RU2815983C1

RU2815983C1 - Lpe combustion chamber mixing head

Info

Publication number: RU2815983C1
Application number: RU2023124431A
Authority: RU
Inventors: Владислав Юрьевич Климов
Original assignee: Владислав Юрьевич Климов
Filing date: 2023-09-21
Publication date: 2024-03-25

Abstract

FIELD: rocketry.

SUBSTANCE: invention relates to rocket engineering and can be used in production of mixing heads of combustion chambers of liquid-propellant engines (LPE). LPE combustion chamber mixing head comprises a housing, at the ends of which the fire and outer bottoms are fixed, a fuel manifold installed on the outer cylindrical surface of the housing, at that, between the housing and the fire bottom two-component nozzles are evenly arranged along concentric circles, consisting of a tip with a shaped axial channel and inclined holes made in its outlet part, and a prechamber, which is a bushing, in the inlet part of which there are tangential holes.

EFFECT: invention provides higher completeness of combustion of fuel components and improved weight and size characteristics.

1 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области ракетной техники и может быть использовано при создании смесительных головок камер сгорания жидкостных ракетных двигателей (ЖРД).The invention relates to the field of rocket technology and can be used to create mixing heads for combustion chambers of liquid rocket engines (LPRE).

Известна камера ЖРД без дожигания генераторного газа, работающая по схеме "газ-жидкость", содержащая силовой корпус, в котором выполнены каналы регенеративного охлаждения, смесительную головку, состоящую из внутреннего, среднего и наружного днищ, которые образуют две основные полости головки: внутреннюю, в которую поступает горючее - керосин непосредственно из каналов регенеративного охлаждения и наружную полость окислителя - жидкого кислорода, и струйно-центробежные форсунки, равномерно расположенные во внутреннем днище, например по концентрическим окружностям, при этом указанные форсунки выполнены в виде двух соосно расположенных трубок, причем внутренние трубки закреплены в отверстиях среднего днища и выступают в полость окислителя, а наружные - укороченные трубки - насадки коаксиально установлены относительно внутренних трубок с образованием кольцевого зазора и имеют тангенциальные отверстия, соединяющие внутреннюю полость с кольцевым зазором, отличающаяся тем, что в смесительной головке установлен газификатор жидкого кислорода, состоящий из форкамер, выполненных за одно целое с внутренними трубками струйно-центробежных форсунок - трубок газификатора, соосно расположенных между собой, а в наружном днище выполнена дополнительная топливная полость и каналы, подводящие горючее в форкамеры, при этом каждая форкамера имеет корпус с соосно расположенными в нем форсунками горючего и окислителя со смесительной камерой, причем форсунки горючего через тангенциальные отверстия, выполненные в корпусе форкамер, соединены с кольцевыми расточками, которые через указанные каналы соединены с дополнительной топливной полостью, а форсунки окислителя через тангенциальные отверстия соединены с полостью окислителя, при этом корпуса форкамер со стороны форсунок горючего закреплены в кольцевых расточках наружного днища, а со стороны смесительных камер - в каналах внутренних трубок - газификатора с образованием кольцевого зазора -поясов разбавления, которые соединены с полостью окислителя (патент РФ на полезную модель №148369, МПК F02K 9/62 - прототип).A known liquid-propellant engine chamber without afterburning of the generator gas, operating according to the gas-liquid scheme, containing a power housing in which regenerative cooling channels are made, a mixing head consisting of an inner, middle and outer bottom, which form two main cavities of the head: internal, which receives fuel - kerosene directly from the regenerative cooling channels and the outer cavity of the oxidizer - liquid oxygen, and jet-centrifugal nozzles, evenly located in the inner bottom, for example in concentric circles, while these nozzles are made in the form of two coaxially located tubes, with the inner tubes fixed in the holes of the middle bottom and protrude into the oxidizer cavity, and the outer - shortened tubes - nozzles are coaxially installed relative to the internal tubes to form an annular gap and have tangential holes connecting the internal cavity with the annular gap, characterized in that a liquid oxygen gasifier is installed in the mixing head , consisting of pre-chambers made integral with the internal tubes of jet-centrifugal nozzles - gasifier tubes, coaxially located among themselves, and in the outer bottom there is an additional fuel cavity and channels supplying fuel to the pre-chambers, while each pre-chamber has a housing with coaxially located it contains fuel and oxidizer nozzles with a mixing chamber, and the fuel nozzles are connected through tangential holes made in the body of the pre-chambers to annular bores, which are connected through the indicated channels to the additional fuel cavity, and the oxidizer nozzles through tangential holes are connected to the oxidizer cavity, while The prechamber housings on the side of the fuel injectors are fixed in the annular bores of the outer bottom, and on the side of the mixing chambers - in the channels of the internal tubes - the gasifier with the formation of an annular gap - dilution belts, which are connected to the oxidizer cavity (RF patent for utility model No. 148369, IPC F02K 9 /62 - prototype).

Недостатком смесительной головки данной камеры ЖРД являются значительные габариты и масса конструкции.The disadvantage of the mixing head of this liquid-propellant rocket engine chamber is the significant dimensions and weight of the structure.

Задачей изобретения является устранение указанного недостатка и повышение полноты сгорания компонентов топлива.The objective of the invention is to eliminate this drawback and increase the completeness of combustion of fuel components.

Решение указанной задачи достигается тем, что предложенная смесительная головка камеры сгорания ЖРД, содержит корпус, на торцах которого закреплены огневое и наружное днища, коллектор горючего, установленный на наружной цилиндрической поверхности корпуса, при этом между корпусом и огневом днищем равномерно расположены по концентрическим окружностям двухкомпонентные форсунки, состоящие из наконечника с профилированным осевым каналом и наклонными отверстиями, выполненными в его выходной части, и форкамеры, представляющей собой втулку во входной части которой выполнены тангенциальные отверстия.The solution to this problem is achieved by the fact that the proposed mixing head of the combustion chamber of a liquid-propellant rocket engine contains a housing, at the ends of which the fire and outer bottoms are fixed, a fuel collector installed on the outer cylindrical surface of the housing, and two-component nozzles are evenly located between the housing and the fire bottom in concentric circles , consisting of a tip with a profiled axial channel and inclined holes made in its outlet part, and a pre-chamber, which is a sleeve in the inlet part of which tangential holes are made.

Предлагаемая конструкция смесительной головки камеры сгорания ЖРД, за счет своих отличительных признаков, обеспечивает решение поставленной технической задачи - уменьшение габаритов и массы смесительной головки камеры сгорания ЖРД и повышение полноты сгорания компонентов топлива.The proposed design of the mixing head of the combustion chamber of a liquid propellant engine, due to its distinctive features, provides a solution to the technical problem - reducing the dimensions and weight of the mixing head of the combustion chamber of a liquid propellant engine and increasing the completeness of combustion of fuel components.

Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 показан продольный разрез смесительной головки камеры сгорания ЖРД; на фиг. 2 - вид справа на смесительную головку камеры сгорания ЖРД; на фиг. 3 - выносной элемент А - продольный разрез двухкомпонентной форсунки, на фиг. 4 - разрез Б-Б - поперечный разрез двухкомпонентной форсунки.The essence of the invention is illustrated by drawings, where in Fig. Figure 1 shows a longitudinal section of the mixing head of the combustion chamber of a liquid-propellant rocket engine; in fig. 2 - right view of the mixing head of the combustion chamber of the liquid-propellant rocket engine; in fig. 3 - remote element A - longitudinal section of a two-component nozzle, in Fig. 4 - section B-B - cross section of a two-component nozzle.

Смесительная головка газогенератора содержит корпус 1, на торцах которого закреплены огневое днище 2 и наружное днище 3, коллектор горючего 4, установленный на наружной цилиндрической поверхности корпуса 1. При этом между корпусом 1 и огневым днищем 2 равномерно расположены по концентрическим окружностям двухкомпонентные форсунки 5, состоящие из наконечника 6 с профилированным осевым каналом 7 и наклонными отверстиями 8, выполненными в его выходной части, и форкамеры 9, представляющей собой втулку, во входной части которой выполнены тангенциальные отверстия 10.The mixing head of the gas generator contains a housing 1, at the ends of which a fire bottom 2 and an outer bottom 3 are fixed, a fuel collector 4 mounted on the outer cylindrical surface of the housing 1. Moreover, between the housing 1 and the fire bottom 2, two-component nozzles 5, consisting of from a tip 6 with a profiled axial channel 7 and inclined holes 8 made in its outlet part, and a prechamber 9, which is a sleeve, in the inlet part of which tangential holes 10 are made.

Предложенная смесительная головка камеры сгорания ЖРД работает следующим образом.The proposed mixing head of the LRE combustion chamber operates as follows.

Жидкий окислитель поступает в полость, образованную наружным днищем 3 и корпусом 1, где он равномерно распределяется между двухкомпонентными форсунками 5. Через профилированные осевые каналы 7, выполненные в наконечниках 6, окислитель поступает в форкамеры 9.The liquid oxidizer enters the cavity formed by the outer bottom 3 and the body 1, where it is evenly distributed between the two-component nozzles 5. Through the profiled axial channels 7, made in the tips 6, the oxidizer enters the prechambers 9.

Жидкое горючее поступает в коллектор горючего 4 и далее в полость, образованную корпусом 1 и огневым днищем 2, где оно равномерно распределяется между двухкомпонентными форсунками 5.Liquid fuel enters the fuel manifold 4 and then into the cavity formed by the body 1 and the fire bottom 2, where it is evenly distributed between the two-component nozzles 5.

Основная часть горючего поступает в форкамеры 9 через наклонные отверстия 8, выполненные в наконечниках 6. Оставшаяся часть горючего поступает в форкамеры 9 через тангенциальные отверстия 10.The main part of the fuel enters the pre-chambers 9 through inclined holes 8, made in the tips 6. The remaining part of the fuel enters the pre-chambers 9 through tangential holes 10.

В форкамерах 9 компоненты топлива, поступающие через профилированный осевой канал 7 и наклонные отверстия 8, смешиваются между собой и сгорают, образуя при этом высокотемпературные продукты сгорания компонентов топлива, содержащие избыточное количество окислителя. При этом горючее, поступающее в форкамеры 9 через тангенциальные отверстия 10, образует пелену, защищающую стенки форкамеры 9 от воздействия высокотемпературных продуктов сгорания топлива, следовательно, и прогара. На выходе из форкамеры 9 горючее, поступающее через тангенциальные отверстия 10, смешивается с высокотемпературными продуктами сгорания топлива, содержащими избыточное количество окислителя, и сгорает.In prechambers 9, fuel components entering through a profiled axial channel 7 and inclined holes 8 are mixed with each other and burned, thereby forming high-temperature combustion products of fuel components containing an excess amount of oxidizer. In this case, the fuel entering the prechamber 9 through the tangential holes 10 forms a veil that protects the walls of the prechamber 9 from the effects of high-temperature fuel combustion products, and therefore burnout. At the exit from the prechamber 9, the fuel entering through the tangential holes 10 is mixed with high-temperature fuel combustion products containing an excess amount of oxidizer and burns.

Использование предложенного технического решения позволит уменьшить габариты и массу смесительной головки камеры сгорания ЖРД и повысить полноту сгорания компонентов топлива.The use of the proposed technical solution will make it possible to reduce the size and weight of the mixing head of the combustion chamber of a liquid propellant engine and increase the completeness of combustion of fuel components.

Claims

The mixing head of the combustion chamber of a liquid-propellant rocket engine contains a housing, at the ends of which the fire and outer bottoms are fixed, a fuel collector installed on the outer cylindrical surface of the housing, and between the housing and the fire bottom, two-component nozzles are evenly located in concentric circles, consisting of a tip with a profiled axial channel and inclined holes made in its outlet part, and a pre-chamber, which is a sleeve, in the inlet part of which tangential holes are made.