости в атмосферу за срез выхлопного диффузора дополнительно позволяет добиться обеспечения экологической защиты путем создания охлаждающей завесы из струй рабочей жидкости и ее паров за выхлопным диффузором. К улучшению свойств экологической защиты попутно относится снижение шумовых характеристик от струи продуктов сгорания ракетного двигателя за счет снижения пульсаций мелкомасштабных турбулентных вихрей в струе. Если в качестве рабочей жидкости применять воду, которая чаще всего используется в качестве охладителя, то это позволит также обеспечить осаждение как кислотных остатков из струи продуктов сгорания, так и пылевых частиц.The uniform arrangement of the elements providing the output of the working fluid beyond the exhaust diffuser cut on the rear end wall of the exhaust diffuser outlet section allows for uniform flow in the duct cooling system. This solution will provide better cooling of the inner wall of the outlet section of the exhaust diffuser at a lower flow rate of the working fluid through the flow path. The discharge of the working fluid into the atmosphere through a slice of the exhaust diffuser additionally allows for environmental protection by creating a cooling curtain from the jets of the working fluid and its vapor behind the exhaust diffuser. An improvement in the properties of environmental protection at the same time includes a decrease in the noise characteristics of a jet of combustion products of a rocket engine by reducing the pulsations of small-scale turbulent vortices in the jet. If water is used as the working fluid, which is most often used as a cooler, then this will also ensure the precipitation of both acid residues from the jet of combustion products and dust particles.
Выполнение элементов, обеспечивающих выход рабочей жидкости из рубашечной системы охлаждения за срез выхлопного диффузора в виде распылительных форсунок, равномерно расположенных по периметру задней торцевой стенки, позволяет регулировать направление и угол распыления сливаемой жидкости из рубашечной системы охлаждения. Использование такого подхода повышает эффективность конструкции выходной секции выхлопного диффузора и обеспечивает равномерный теплосъем с горячей стенки при испытании различных ракетных двигателей.The implementation of the elements that ensure the exit of the working fluid from the jacketed cooling system for a slice of the exhaust diffuser in the form of spray nozzles, evenly spaced around the perimeter of the rear end wall, allows you to adjust the direction and spray angle of the drained fluid from the jacketed cooling system. Using this approach improves the design efficiency of the outlet section of the exhaust diffuser and ensures uniform heat removal from the hot wall when testing various rocket engines.
Выбор конфигурации испытательного стенда и газового тракта выхлопного диффузора напрямую зависит от конструкции сопла и режима работы двигателя. Выхлопной диффузор может содержать различные системы охлаждения, иметь цилиндрический или конические газовые тракты, состоять из нескольких элементов и т.д.The choice of the configuration of the test bench and the gas duct of the exhaust diffuser directly depends on the design of the nozzle and the operating mode of the engine. The exhaust diffuser may contain various cooling systems, have cylindrical or conical gas paths, consist of several elements, etc.
Предлагаемый стенд включает охлаждающий тракт рубашечной системы охлаждения, представляющий собой кольцевое пространство между двумя торцевыми, внутренней и внешней стенками выхлопного диффузора (рубашка охлаждения). На задней торцевой стенке выходной секции выхлопного диффузора выполнены элементы, обеспечивающие выход рабочей жидкости из рубашечной системы охлаждения за срез выхлопного диффузора.The proposed stand includes a cooling duct of the jacketed cooling system, which is an annular space between the two end walls, the inner and outer walls of the exhaust diffuser (cooling jacket). On the rear end wall of the outlet section of the exhaust diffuser, elements are made that provide the outlet of the working fluid from the jacketed cooling system for a slice of the exhaust diffuser.
На фигуре 1 представлен один из вариантов конструкции стенда для высотных испытаний с барокамерой 1 и выхлопным диффузором 2, который содержит входную секцию 3 в виде конфузора с внутренней системой охлаждения 4, центральную цилиндрическую секцию 5 с рубашечной системой охлаждения 6 и выходную коническую секцию 7 с рубашечной системой охлаждения 8.The figure 1 shows one of the design options for the test bench with a
На фигуре 2 представлена схема проточного тракта рубашечной системы охлаждения 8, образованного двумя торцевыми 9 и 10, внешней 11 и внутренней 12 стенками. На задней торцевой стенке 10 расположены элементы выхода рабочей жидкости 13 из рубашечной системы охлаждения 8 за срез выхлопного диффузора 2.The figure 2 presents a diagram of the flow path of the jacketed
На фигуре 3 представлена схема части выходной секции с элементами выхода рабочей жидкости 13, выполненными в виде круглых отверстий 14.The figure 3 presents a diagram of part of the output section with the elements of the output of the
На фигуре 4 представлена схема части выходной секции, где круглые отверстия 14 равномерно расположены по периметру задней торцевой стенки 10.The figure 4 presents a diagram of part of the output section, where
На фигуре 5 представлена схема части выходной секции с элементами выхода рабочей жидкости 13, выполненными в виде форсунок 15, установленных в отверстиях 16.The figure 5 presents a diagram of part of the output section with the elements of the output of the
Работа устройства заключается в следующем. В рубашечную систему охлаждения 8 подается рабочая жидкость, которая перемещается в проточном тракте, обеспечивая охлаждение внутренней стенки 12 выхлопного диффузора 2. Достигая торцевой стенки 10, через элементы 13 рабочая жидкость сбрасывается в атмосферу по направлению течения продуктов сгорания ракетного двигателя с одновременным формированием равномерного течения на выходе из рубашечной системы охлаждения 8. В результате выхода частиц воды за срез выхлопного диффузора в атмосферу, струя продуктов сгорания, выходящая из выхлопного диффузора, увлекает эти частицы за собой. По мере увлечения частиц воды протекает процесс парообразования, а также формирования парогазовой смеси вокруг струи продуктов сгорания. Данные процессы препятствуют распространению вредных веществ, содержащихся в продуктах сгорания, в атмосферу, понижают температуру струи продуктов сгорания и обеспечивают снижение ее шумовых характеристик за выхлопным диффузором 2.The operation of the device is as follows. In the jacketed
Предлагаемый стенд обеспечивает высокоэффективное охлаждение стенок выходной секции за счет формирования равномерного течения рабочей жидкости вдоль горячей стенки выхлопного диффузора рубашечной системы охлаждения. Другим положительным эффектом является экологическая защита, которая обеспечивается за счет орошения струи продуктов сгорания ракетного двигателя за срезом выхлопного диффузора рабочей жидкостью из системы рубашечного охлаждения. Дополнительно облегчается сборка и эксплуатация стенда путем исключения сложной трубопроводной системы, которая используется для отвода воды.The proposed stand provides highly efficient cooling of the walls of the outlet section due to the formation of a uniform flow of the working fluid along the hot wall of the exhaust diffuser of the jacket cooling system. Another positive effect is environmental protection, which is ensured by irrigation of a jet of combustion products of a rocket engine behind a cut of the exhaust diffuser by working fluid from a jacketed cooling system. The assembly and operation of the stand is further facilitated by eliminating the complex piping system that is used to drain water.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017115633A RU2646278C1 (en) | 2017-05-03 | 2017-05-03 | Stand for altitude tests of rocket engines |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017115633A RU2646278C1 (en) | 2017-05-03 | 2017-05-03 | Stand for altitude tests of rocket engines |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2646278C1 true RU2646278C1 (en) | 2018-03-02 |
Family
ID=61568482
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017115633A RU2646278C1 (en) | 2017-05-03 | 2017-05-03 | Stand for altitude tests of rocket engines |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2646278C1 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2008643C1 (en) * | 1991-06-28 | 1994-02-28 | Научно-производственное объединение энергетического машиностроения им.акад.В.Л.Глушко | Test facility for power units |
US5619851A (en) * | 1989-02-08 | 1997-04-15 | United Technologies Corporation | Rocket nozzle for a rocket engine |
RU2173840C1 (en) * | 2000-05-10 | 2001-09-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Пермский завод им. С.М. Кирова" | Device for delivering liquid into gas-liquid ejector of rocket engine test stand |
RU2397352C1 (en) * | 2009-02-16 | 2010-08-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт полимерных материалов" | Water supply device in section of combustion products containment and cooling chamber for solid propellant rocket engine charge liquidation |
RU2513063C1 (en) * | 2013-02-21 | 2014-04-20 | Открытое акционерное общество Научно-производственное объединение "Искра" | Test bench for rocket engines with thin-wall nozzles |
-
2017
- 2017-05-03 RU RU2017115633A patent/RU2646278C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5619851A (en) * | 1989-02-08 | 1997-04-15 | United Technologies Corporation | Rocket nozzle for a rocket engine |
RU2008643C1 (en) * | 1991-06-28 | 1994-02-28 | Научно-производственное объединение энергетического машиностроения им.акад.В.Л.Глушко | Test facility for power units |
RU2173840C1 (en) * | 2000-05-10 | 2001-09-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Пермский завод им. С.М. Кирова" | Device for delivering liquid into gas-liquid ejector of rocket engine test stand |
RU2397352C1 (en) * | 2009-02-16 | 2010-08-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт полимерных материалов" | Water supply device in section of combustion products containment and cooling chamber for solid propellant rocket engine charge liquidation |
RU2513063C1 (en) * | 2013-02-21 | 2014-04-20 | Открытое акционерное общество Научно-производственное объединение "Искра" | Test bench for rocket engines with thin-wall nozzles |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US3899923A (en) | Test process and apparatus for treatment of jet engine exhaust | |
JP6739920B2 (en) | Inlet bleed heating manifold including acoustically treated feed pipe | |
RU2015109448A (en) | COMBUSTION CAMERA WITH A COOLING HEAT PIPE | |
US3684054A (en) | Jet engine exhaust augmentation unit | |
RU2646278C1 (en) | Stand for altitude tests of rocket engines | |
SU498915A3 (en) | Device for cooling diesel | |
RU2017104860A (en) | Sound-absorbing nozzles for heat input systems | |
Ye et al. | Spray cooling for high temperature of exhaust gas using a nozzle array in a confined space: Analytical and empirical predictions on cooling capacity | |
SU1123549A3 (en) | Boiler muffler | |
US2974744A (en) | Silencer | |
RU2622588C1 (en) | Testing bench for gas generators of turbojet bypass engines | |
RU193769U1 (en) | Protective camouflage screen for combined cooling of thermal radiation of heated parts of a large-sized land mobile power unit | |
RU2618986C1 (en) | Stand for high-rise test of solid fuel rocket engines | |
US20200240364A1 (en) | Apparatus for desuperheating high temperature, high velocity steam | |
RU2349787C1 (en) | Bench for firing tests of liquid-propellant rocket engines | |
RU2823829C1 (en) | Device for removal and cooling of exhaust gases of railway vehicle | |
RU136547U1 (en) | HEAT EXCHANGE DEVICE | |
RU182948U1 (en) | Conical cooling shirt | |
Kozlova et al. | Numerical modeling of flow mixing and cooling processes in a perforated exhaust duct | |
HRP20180156T1 (en) | Process and reactor for conditioning a gas stream from a gasifier, thermal cracking of tars and steam reforming | |
RU2010134691A (en) | AIR CONDITIONING SYSTEM WITH COMBINED INDIRECT COOLING | |
RU2821680C1 (en) | Gas turbine engine annular combustion chamber diffuser | |
CN115931367B (en) | A gas washs cooling and hinders and explodes device for high altitude analogue test | |
SU945477A1 (en) | Apparatus for generating precipitations | |
RU2149319C1 (en) | Hot water boiler |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200504 |