КАМЕРА ЖИДКОСТНОГО РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ МАЛОЙ ТЯГИ

Полезная модель относится к ракетной технике, конкретно - к организации смесеобразования в камере сгорания жидкостного ракетного двигателя особо малой тяги (ЖРДМТ).
Известна схема смесеобразования в камере ЖРДМТ, содержащая камеру сгорания, смесительную головку с каналами подачи и струйными форсунками, выходящими в смесительную камеру с постоянной площадью поперечного сечения, переходящую в форкамеру, расширяющуюся к выходу (патент РФ №2390647, з. №2007131046 от 14.08.2007 г.). Недостатком этой схемы является неэффективное перемешивание компонентов топлива из-за малых скоростей истечения их из форсунок, что является следствием малых расходов (порядка сотых долей грамма в секунду) и, как результат, - невысокая экономичность двигателя.
Задачей полезной модели является создание камеры ракетного двигателя малой тяги обеспечивающей высокую степень перемешивания окислителя и горючего в жидкостных ракетных двигателях особо малой тяги (Р=0,4-1 Н). Решение этой задачи позволит существенно увеличить полноту сгорания топлива в камере сгорания и, как следствие, - повысить экономичность двигателя.
Решение заключается в том, что в известной камере жидкостного ракетного двигателя малой тяги, содержащей камеру сгорания, смесительную головку с каналами подачи и струйными форсунками, выходящими в смесительную камеру с постоянной площадью поперечного сечения, переходящую в форкамеру, расширяющуюся к выходу, согласно предложению струйная форсунка жидкого компонента топлива выполнена в боковой стенке смесительной камеры, а форсунка газообразного компонента топлива соосна со смесительной камерой.
Канал подачи газообразного компонента топлива может быть выполнен в виде капиллярной трубки, которая размещена в полости камеры.
Смесительная камера предпочтительно имеет цилиндрическую форму и переходит в коническую форкамеру.
Благодаря аэрозольному распыливанию жидкого компонента топлива газообразным компонентом резко возрастает площадь их контакта. Техническим результатом этого является высокая полнота сгорания при равномерном распределении температур по поперечному сечению камеры. Экономичность двигателя возрастает. Кроме того, газифицированный компонент топлива при его малом массовом расходе имеет большие скорости, что позволяет интенсифицировать процессы перемешивания, воспламенения и горения.
Предлагаемая конструкция камеры ЖРДМТ показана на приведенной фигуре. Камера состоит из корпуса смесительной головки 1 с подводящими штуцерами окислителя 2 и горючего 3, форсунки окислителя 4, форсунки горючего 5, смесительной камеры 6, подводящих каналов окислителя 7 и горючего 8, форкамеры 9, камеры сгорания 10.
Подводящий канал окислителя 7 выполнен из капиллярной трубки в виде петли, расположенной в полости камеры; с одного конца трубки осуществляется подвод окислителя из штуцера 2, другой конец трубки представляет собой струйную форсунку 4, выходящую в смесительную камеру 6 соосно с ней. Форсунка горючего 5 представляет собой отверстие в корпусе головки 1, соединенное с подводящим каналом горючего 8.
Камера сгорания работает следующим образом.
Жидкий окислитель через подводящий штуцер 2, подводящий канал окислителя 7 и форсунку 4 поступает в смесительную камеру 6, где сталкивается с жидким горючим, поступающим через штуцер 3, подводящий канал 8 и форсунку 5. Поскольку площадь проходного сечения смесительной камеры 6 соизмерима с площадями проходных сечений форсунок 4, 5, столкновение струй окислителя и горючего неизбежно; столкновение и смешение компонентов топлива в жидкой фазе приводит к образованию жидкофазных и газофазных продуктов, истекающих в форкамеру 9; начинается процесс горения, переходящий в камеру 10. При горении продуктов смешения и разложения в камере 10 происходит разогрев подводящего канала окислителя 7; поскольку толщина капиллярной трубки, из которой выполнен подводящий канал окислителя, составляет - 0,1-0,12 мм, а расход окислителя - 0,1 г/с, канал 7 разогревается практически мгновенно, а окислитель в нем из жидкофазного состояния переходит в газообразное, и истекает из форсунки в виде пара с большой скоростью. При большой скорости пара горючее, истекающее из форсунки 5, практически мгновенно дробится на мелкие капли, которые нагреваются, испаряются и с парообразным окислителем устремляются в форкамеру 9 и далее - в камеру сгорания 10.
Существенная разность скоростей капель горючего и паров окислителя вызывает интенсивную турбулизацию общего потока, результатом которой является высокая степень перемешивания компонентов топлива, которая приводит к выравниванию соотношения компонентов топлива по сечению камеры и к увеличению полноты сгорания и экономичности двигателя.
Высокая полнота сгорания топлива, в свою очередь, приводит к высокой и равномерно распределенной по периметру камеры сгорания температуре стенки, что облегчает задачу по защите стенки камеры от перегрева.
Предлагаемое решение позволяет значительно повысить экономичность двигателя за счет увеличения интенсивности перемешивания компонентов топлива в смесительной камере и в форкамере.