RU2781730C1

RU2781730C1 - Gas generator

Info

Publication number: RU2781730C1
Application number: RU2022105569A
Authority: RU
Inventors: Владислав Юрьевич Климов
Original assignee: Владислав Юрьевич Климов
Filing date: 2022-03-01
Publication date: 2022-10-17

Abstract

FIELD: rocket engines.

SUBSTANCE: invention relates to the field of liquid propellant rocket engines (LRE), namely to gas generators that generate gas to drive a turbopump unit. The gas generator contains a combustion chamber, a mixing head in which a pin nozzle is installed, a ballast grid consisting of bushings installed with annular gaps and interconnected by bypass channels, while in the outlet part of each bushing there are inclined holes, a ballasting chamber and a collector connected to combustion chamber and ballast grille.

EFFECT: invention provides an increase in the homogeneity of the temperature field of the generator gas and pressures by improving the quality of mixture formation.

1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области жидкостных ракетных двигателей (ЖРД), а именно к газогенераторам, генерирующих газ для привода турбонасосного агрегата.The invention relates to the field of liquid-propellant rocket engines (LRE), namely to gas generators that generate gas to drive a turbopump unit.

Одной из проблем, стоящих в настоящее время в данной области техники, является обеспечение устойчивости рабочего процесса в газогенераторе и достаточно высокой равномерности температурного поля по сечению потока на выходе из него.One of the problems currently facing in this field of technology is to ensure the stability of the working process in the gas generator and a sufficiently high uniformity of the temperature field over the cross section of the flow at its outlet.

Известен газогенератор, содержащий охлаждаемую камеру сгорания, форсуночную головку, состоящую из переднего, среднего и огневого днищ, форсунок окислителя и горючего, установленный по оси газогенератора распределитель избыточного компонента. Распределитель избыточного компонента выполнен в виде полого цилиндра, закрытого продольным днищем. Распределитель снабжен смесительными элементами подачи избыточного компонента в зону смешения, которые выполнены в виде полых перфорированных цилиндров, закрытых перфорированными шатровыми головками, и расположенных по боковой поверхности распределителя в шахматном порядке с уменьшающейся их высотой по потоку газа. На распределителе между огневым днищем и смесительными элементами расположены радиальные профилированные пластины с каналами подачи компонента из полости распределителя в полость камеры газогенератора, выполненными на всю высоту пластины. Днище распределителя выполнено в виде усеченного конуса, обращенного вершиной в сторону огневого днища. В месте перехода цилиндра в днище и в вершине конуса выполнены отверстия (Патент РФ №2179256, МПК: F02K 9/64 - прототип).Known gas generator containing a cooled combustion chamber, a nozzle head, consisting of a front, middle and firing bottoms, oxidizer and fuel nozzles, an excess component distributor installed along the axis of the gas generator. The excess component distributor is made in the form of a hollow cylinder closed with a longitudinal bottom. The distributor is equipped with mixing elements for supplying the excess component to the mixing zone, which are made in the form of hollow perforated cylinders, closed with perforated tent heads, and located along the side surface of the distributor in a checkerboard pattern with their height decreasing along the gas flow. On the distributor between the firing bottom and the mixing elements there are radial profiled plates with channels for supplying the component from the distributor cavity to the cavity of the gas generator chamber, made for the entire height of the plate. The bottom of the distributor is made in the form of a truncated cone with its apex facing the firing bottom. Holes are made at the transition point of the cylinder in the bottom and at the top of the cone (RF Patent No. 2179256, IPC: F02K 9/64 - prototype).

Указанный газогенератор работает следующим образом.The specified gas generator works as follows.

Горючее поступает в полость форсуночной головки, откуда через форсунки поступает в камеру сгорания. Окислитель поступает в полость форсуночной головки, откуда по форсункам подается в камеру сгорания и частично по каналам тракта охлаждения камеры сгорания поступает на охлаждение внутренней оболочки. Большая часть окислителя поступает в полость распределителя, и далее через отверстия, выполненные в смесительных элементах и пластинах, подается в поток горючих газов, идущих со стороны форсуночной головки. Этим обеспечивается равномерная раздача окислителя по всему сечению камеры сгорания и равномерное его перемешивание с потоком горячих газов на коротком по длине участке. Коническое днище обеспечивает плавный поворот потока окислителя в полости от осевого направления в радиальное. Оставшаяся часть окислителя, поступающая через отверстия в зону за днищем, сдувает зону завихрений за днищем. Перегородки делят полость камеры сгорания в районе форсуночной головки на ряд полостей и препятствуют распространению вибрационного горения из одной из этих полостей в другую.The fuel enters the cavity of the nozzle head, from where it enters the combustion chamber through the nozzles. The oxidizer enters the cavity of the nozzle head, from where it is fed through the nozzles into the combustion chamber and partially through the channels of the combustion chamber cooling path is supplied to the cooling of the inner shell. Most of the oxidant enters the distributor cavity, and then through the holes made in the mixing elements and plates, it is fed into the flow of combustible gases coming from the side of the nozzle head. This ensures uniform distribution of the oxidizer over the entire cross section of the combustion chamber and its uniform mixing with the flow of hot gases in a short section along the length. The conical bottom provides a smooth turn of the oxidizer flow in the cavity from the axial direction to the radial one. The remaining part of the oxidizer entering through the holes into the zone behind the bottom blows off the swirl zone behind the bottom. The partitions divide the cavity of the combustion chamber in the region of the injector head into a number of cavities and prevent the propagation of vibratory combustion from one of these cavities to another.

В известном газогенераторе сложно обеспечить высококачественное смесеобразование и устойчивый процесс горения при больших величинах соотношения расходов компонентов топлива в условиях малых габаритов.In the known gas generator, it is difficult to provide high-quality mixture formation and a stable combustion process at high values of the ratio of the costs of the fuel components in a small size.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков, и повышение однородности температурного поля генераторного газа на выходе в широком диапазоне температур и давлений за счет повышения качества смесеобразования и оптимизации конструкции газогенератора.The objective of the invention is to eliminate these disadvantages, and to increase the uniformity of the temperature field of the generator gas at the outlet in a wide range of temperatures and pressures by improving the quality of mixture formation and optimizing the design of the gas generator.

Решение указанной задачи достигается тем, что предложенный газогенератор, содержащий камеру сгорания, смесительную головку, в которой установлена штыревая форсунка, балластировочную решетку, состоящую из втулок, установленных с кольцевыми зазорами и соединенными между собой перепускными каналами, отличающийся тем, что в выходной части каждой втулки балластировочной решетки выполнены наклонные отверстия, и содержит балластировочную камеру и коллектор, соединенный с камерой сгорания и балластировочной решеткой.The solution to this problem is achieved by the fact that the proposed gas generator containing a combustion chamber, a mixing head in which a pin nozzle is installed, a ballast grid consisting of bushings installed with annular gaps and interconnected by bypass channels, characterized in that in the outlet part of each bushing the ballast grid has inclined holes, and contains a ballasting chamber and a collector connected to the combustion chamber and the ballast grid.

Предлагаемая конструкция газогенератора, за счет своих отличительных признаков, обеспечивает решение поставленной технической задачи - снижение габаритов, массы устройства, а также повышение однородности температурного поля генераторного газа на выходе в широком диапазоне температур и давлений за счет повышения качества смесеобразования и оптимизации конструкции газогенератора.The proposed design of the gas generator, due to its distinctive features, provides a solution to the set technical problem - reducing the dimensions, weight of the device, as well as increasing the uniformity of the temperature field of the generator gas at the outlet in a wide range of temperatures and pressures by improving the quality of mixture formation and optimizing the design of the gas generator.

Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 показан продольный разрез газогенератора, на фиг. 2 - разрез А-А - поперечный разрез газогенератора.The essence of the invention is illustrated in the drawings, where in Fig. 1 shows a longitudinal section of the gas generator, FIG. 2 - section A-A - cross section of the gas generator.

Газогенератор содержит камеру сгорания 1, смесительную головку 2, в которой установлена штыревая форсунка 3, балластировочную решетку 4, балластировочную камеру 5 и коллектор 6.The gas generator contains a combustion chamber 1, a mixing head 2, in which a pin nozzle 3 is installed, a ballast grid 4, a ballasting chamber 5 and a collector 6.

Балластировочная решетка 5 состоит из втулок 7 установленных с кольцевыми зазорами 8 и соединенными между собой перепускными каналами 9, при этом в выходной части каждой втулки 7 выполнены наклонные отверстия 10.The ballast grid 5 consists of bushings 7 installed with annular gaps 8 and interconnected bypass channels 9, while in the outlet part of each bushing 7 inclined holes 10 are made.

Предложенный газогенератор работает следующим образом.The proposed gas generator works as follows.

Горючее поступает в штыревую форсунку 3.Fuel enters the pin nozzle 3.

Окислитель поступает в коллектор 6 из которого его основная часть, направляется в балластировочную решетку 4, а оставшаяся часть - через камеру сгорания 1 и смесительную головку 2 в штыревую форсунку 3.The oxidizing agent enters the collector 6 from which its main part is sent to the ballast grid 4, and the remaining part - through the combustion chamber 1 and the mixing head 2 to the pin nozzle 3.

В камере сгорания 1 окислитель и горючее, поступающие через штыревую форсунку 3, смешиваются и сгорают.In the combustion chamber 1, the oxidizer and fuel entering through the pin nozzle 3 are mixed and burned.

Образовавшиеся высокотемпературные продукты сгорания компонентов топлива направляются через кольцевые зазоры 8, образованными втулками 7 балластировочной решетки 4 в балластировочную камеру 5, где они охлаждаются и перемешиваются с окислителем, поступающим через наклонные отверстия 10.The resulting high-temperature combustion products of the fuel components are sent through the annular gaps 8 formed by the bushings 7 of the ballast grid 4 into the ballasting chamber 5, where they are cooled and mixed with the oxidizer entering through the inclined holes 10.

Использование предложенного технического решения позволит снизить габариты и массу газогенератора, а также повысить однородности температурного поля генераторного газа на выходе в широком диапазоне температур и давлений за счет повышения качества смесеобразования и оптимизации конструкции газогенератора.The use of the proposed technical solution will reduce the dimensions and weight of the gas generator, as well as increase the uniformity of the temperature field of the generator gas at the outlet in a wide range of temperatures and pressures by improving the quality of mixture formation and optimizing the design of the gas generator.

Claims

A gas generator containing a combustion chamber, a mixing head in which a pin nozzle is installed, a ballast grid consisting of bushings installed with annular gaps and interconnected by bypass channels, characterized in that inclined holes are made in the outlet part of each bush of the ballast grid, and contains a ballasting chamber and a collector connected to the combustion chamber and the ballast grid.