КАМЕРА СГОРАНИЯ БЕЗГЕНЕРАТОРНОГО ЖРД
COMBUSTION CHAMBER OF LIQUID-PROPELLANT ENGINE (LPE) WITHOUT GENERATOR

Изобретение относится к жидкостным ракетным двигателям, работающим по безгенераторной схеме.
В настоящее время получили распространение ЖРД, работающие по безгенераторной схеме. Преимуществом этих двигателей по сравнению с традиционными двигателями с генератором является простота конструкции и надежность запуска двигателя в космосе.
Известна кольцевая камера ЖРД, работающего по безгенераторной схеме, изложенная в патенте на изобретение №2151318 от 14.10.1992 г.
По этому патенту кольцевая камера сгорания, расположенная внутри сопла, образует кольцевое критическое сечение малой величины, выдержать которое в исходном состоянии постоянным по кольцу не представляется возможным. При этом неравномерность площади критического сечения по кольцу создает существенную неравномерность тяги по оси двигателя.
Кроме того, при работе двигателя за счет термических нагрузок величина критического сечения будет значительно меняться в процессе работы двигателя, и учесть эти изменения не представляется возможным.
Известна камера сгорания РД0146, работающего по безгенераторной схеме, описанная в статье Дукиной Н.А., Лобова С.Д., Орлова В.А., Рачука B.C., Рубинского В.Р. «Создание камеры кислородно-водородного двигателя РД0146, выполненного по безгенераторной схеме» и доложенной на конференции по созданию ЖРД в г. Льеже (Бельгия) в 2003 г., принятая за прототип.
В представленной конструкции смесительная головка с магистралью подвода, камера сгорания и сверхзвуковое сопло расположены по продольной оси двигателя.
Для обеспечения эффективной работы двигателя по безгенераторной схеме для набора тепла требуется существенное увеличение длины дозвуковой части камеры сгорания (~ 600÷800 мм в зависимости от параметров двигателя). Это приводит к увеличению линейного размера двигателя и, как правило, к увеличению размеров ракеты. Кроме того, с увеличением длины дозвуковой части камеры сгорания увеличивается и гидравлическое сопротивление тракта охлаждения.
Эти недостатки устраняются настоящим изобретением, которое решает техническую задачу набора тепла для повышения энергетических характеристик двигателя, снижение в охлаждающем тракте его гидравлического сопротивления за счет развитой поверхности в выпуклом корпусе, уменьшение продольного размера двигателя и устраняет указанные недостатки прототипов.
Поставленная задача решается тем, что камера сгорания ЖРД, работающего по безгенераторной схеме, содержащая магистрали подвода горючего и окислителя, блок камеры со сверхзвуковым соплом, отличающаяся тем, что камера сгорания выполнена кольцевой формы, параллельно блоку камеры жестко соединена наружным выпуклым и внутренним изогнутым корпусами поворотного устройства с блоком камеры и сверхзвуковым соплом, и тракт охлаждения кольцевой камеры сгорания соединяется трактом охлаждения в изогнутом внутреннем корпусе поворотного устройства с трактом охлаждения блока камеры со сверхзвуковым соплом, а трактом охлаждения в наружном выпуклом днище и магистралью тракт охлаждения кольцевой камеры соединяется с магистралью на выходе из сверхзвукового сопла.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется схемами, показанными на фиг. 1, 2 и 3.
Камера сгорания ЖРД (фиг. 1) включает в себя:
- кольцевую камеру сгорания 1 с подводом горючего из магистрали 2 и окислителя из магистрали 3, магистраль подвода горючего на охлаждение камеры сгорания 4, тракт охлаждения камеры сгорания 5;
- поворотное устройство 6 с наружным выпуклым корпусом 7, и трактом охлаждения 8; внутренний изогнутый корпус 9 с трактом охлаждения 10;
- блок камеры 11 со сверхзвуковым соплом 12 и трактом охлаждения 13;
- магистраль 14 на выходе из сверхзвукового сопла 12;
- магистраль 15, соединяющую тракт охлаждения 5 кольцевой камеры сгорания с магистралью на выходе из сопла 14.
На фиг. 2 показаны фрагменты сварных соединений кольцевой камеры сгорания 1 с наружным выпуклым корпусом 7 поворотного устройства 6.
На фиг. 3 показаны фрагменты сварных соединений кольцевой камеры сгорания 1 с внутренним изогнутым корпусом 9 поворотного устройства 6.
Камера сгорания работает следующим образом.
По соответствующим командам подается горючее из магистрали 2 в головку и на охлаждение камеры из магистрали 4, из магистрали 3 окислитель поступает в головку. В кольцевой камере сгорания 1 происходит поджиг компонентов топлива и продукты сгорания из газовой полости кольцевой камеры через поворотное устройство 6 поступают в блок камеры сгорания 11 и через критическое сечение попадают  в сверхзвуковое сопло 12 для расширения и создания тяги двигателя.
Горючее из магистрали 4, пройдя по тракту охлаждения 5 кольцевой камеры сгорания 1, разделяется на два потока. Основная часть горючего поступает через тракт охлаждения 10 изогнутого днища 9 в охлаждающий тракт 13 блока камеры 11 и через тракт охлаждения сверхзвукового сопла 12 попадает в выходную магистраль 14.
Другая часть горючего через тракт охлаждения 8 в выпуклом корпусе 7 поворотного устройства 6 и магистраль 15 попадает в выходную магистраль 14.
В результате охлаждения развитой поверхности камеры сгорания 4 после смешения потоков горючего в выходной магистрали 14 реализуется поток с повышенным теплосодержанием, который в дальнейшем поступает на турбину. Наличие развитой поверхности охлаждения в выпуклом корпусе снижает гидравлическое сопротивление.
Предложенное техническое решение уменьшает линейный размер двигателя, обеспечивает получение дополнительного набора тепла для повышения энергетических характеристик двигателя и снижает в охлаждающем тракте двигателя гидравлическое сопротивление.