RU2725397C1 - Liquid-propellant rocket engine chamber slit-type mixing head - Google Patents

Liquid-propellant rocket engine chamber slit-type mixing head Download PDF

Info

Publication number
RU2725397C1
RU2725397C1 RU2019127217A RU2019127217A RU2725397C1 RU 2725397 C1 RU2725397 C1 RU 2725397C1 RU 2019127217 A RU2019127217 A RU 2019127217A RU 2019127217 A RU2019127217 A RU 2019127217A RU 2725397 C1 RU2725397 C1 RU 2725397C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
liquid
chamber
mixing head
holes
rings
Prior art date
Application number
RU2019127217A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Виктор Дмитриевич Горохов
Сергей Петрович Хрисанфов
Original Assignee
Акционерное общество "Конструкторское бюро химавтоматики"
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 Акционерное общество "Конструкторское бюро химавтоматики" filed Critical Акционерное общество "Конструкторское бюро химавтоматики"
Priority to RU2019127217A priority Critical patent/RU2725397C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2725397C1 publication Critical patent/RU2725397C1/en

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02KJET-PROPULSION PLANTS
    • F02K9/00Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof
    • F02K9/42Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof using liquid or gaseous propellants
    • F02K9/44Feeding propellants
    • F02K9/52Injectors

Abstract

FIELD: engine building.SUBSTANCE: invention relates to liquid-propellant rocket engines. In liquid-rocket engine chamber mixing head containing outer bottom, housing with rings installed in it with cooling channel and holes for liquid component supply, gaps between which form the gaseous component supply ring channels, the fuel starting nozzle, according to invention end face of rings with cooling channels and holes for supply of liquid component is made in form of wave surface (for example, sinusoid) with magnitude of amplitude of 0.1–0.3 of diameter of cylindrical part of chamber.EFFECT: invention provides higher reliability of engine operation, eliminating occurrence of high-frequency pressure fluctuations in the chamber.1 cl, 2 dwg

Description

При разработке жидкостного ракетного двигателя предъявляются предельно высокие требования по экономичности и надежности работы. Для обеспечения высокой экономичности двигателя приходится решать вопрос по реализации устойчивости процесса горения и принятию мер по устранению высокочастотных колебаний давления в камере. Одним из основных элементов, влияющих на экономичность, надежность и устойчивость рабочего процесса в камере является смесительная головка.When developing a liquid-propellant rocket engine, extremely high demands are placed on efficiency and reliability. To ensure high engine efficiency, it is necessary to solve the problem of implementing the stability of the combustion process and taking measures to eliminate high-frequency pressure fluctuations in the chamber. One of the main elements that affect the economy, reliability and stability of the working process in the chamber is the mixing head.

Известны конструкции смесительных головок, в которых используются различные мероприятия, которые позволяют обеспечить устойчивость рабочего процесса за счет разделения полости, расположенной у огневого днища на изолированные сектора. Это может быть реализовано за счет выдвижения части форсунок в полость камеры сгорания или установки специальных перегородок.Known designs of mixing heads, which use various measures that allow for the stability of the working process by dividing the cavity located at the firing plate into isolated sectors. This can be realized by extending part of the nozzles into the cavity of the combustion chamber or by installing special partitions.

Известна конструкция смесительной головки, изложенная в заявке №2007142008/ от 15.11.2004 г., патент RU 23445287 С1, в которой для устранения высокочастотных колебаний используются антипульсационные перегородки, расположенные на огневом днище головки.The known design of the mixing head described in application No. 2007142008 / dated 15.11.2004, patent RU 23445287 C1, in which anti-pulsation partitions located on the firing bottom of the head are used to eliminate high-frequency vibrations.

Недостатком данной конструкции является расположение периферийного ряда форсунок около внутренней стенки камеры. Компоненты топлива, вытекая из периферийных форсунок, превращаются, в продуты сгорания в виде газовых струй, которые натекают на внутреннюю стенку камеры. В результате взаимодействия газовых струй с внутренней стенкой камеры, реализуются от торца смесительной головки на стенке камеры напротив периферийных форсунок зоны с повышенным соотношением компонентов топлива, т.е. с повышенной температурой горячих газов в этих зонах. При длительных испытаниях в этих зонах могут появиться трещины, пролизы и даже прогары.The disadvantage of this design is the location of the peripheral row of nozzles near the inner wall of the chamber. The fuel components, flowing out of the peripheral nozzles, turn into combustion products in the form of gas jets that leak onto the inner wall of the chamber. As a result of the interaction of gas jets with the inner wall of the chamber, they are realized from the end of the mixing head on the wall of the chamber opposite to the peripheral nozzles of the zone with an increased ratio of fuel components, i.e. with increased temperature of hot gases in these areas. During prolonged testing, cracks, proliferations and even burnouts may appear in these areas.

Известна конструкция смесительной головки, изложенная в заявке №99124002/06 от 15.11.1999 г., патент RU 2170841 С1, принимается за прототип, содержащая корпус с днищем и установленные в них втулки, зазоры между которыми образуют кольцевые каналы подвода жидкого и газообразного компонента.The known design of the mixing head, described in application No. 99124002/06 of 11/15/1999, patent RU 2170841 C1, is taken as a prototype comprising a housing with a bottom and bushings installed in them, the gaps between which form the annular channels for supplying a liquid and gaseous component.

Данная конструкция позволяет обеспечить высокую экономичность, повысить надежность работы внутренней стенки камеры за счет расположения у стенки вместо периферийных форсунок равномерного кольцевого канала с компонентами топлива окислителя и горючего. Однако, конструкция этой головки не позволяет реализовать эффективные мероприятия по борьбе с высокочастотными колебаниями с выдвижением ряда форсунок в виде креста в камеру или установки у огневого днища антипульсационных перегородок, разделяющих полость у огневого днища на изолированные сектора.This design allows you to provide high efficiency, increase the reliability of the inner wall of the chamber due to the location at the wall instead of peripheral nozzles of a uniform annular channel with the components of the oxidizer and fuel. However, the design of this head does not allow the implementation of effective measures to combat high-frequency vibrations with the extension of a number of nozzles in the form of a cross into the chamber or installation of anti-pulsation partitions at the fire bottom dividing the cavity at the fire bottom into isolated sectors.

Длина этих перегородок должна составлять не менее 0,1 от диаметра цилиндрической части камеры. Отсутствие специальных мер по борьбе с высокочастотными колебаниями, как правило, приводит к выгоранию смесительной головки, т.е. к аварийной работе двигателя.The length of these partitions should be at least 0.1 of the diameter of the cylindrical part of the chamber. The absence of special measures to combat high-frequency oscillations, as a rule, leads to burnout of the mixing head, i.e. to emergency engine operation.

Предлагаемое изобретение решает техническую задачу по реализации высоких энергетических характеристик жидкостных ракетных двигателей и обеспечивает надежную работу, устраняя возможность появления высокочастотных колебаний давления в камере, в целом устраняет указанные недостатки прототипа.The present invention solves the technical problem of realizing the high energy characteristics of liquid rocket engines and ensures reliable operation, eliminating the possibility of high-frequency pressure fluctuations in the chamber, generally eliminating these disadvantages of the prototype.

Поставленная техническая задача решается тем, что в щелевой смесительной головке камеры жидкостного ракетного двигателя, содержащей наружное днище, корпус с установленными в нем кольцами с трактом охлаждения и отверстиями для подачи жидкого компонента, зазоры между которыми образуют кольцевые каналы подвода газообразного компонента, пусковую форсунку горючего, согласно изложению, торцевая часть колец с трактами охлаждения и отверстиями для подачи жидкого компонента выполнена в виде волновой поверхности (например, синусоиды) с величиной амплитуды ~ 0,1÷0,3 диаметра цилиндрической части камеры.The stated technical problem is solved in that in the slotted mixing head of the chamber of a liquid propellant rocket engine containing an outer bottom, a housing with rings installed therein with a cooling path and holes for supplying a liquid component, gaps between which form annular channels for supplying a gaseous component, a fuel starting nozzle, according to the presentation, the end part of the rings with cooling paths and holes for supplying the liquid component is made in the form of a wave surface (for example, a sinusoid) with an amplitude of ~ 0.1 ÷ 0.3 of the diameter of the cylindrical part of the chamber.

Такое выполнение щелевой смесительной головки камеры позволяет реализовать следующие процессы:This embodiment of the slotted mixing head of the camera allows you to implement the following processes:

1. Смешение, испарение и сгорание компонентов топлива происходит не в плоском объеме у смесительной головки, а в увеличенном объеме в виде цилиндра на величину примерно 0,1÷0,3 диаметра цилиндрической части камеры;1. Mixing, evaporation and combustion of fuel components does not occur in a flat volume at the mixing head, but in an increased volume in the form of a cylinder by a value of about 0.1 ÷ 0.3 of the diameter of the cylindrical part of the chamber;

2. Сгорание компонентов в переменном по длине объеме устраняет возможность появления высокочастотных колебаний.2. The combustion of components in a volume that is variable in length eliminates the possibility of high-frequency oscillations.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется схемой, показанной на фиг. 1. и фиг. 2.The essence of the invention is illustrated by the circuit shown in FIG. 1. and FIG. 2.

На фиг. 1 показаны конструкция щелевой смесительной головки, где:In FIG. 1 shows the construction of a slotted mixing head, where:

1. Коллектор подвода жидкого компонента топлива;1. A collector for supplying a liquid component of fuel;

2. Полость подвода газообразного компонента топлива;2. The supply cavity of the gaseous component of the fuel;

3. Наружное днище;3. The outer bottom;

4. Втулка;4. The sleeve;

5. Тракт охлаждения;5. The cooling circuit;

6. Кольцо;6. Ring;

7. Отверстие;7. The hole;

8. Кольцевая газовая полость;8. The annular gas cavity;

9. Дозирующие отверстия газового компонента топлива;9. Dosing holes of the gas component of the fuel;

10. Пусковая форсунка.10. Starting nozzle.

На фиг. 2 показан вид на кольцо 6 с боку, где 11 - торцевая волновая поверхность кольца с амплитудой А.In FIG. 2 shows a view of the ring 6 from the side, where 11 is the end wave surface of the ring with amplitude A.

Щелевая смесительная головка работает следующим образом.Slit mixing head works as follows.

В соответствии с циклограммой работы двигателя жидкий компонент топлива поступает в коллектор 1, газообразный компонент во внутреннюю полость 2 наружного днища 3.In accordance with the engine operation sequence diagram, the liquid fuel component enters the manifold 1, the gaseous component into the inner cavity 2 of the outer bottom 3.

Из коллектора 1 по втулкам 4 жидкий компонент распределяется в тракты охлаждения 5 колец 6, а затем через отверстия 7 попадает в кольцевую полость 8.From the collector 1 through the bushings 4, the liquid component is distributed into the cooling ducts 5 of the rings 6, and then through the holes 7 it enters the annular cavity 8.

Газообразный компонент из полости 2 через дозирующие отверстия 9 поступает в кольцевые газовые полости 8.The gaseous component from the cavity 2 through the metering holes 9 enters the annular gas cavity 8.

По соответствующей команде пусковое горючее поступает в пусковую форсунку 10 и происходит воспламенение компонентов топлива.According to the appropriate command, the starting fuel enters the starting nozzle 10 and ignition of the fuel components occurs.

Выполнение колец с торцевой волнообразной поверхностью растягивает по длине камеры фронт горения компонентов топлива, что сказывается на стабилизации горения и повышении надежности работы камеры ЖРД.The execution of rings with an end wave-like surface stretches the combustion front of the fuel components along the length of the chamber, which affects the stabilization of combustion and increased reliability of the LRE chamber.

Таким образом, использование щелевой смесительной головки, в которой кольца с каналами охлаждения и отверстиями для подачи жидкого компонента выполнены с торцевой поверхностью в виде волновой поверхности с величиной амплитуды ~ 0,1÷0,3 диаметра цилиндрической части камеры, обеспечивает устойчивый процесс сгорания компонентов топлива, повышает надежность и позволяет реализовать предельно высокие требования по экономичности двигателя.Thus, the use of a slotted mixing head in which rings with cooling channels and holes for supplying a liquid component are made with an end surface in the form of a wave surface with an amplitude of ~ 0.1 ÷ 0.3 of the diameter of the cylindrical part of the chamber, provides a stable process of combustion of fuel components , increases reliability and allows you to realize extremely high requirements for engine efficiency.

Claims (1)

Щелевая смесительная головка камеры жидкостного ракетного двигателя, содержащая наружное днище, корпус с установленными в нем кольцами с трактом охлаждения и отверстиями для подачи жидкого компонента, зазоры между которыми образуют кольцевые каналы подвода газообразного компонента, пусковую форсунку горючего, отличающаяся тем, что торцевая часть колец с трактами охлаждения и отверстиями для подачи жидкого компонента выполнена в виде волновой поверхности (например, синусоиды) с величиной амплитуды ~ 0,1÷0,3 диаметра цилиндрической части камеры.A slit mixing head of a liquid-propellant engine chamber containing an outer bottom, a housing with rings installed therein with a cooling path and holes for supplying a liquid component, gaps between which form annular channels for supplying a gaseous component, a fuel starting nozzle, characterized in that the end part of the rings with cooling channels and holes for supplying a liquid component is made in the form of a wave surface (for example, a sinusoid) with an amplitude of ~ 0.1 ÷ 0.3 of the diameter of the cylindrical part of the chamber.
RU2019127217A 2019-08-28 2019-08-28 Liquid-propellant rocket engine chamber slit-type mixing head RU2725397C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019127217A RU2725397C1 (en) 2019-08-28 2019-08-28 Liquid-propellant rocket engine chamber slit-type mixing head

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019127217A RU2725397C1 (en) 2019-08-28 2019-08-28 Liquid-propellant rocket engine chamber slit-type mixing head

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2725397C1 true RU2725397C1 (en) 2020-07-02

Family

ID=71509940

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019127217A RU2725397C1 (en) 2019-08-28 2019-08-28 Liquid-propellant rocket engine chamber slit-type mixing head

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2725397C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4707982A (en) * 1981-06-26 1987-11-24 Rockwell International Corporation Thermal regenerative injector
RU2170841C1 (en) * 1999-11-15 2001-07-20 Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П. Королева Liquid-propellant rocket engine combustion chamber mixing head
US7293402B2 (en) * 2003-11-05 2007-11-13 Eads Space Transportation Gmbh Injection head for a liquid-propelled rocket engine
RU2606202C2 (en) * 2014-11-12 2017-01-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" Mixing head of liquid-propellant engine chamber
RU2658160C1 (en) * 2017-04-13 2018-06-19 Акционерное общество "Конструкторское бюро химавтоматики" Lpe combustion chamber mixing head

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4707982A (en) * 1981-06-26 1987-11-24 Rockwell International Corporation Thermal regenerative injector
RU2170841C1 (en) * 1999-11-15 2001-07-20 Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П. Королева Liquid-propellant rocket engine combustion chamber mixing head
US7293402B2 (en) * 2003-11-05 2007-11-13 Eads Space Transportation Gmbh Injection head for a liquid-propelled rocket engine
RU2606202C2 (en) * 2014-11-12 2017-01-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" Mixing head of liquid-propellant engine chamber
RU2658160C1 (en) * 2017-04-13 2018-06-19 Акционерное общество "Конструкторское бюро химавтоматики" Lpe combustion chamber mixing head

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US2417445A (en) Combustion chamber
RU2646950C2 (en) Turbomachine combustion system comprising improved fuel supply circuit
US2679137A (en) Apparatus for burning fuel in a fast moving gas stream
US3748852A (en) Self-stabilizing pressure compensated injector
EP3203050A1 (en) Lean-burn pre-combustion chamber
US20150167544A1 (en) Tuned cavity rotating detonation combustion system
CN105716116B (en) Axial staged mixer for injecting dilution air
US4365477A (en) Combustion apparatus for gas turbine engines
US3675419A (en) Combustion chamber having swirling flow
US10557439B2 (en) Injection device, combustor, and rocket engine with restrictors shaped to amplify predetermined pressure oscillation
RU2698562C1 (en) Combustion chamber and rocket engine
US4121419A (en) Start flame igniter of the combustion chamber of a gas-turbine engine
RU2725397C1 (en) Liquid-propellant rocket engine chamber slit-type mixing head
US3057159A (en) Rocket ignitor
US2715813A (en) Fuel injector and flame holder
RU2700801C1 (en) Slit mixing head of liquid-propellant rocket engine chamber
US4122670A (en) Parallel stage fuel combustion system
RU2587510C1 (en) Gas generator
US11486336B2 (en) Propulsion device for liquid propellant rocket engine
RU2581308C2 (en) Chamber of liquid rocket engine
RU2791357C1 (en) Mixing head of lre combustion chamber
EP3026249A1 (en) Gas generator
RU2623610C1 (en) Hydrogen-oxygen low thrust engine
RU2787433C1 (en) Mixing head of lre combustion chamber
RU2760602C1 (en) Lpe combustion chamber mixing head