КАМЕРА СГОРАНИЯ ДВУХРЕЖИМНОГО ЖРД, РАБОТАЮЩЕГО ПО БЕЗГЕНЕРАТОРНОЙ СХЕМЕ
COMBUSTION CHAMBER OF A DUAL-MODE LIQUID PROPELLANT ENGINE, WORKING ON A GENERATOR-FREE SCHEME

Изобретение относится к ракетной технике, а именно к жидкостным ракетным двигателям (ЖРД).
Для решения космических задач требуется создание высокоэффективных и надежных ЖРД. Получение высокой эффективности ЖРД может быть достигнуто за счет использования вместо первой и второй ступеней в ракетоносителе двухрежимного жидкостного двигателя, который имел бы характеристики у Земли подобные двигателю первой ступени, а на высоте - двигателю второй ступени.
К числу известных способов, позволяющих повысить эффективность работы ЖРД по траектории, относятся:
- вдув генераторного газа в сверхзвуковую часть сопла;
- выдвижение щитков в сверхзвуковую часть сопла;
- регулирование степени расширения за счет изменения площади критического сечения;
- изменение степени расширения за счет выдвижных насадков;
- камера ЖРД с регулируемым соплом (патент на изобретение РФ №2640903 от 07.11.2016).
Все перечисленные способы имеют недостатки, т.к. не позволяют существенно повысить эффективность работы двигателя и обеспечить высокую надежность.
Повышение надежности двигателя может быть достигнуто за счет использования безгенераторной схемы, которая позволяет существенно улучшить условия работы турбины ТНА, являющейся одним из наиболее напряженных элементов двигателя.
Известна кольцевая камера ЖРД, работающего по безгенераторной схеме, изложенная в патенте на изобретение РФ №2151318 от 14.10.1992 г., а также камера сгорания безгенераторного ЖРД, изложенная в патенте на изобретение РФ №2638420 от 05.07.2016, принятая за прототип.
Недостатком этих кольцевых камер являются более высокие среднетраекторные потери по сравнению с ракетой, имеющей две ступени.
Перечисленные недостатки устраняются предлагаемым изобретением, которое решает техническую задачу повышения среднетраекторного удельного импульса тяги, снижения массы и обеспечения высокой надежности работы ракетного двигателя.
Поставленная задача решается тем, что камера сгорания двухрежимного ЖРД, работающего по безгенераторной схеме, содержащая кольцевую камеру сгорания с трактом охлаждения, магистрали подвода горючего и окислителя, блок камеры с двухсекционным сверхзвуковым соплом с трактом охлаждения, согласно изобретению, в кольцевой камере сгорания смесительная головка с двухполостным коллектором подвода окислителя выполнена из двух блоков, каждый из которых работает на свою секцию сопла, а подводная магистраль горючего через тракты охлаждения двухсекционного сопла и тракт охлаждения блока камеры соединена через смеситель и коллектор турбины с коллекторами горючего на блоках головки.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется схемой, показанной на фиг. 1.
Камера сгорания двухрежимного ЖРД, работающего по безгенераторной схеме (фиг. 1) включает в себя:
- кольцевую камеру 1 с подводом горючего из магистрали 2, окислителя из магистрали 3, тракт охлаждения 4 и блоки смесительной головки 5 и 6;
- двухсекционное сверхзвуковое сопло с внутренней секцией 7 с трактом охлаждения 8 и наружной секцией 9 с трактом охлаждения 10 и выходным коллектором 11;
- смеситель 12;
- коллектора подвода горючего 13 и 14 в блоки смесительной головки;
- коллектор отвода 15;
- магистраль переброса 16.
Камера сгорания работает следующим образом.
По соответствующим командам подается горючее из магистрали 2 на охлаждение в тракты охлаждения 8 и 10 секционного сопла и тракт 4 кольцевой камеры. Из магистрали окислителя 3 окислитель поступает в блоки 5 и 6 смесительной головки.
После прохождения трактов охлаждения 8 и 10 в двухсекционном сопле и тракта охлаждения 4 кольцевой камеры 1 горючее из коллекторов 11, 15 и магистрали переброса 16 поступает в смеситель 12 и далее на турбину. После турбины горючее поступает в коллектора 14 и 13 блоков смесительной головки. В кольцевой камере 1 происходит поджиг компонентов топлива и продукты сгорания из кольцевой камеры сгорания поступают в газовые полости 7 и 9 двухсекционного сопла. Двигатель выходит на первый режим работы в плотных слоях атмосферы Земли.
При выходе из плотных слоев атмосферы подача компонентов топлива в блок 6 смесительной головки, работающей на наружную секцию сопла 9, прекращается. Продукты сгорания, вытекающие из внутренней секции 8, достигнув кромки сопла на срезе 17, расширяются и заполняют внутреннюю полость 9 секции наружного сопла. Двигатель выходит на второй, высотный, режим работы.
Наличие в кольцевой камере сгорания развитой поверхности обеспечивает поступление горючего на турбину с повышенным теплосодержанием, а выполнение двухсекционного сопла, работающего на земном и высотном режимах, обеспечивает высокое значение среднетраекторного удельного импульса.
Предложенное техническое решение уменьшает линейный размер ракетоносителя (одна ступень вместо двух), снижает массу, повышает эффективность его полета по траектории и существенно повышает надежность.