RU2744223C1 - Mixing head of chirp chamber, operating according to scheme with afterburning of generator gas - Google Patents

Mixing head of chirp chamber, operating according to scheme with afterburning of generator gas Download PDF

Info

Publication number
RU2744223C1
RU2744223C1 RU2020128194A RU2020128194A RU2744223C1 RU 2744223 C1 RU2744223 C1 RU 2744223C1 RU 2020128194 A RU2020128194 A RU 2020128194A RU 2020128194 A RU2020128194 A RU 2020128194A RU 2744223 C1 RU2744223 C1 RU 2744223C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
pin
nozzle
generator gas
liquid
afterburning
Prior art date
Application number
RU2020128194A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Виктор Дмитриевич Горохов
Николай Иванович Гончарик
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 RU2020128194A priority Critical patent/RU2744223C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2744223C1 publication Critical patent/RU2744223C1/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

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)

Abstract

FIELD: rocket equipment.
SUBSTANCE: invention relates to rocket engineering and can be used in creation of controlled rocket engines. Liquid-propellant chamber of the liquid-propellant engine operating according to the scheme with afterburning of the generator gas contains gas and liquid component supply branch pipes, housing and fire bottom with two-component nozzles fixed between them, according to invention nozzle of generator gas nozzle is made in form of Laval nozzle with annular ribbed inlet part, inside which there is spring-loaded shaped rod with end, which external surface interacts with inner surface of annular rib with inlet part, in rod end there are holes, on inlet side of nozzle into annular ribs inlet part is tightly installed back wall, and in the central part of the pin there is a hole, on the external surface of the butt end of the pin there are labyrinth grooves, the external surface of the butt end of the pin is coated with silver.
EFFECT: invention provides higher thrust impulse, as well as higher reliability of engine operation.
3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области ракетной техники и может быть использовано при создании регулируемых ракетных двигателей.The invention relates to the field of rocketry and can be used to create adjustable rocket engines.

В настоящее время большинство ракетных двигателей для обеспечения высокой экономичности работают по схеме с дожиганием генераторного газа, когда один из компонентов топлива поступает в головку камеры в газообразном виде, а другой - в жидком.At present, most rocket engines operate according to the scheme with generator gas afterburning, in order to ensure high efficiency, when one of the propellant components enters the chamber head in gaseous form, and the other in liquid form.

Одной из основных проблем при создании ЖРД с изменяемой тягой является получение высокого значения удельного импульса на различных режимах работы двигателя. Регулирование тяги в таких двигателях производится изменением расхода компонентов топлива через форсунки смесительной головки. Уменьшение расхода жидкого компонента топлива приводит к квадратичному изменению перепада давления на форсунках, а газообразного - к линейному. При режиме меньше номинального, изменение перепада давления на форсунках приводит к ухудшению условий смесеобразования, уменьшению полноты сгорания топлива и, соответственно, потерям удельного импульса тяги. Кроме этого, на малых режимах работы двигателя, из-за низкого значения перепада давления на форсунках, возникает неустойчивое горение в камере сгорания, что приводит к ее разрушению.One of the main problems in the creation of a variable thrust rocket engine is to obtain a high specific impulse value at various engine operating modes. Traction control in such engines is carried out by changing the consumption of fuel components through the nozzles of the mixing head. A decrease in the consumption of the liquid component of the fuel leads to a quadratic change in the pressure drop across the nozzles, and the gaseous one to a linear one. When the mode is less than the nominal, a change in the pressure drop across the injectors leads to a deterioration in the conditions of mixture formation, a decrease in the completeness of fuel combustion and, accordingly, the loss of specific thrust impulse. In addition, at low engine operating conditions, due to the low pressure drop across the injectors, unstable combustion occurs in the combustion chamber, which leads to its destruction.

Известно много конструкций штифтовых форсунок (например, патент США №US 7.703.274 В2 от 27.04.2010 г. ), наконечник штифтовой форсунки с активным охлаждением (патент США №US 7.503.511 В2 от 27.04.2009 г.), коаксиальная смесительная головка ЖРД (патент США №15.3.699.722 от 24.10.1972 г.), которые позволяют реализовать дросселирование с высокой экономичностью.Many designs of pin nozzles are known (for example, US patent No. US 7.703.274 B2 dated 04/27/2010), the tip of a pin nozzle with active cooling (US patent No. US 7.503.511 B2 dated 04/27/2009), coaxial mixing head LRE (US patent No. 15.3.699.722 dated 10.24.1972), which allow you to implement throttling with high efficiency.

Кроме того, для обеспечения глубокого регулирования по тяге, кроме специальных мероприятий регулирования по жидкой линии, необходимо выполнение специальных мероприятий по газообразной линии.In addition, in order to ensure deep thrust control, in addition to special control measures for the liquid line, it is necessary to perform special measures for the gaseous line.

Но основной недостаток всех этих конструкций - большая сложность, а главное, невозможность их реализации в смесительных головках двигателей ЖРД больших тяг, в головках которых выполняется от 200 до 500 смесительных элементов.But the main drawback of all these designs is their great complexity, and most importantly, the impossibility of their implementation in the mixing heads of large thrust rocket engine engines, in the heads of which there are from 200 to 500 mixing elements.

Известна конструкция устройства для изменения тяги ЖРД, изложенная в патенте США [19], [11], Спенсер [45] (принятая за прототип), в которой осуществляется глубокое регулирование по жидкой и газообразной линиям за счет кинематического взаимодействия двух подвижных втулок и штифта.The known design of a device for changing the thrust of a liquid-propellant engine, set forth in the US patent [19], [11], Spencer [45] (taken as a prototype), in which deep regulation is carried out along the liquid and gaseous lines due to the kinematic interaction of two movable bushings and a pin.

Данная конструкция устройства для изменения тяги имеет существенные недостатки:This design of the device for changing the thrust has significant disadvantages:

- кинематическое взаимодействие подвижных втулок и штифта между собой осуществляется за счет специального привода и зубчатой передачи, что существенно усложняет конструкцию и увеличивает габариты;- the kinematic interaction of the movable bushings and the pin with each other is carried out due to a special drive and gear, which significantly complicates the design and increases the dimensions;

- данное устройство для изменения тяги может быть использовано в камере сгорания в единичном экземпляре, что для двигателя большой тяги приводит к существенному снижению экономичности.- this device for changing the thrust can be used in a single copy in the combustion chamber, which for a high-thrust engine leads to a significant decrease in efficiency.

Поставленная задача достигается тем, что смесительная головка камеры ЖРД, работающего по схеме с дожиганием генераторного газа, содержащая патрубки подвода генераторного газа и жидкого компонента, корпус и огневое днище с закрепленными между ними двухкомпонентными форсунками, согласно изложению:The task is achieved by the fact that the mixing head of the LPRE chamber, operating according to the scheme with the afterburning of the generator gas, containing the nozzles for supplying the generator gas and the liquid component, the body and the fire bottom with two-component nozzles fixed between them, according to the statement:

- полость генераторного газа форсунки выполнена в виде сопла Лаваля с кольцевой с ребрами входной частью, внутри которой установлен подпружиненный профилированный штырь с торцем, наружная поверхность которого взаимодействует с внутренней поверхностью кольцевой с ребрами входной частью, в торце штыря выполнены отверстия, со стороны входа форсунки в кольцевую с ребрами входную часть установлена герметично задняя стенка, а в центральной части штыря выполнено отверстие;- the cavity of the generator gas of the nozzle is made in the form of a Laval nozzle with an annular inlet part with ribs, inside of which a spring-loaded profiled pin with an end is installed, the outer surface of which interacts with the inner surface of the inlet part, annular with ribs, holes are made in the end of the pin, from the inlet side of the nozzle into an annular with ribs inlet part is hermetically installed back wall, and a hole is made in the central part of the pin;

- на наружной поверхности торца штыря выполнены лабиринтные канавки;- labyrinth grooves are made on the outer surface of the end of the pin;

- наружная поверхность торца штыря покрыта серебром.- the outer surface of the end of the pin is coated with silver.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется схемами, изложенными на фиг. 1, 2, 3.The essence of the invention is illustrated by the diagrams shown in FIG. 1, 2, 3.

На фиг. 1 показано положение элементов смесительной головки в исходном положении, где двухкомпонентная форсунка 1 соединена пайкой с корпусом головки 2 и огневым днищем 3. Профилированный штырь 4 поджат пружиной 5 в упор 6 форсунки 1.FIG. 1 shows the position of the elements of the mixing head in the initial position, where the two-component nozzle 1 is soldered to the head body 2 and the fire bottom 3. The profiled pin 4 is pressed by the spring 5 against the stop 6 of the nozzle 1.

7 - минимальное сечение сопла Лаваля;7 - the minimum section of the Laval nozzle;

8 - полость генераторного газа;8 - generator gas cavity;

9 - входная часть сопла Лаваля;9 - inlet part of the Laval nozzle;

10 - отверстия в торце 14 профилированного штыря 4;10 - holes in the end face 14 of the profiled pin 4;

11 - полость штыря 4;11 - cavity of pin 4;

12 - отверстие в профилированном штыре 4;12 - hole in the profiled pin 4;

13 - выходная часть форсунки 1;13 - the outlet part of the nozzle 1;

14 - торец профилированного штыря 4;14 - the end face of the profiled pin 4;

16 - задняя стенка.16 - back wall.

На фиг. 2 показаны:FIG. 2 shows:

9 - входная часть сопла Лаваля;9 - inlet part of the Laval nozzle;

15 - ребра во входной части;15 - ribs in the entrance part;

16 - задняя стенка.16 - back wall.

На фиг. 3 показано положение элементов смесительной головки на номинальном режиме работы, где:FIG. 3 shows the position of the elements of the mixing head at the nominal operating mode, where:

4 - профилированный штырь;4 - profiled pin;

5 - пружина;5 - spring;

7 - минимальное сечение сопла Лаваля;7 - the minimum section of the Laval nozzle;

8 - полость генераторного газа;8 - generator gas cavity;

9 - входная часть сопла Лаваля.9 - inlet part of the Laval nozzle.

Смесительная головка работает следующим образом. В исходном положении профилированный штырь 4 поджат пружиной 5 в упор 6 форсунки 1, при этом он максимально перекрывает минимальное сечение 7 сопла Лаваля.The mixing head works as follows. In the initial position, the profiled pin 4 is pressed by the spring 5 against the stop 6 of the nozzle 1, while it overlaps the minimum section 7 of the Laval nozzle as much as possible.

При выходе двигателя на номинальный (основной) режим, в полости генераторного газа 8 и во входной части сопла Лаваля 9 в форсунке происходит повышение давления. В результате повышения давления появляется усилие на профилированный штырь, которое заставляет штырь постепенно перемещаться, сжимая пружину 5 и увеличивая площадь минимального сечения 7 сопла Лаваля. При перемещении штыря генераторный газ из входной части 9 сопла Лаваля через отверстия 10, полость 11 профилированного штыря 4 и отверстие 12 поступает в выходную часть 13 форсунки 1, обеспечивая плавное его перемещение.When the engine reaches the nominal (main) mode, in the cavity of the generator gas 8 and in the inlet of the Laval nozzle 9, the pressure in the nozzle rises. As a result of the pressure increase, a force appears on the profiled pin, which causes the pin to move gradually, compressing the spring 5 and increasing the minimum cross-sectional area 7 of the Laval nozzle. When the pin moves, the generator gas from the inlet 9 of the Laval nozzle through the holes 10, the cavity 11 of the profiled pin 4 and the hole 12 enters the outlet 13 of the nozzle 1, ensuring its smooth movement.

На номинальном установившемся режиме штырь 4 под действием усилия установившегося давления находится в крайнем положении, при этом площадь минимального сечения 7 сопла Лаваля максимально открыта.At the nominal steady-state mode, the pin 4 is in the extreme position under the action of the steady-state pressure, while the area of the minimum section 7 of the Laval nozzle is maximally open.

Такое положение профилированного штыря 4 сохраняется в течение всего времени работы двигателя на номинальном режиме.This position of the profiled pin 4 is maintained during the entire engine operation time at the nominal mode.

При переходе двигателя на режим дросселирования (за счет уменьшения расхода топлива) давление в полости генераторного газа 8 и на входе 9 форсунки 1 в сопле Лаваля уменьшается, и, под действием усилия пружины 5 на торец 6 профилированного штыря 4, он перемещается, перекрывая своей профилированной частью площадь минимального сечения 7 сопла Лаваля.When the engine switches to throttling mode (due to a decrease in fuel consumption), the pressure in the cavity of the generator gas 8 and at the inlet 9 of the nozzle 1 in the Laval nozzle decreases, and, under the action of the force of the spring 5 on the end face 6 of the profiled pin 4, it moves, overlapping its profiled part of the minimum cross-sectional area 7 of the Laval nozzle.

При выключении двигателя давление в полости генераторного газа 8 падает, и штырь под действием усилия пружины возвращается в исходное положение в упор до уступа 6 форсунки 1, перекрывая максимально своей профилированной частью площадь минимального сечения 7 сопла Лаваля.When the engine is turned off, the pressure in the cavity of the generator gas 8 drops, and the pin, under the action of the spring force, returns to its original position to the stop up to the ledge 6 of the nozzle 1, overlapping with its maximum profiled part the area of the minimum section 7 of the Laval nozzle.

Предложенная конструкция смесительной головки позволяет получить глубокое дросселирование по генераторному газу, сохраняя повышенный перепад на форсунке и обеспечивая полноту сгорания компонентов топлива.The proposed design of the mixing head makes it possible to obtain deep throttling in the generator gas, while maintaining an increased differential across the nozzle and ensuring the completeness of combustion of the fuel components.

Использование предложенного технического решения позволяет повысить удельный импульс тяги на режимах дросселирования и обеспечить устойчивую работу смесительной головки, повышая тем самым надежность работы двигателя.The use of the proposed technical solution makes it possible to increase the specific thrust impulse in throttling modes and to ensure the stable operation of the mixing head, thereby increasing the reliability of the engine operation.

Claims (3)

1. Смесительная головка камеры ЖРД, работающего по схеме с дожиганием генераторного газа, содержащая патрубки подвода генераторного газа и жидкого компонента, корпус и огневое днище с закрепленными между ними двухкомпонентными форсунками, отличающаяся тем, что полость генераторного газа форсунки выполнена в виде сопла Лаваля с кольцевой с ребрами входной частью, внутри которой установлен подпружиненный профилированный штырь с торцом, наружная поверхность которого взаимодействует с внутренней поверхностью кольцевой с ребрами входной частью, в торце штыря выполнены отверстия, со стороны входа форсунки в кольцевую с ребрами входную часть установлена герметично задняя стенка, а в центральной части штыря выполнено отверстие.1. Mixing head of a liquid-propellant engine chamber operating according to a scheme with generator gas afterburning, containing nozzles for supplying a generator gas and a liquid component, a body and a fire bottom with two-component nozzles fixed between them, characterized in that the cavity of the generator gas of the nozzle is made in the form of a Laval nozzle with an annular with ribs inlet part, inside of which a spring-loaded profiled pin with an end is installed, the outer surface of which interacts with the inner surface of the inlet ring with ribs, holes are made in the end of the pin, from the inlet side of the nozzle into the inlet ring with ribs, a hermetically sealed back wall is installed in a hole is made in the central part of the pin. 2. Смесительная головка камеры ЖРД, работающего по схеме с дожиганием генераторного газа, содержащая патрубки подвода генераторного газа и жидкого компонента, корпус и огневое днище с закрепленными между ними двухкомпонентными форсунками по п. 1, отличающаяся тем, что на наружной поверхности торца штыря выполнены лабиринтные канавки.2. The mixing head of the liquid-propellant engine chamber operating according to the scheme with the afterburning of the generator gas, containing the nozzles for supplying the generator gas and the liquid component, the body and the fire bottom with two-component nozzles fixed between them according to claim 1, characterized in that labyrinths are made on the outer surface of the end of the pin grooves. 3. Смесительная головка камеры ЖРД, работающего по схеме с дожиганием генераторного газа, содержащая патрубки подвода генераторного газа и жидкого компонента, корпус и огневое днище с закрепленными между ними двухкомпонентными форсунками по п. 1, отличающаяся тем, что наружная поверхность торца штыря покрыта серебром.3. The mixing head of the liquid-propellant engine chamber operating according to the scheme with generator gas afterburning, containing the nozzles for supplying the generator gas and liquid component, the body and the fire bottom with two-component nozzles fixed between them according to claim 1, characterized in that the outer surface of the end of the pin is coated with silver.
RU2020128194A 2020-08-24 2020-08-24 Mixing head of chirp chamber, operating according to scheme with afterburning of generator gas RU2744223C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020128194A RU2744223C1 (en) 2020-08-24 2020-08-24 Mixing head of chirp chamber, operating according to scheme with afterburning of generator gas

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020128194A RU2744223C1 (en) 2020-08-24 2020-08-24 Mixing head of chirp chamber, operating according to scheme with afterburning of generator gas

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2744223C1 true RU2744223C1 (en) 2021-03-03

Family

ID=74857727

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020128194A RU2744223C1 (en) 2020-08-24 2020-08-24 Mixing head of chirp chamber, operating according to scheme with afterburning of generator gas

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2744223C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1154098A (en) * 1966-07-20 1969-06-04 American Air Filter Co Multi-Fuel Burner Nozzle.
FR2636376A1 (en) * 1988-09-14 1990-03-16 Europ Propulsion DEVICE FOR SAMPLING HOT GASES IN A COMBUSTION CHAMBER AND INJECTION HEAD EQUIPPED WITH A SAMPLING DEVICE
RU2124647C1 (en) * 1993-05-11 1999-01-10 Сосьете Оропеен де Пропюльсьон Nozzle and injection member
RU2127820C1 (en) * 1997-08-13 1999-03-20 Конструкторское бюро химавтоматики Liquid propellant rocket engine combustion chamber mixing head
RU2485337C1 (en) * 2012-04-26 2013-06-20 Черниченко Владимир Викторович Liquid-propellant rocket engine mixing chamber

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1154098A (en) * 1966-07-20 1969-06-04 American Air Filter Co Multi-Fuel Burner Nozzle.
FR2636376A1 (en) * 1988-09-14 1990-03-16 Europ Propulsion DEVICE FOR SAMPLING HOT GASES IN A COMBUSTION CHAMBER AND INJECTION HEAD EQUIPPED WITH A SAMPLING DEVICE
RU2124647C1 (en) * 1993-05-11 1999-01-10 Сосьете Оропеен де Пропюльсьон Nozzle and injection member
RU2127820C1 (en) * 1997-08-13 1999-03-20 Конструкторское бюро химавтоматики Liquid propellant rocket engine combustion chamber mixing head
RU2485337C1 (en) * 2012-04-26 2013-06-20 Черниченко Владимир Викторович Liquid-propellant rocket engine mixing chamber

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPH0364702B2 (en)
RU2744223C1 (en) Mixing head of chirp chamber, operating according to scheme with afterburning of generator gas
WO2014129920A1 (en) Device for fuel combustion in a continuous detonation wave
US11204001B2 (en) Liquid combustion concentric injector and ignitor
US7137254B1 (en) Coaxial spray nozzle injector
RU2742216C1 (en) Mixing head of lpe chamber operating according to scheme with afterburning of generator gas
KR100654412B1 (en) Liquid propellant rocket engine
RU2793876C1 (en) Mixing head of the lpe gas generator
RU2633976C1 (en) Solid fuel gas generator
RU2684701C1 (en) Mixing head of lpe combustion chamber
US3430863A (en) Fuel-oxidizer injection
RU2679046C1 (en) Injector head of the lre chamber
RU2679073C1 (en) Injector head of the lre chamber
US3495408A (en) Self-actuating nozzle plug
RU2783308C1 (en) Two-component coaxial jet nozzle
RU2459970C2 (en) Liquid-propellant engine of open configuration
RU2483224C1 (en) Liquid propellant rocket engine
RU2450154C1 (en) Liquid propellant rocket engine
US6497091B1 (en) Hypergolic ignitor assembly
RU2497011C1 (en) Coaxial spray atomiser
RU2679049C1 (en) Jet centrifugal sprayer
RU2806937C1 (en) Mixing head of lre combustion chamber
RU2679047C1 (en) Jet centrifugal sprayer
KR102098212B1 (en) Wide pintle injector
RU2810847C1 (en) Liquid rocket engine chamber