СМЕСИТЕЛЬНАЯ ГОЛОВКА КАМЕРЫ ЖИДКОСТНОГО РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ

Область техники
Полезная модель относится к области ракетной техники, а более конкретно к смесительной головке камеры жидкостного ракетного двигателя.
Предшествующий уровень техники
Известна смесительная головка камеры ЖРД РД-111 (см. Альбом конструкций ЖРД, часть 3, составленный под руководством В.П.Глушко, Военное издательство Минобороны СССР, М., 1969, с.155, фиг.379). Эту смесительную головку выбираем в качестве аналога полезной модели. Смесительная головка содержит наружное, среднее и огневое днища, которые скреплены между собой форсунками, штифтами, пайкой и сваркой. Форсунки горючего и окислителя выполнены однокомпонентными и расположены в шахматном порядке в огневом днище с переходом в периферийной зоне, головки к расположению по окружностям. На периферии смесительной головки расположены равномерно по окружностям штифты.
Недостаток аналога в том, что в нем возможна в отдельных экземплярах камер высокочастотная неустойчивость рабочего процесса.
В технике известна смесительная головка камеры ЖРД РД107 (см. Альбом конструкций ЖРД, составленный под руководством В.П.Глушко, Военное издательство Минобороны СССР. М, 1969, стр.36. фиг.52). Эту смесительную головку выбираем в качестве прототипа полезной модели. Смесительная головка содержит наружное, среднее и внутреннее днища, скрепленные между собой форсунками, штифтами, пайкой и сваркой. Форсунки горючего и окислителя выполнены двухкомпонентными, равномерно расположенными по нескольким концентрическим окружностям (в том числе одна в центре), за этими окружностями равномерно расположены однокомпонентные форсунки горючего, а в периферийной зоне смесительной головки по двум концентрическим окружностям равномерно расположены штифты.
Недостаток прототипа в том, что в нем возможна в отдельных экземплярах камер высокочастотная неустойчивость рабочего процесса, особенно в условиях форсированных режимов.
Раскрытие полезной модели
Задачей предлагаемой полезной модели является создание смесительной головки камеры двигателя, обеспечивающей высокочастотную устойчивость рабочего процесса в камере в условиях форсированного режима.
Эта задача решена за счет того, что в смесительной головке камеры жидкостного ракетного двигателя, включающей наружное, среднее и внутреннее (огневое) днища, скрепленные между собой двухкомпонентными, однокомпонентными форсунками, штифтами, пайкой и сваркой, при этом двухкомпонентные форсунки на головке расположены по нескольким концентрическим окружностям, причем часть двухкомпонентных форсунок выступает из огневого днища, образуя антипульсационные перегородки в виде кольца с шестью расходящимися лучами, деля поперечную площадь камеры сгорания на семь равнозначных по площади акустических полостей, при этом в местах пересечения радиальных лучей с тремя периферийными концентрическими окружностями также установлены выступающие из огневого днища однокомпонентные форсунки горючего.
Кроме того форсунки антипульсационных перегородок выполнены выступающими своими концами в огневую полость камеры на величину 2-5 шагов между форсунками.
Технический результат от использования полезной модели состоит в обеспечении высокочастотной устойчивости рабочего процесса, особенно в условиях форсированных режимов.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 приведен фрагмент смесительной головки в разрезе вдоль продольной оси.
На фиг.2 приведено сечение А-А разрез по полости горючего перпендикулярно продольной оси.
На фиг.3 приведено сечение Б-Б в месте расположения однокомпонентной форсунки горючего периферийного ряда.
На фиг.4 приведен вид смесительной головки со стороны огневого днища.
Пример реализации полезной модели
Смесительная головка (приведена на фиг.1) содержит секции наружного днища 1, 2 и среднее днище 3, которые герметично скреплены между собой и с силовым кольцом 4 сварными швами 5, 6, и внутреннее (огневое) днище 7. Конструкция смесительной головки содержит двухкомпонентные центробежные форсунки 8, равномерно расположенные но концентрическим окружностям 9 (в том числе одна в центре), однокомпонентные центробежные форсунки 10 (фиг.2, 3), равномерно расположенные по окружности 11 (фиг.2). Часть двухкомпонентных форсунок выполнена выступающими форсунками 12, которые расположены по окружности 13 и по лучам В (фиг.4) от указанной окружности к периферии камеры. В местах пересечения указанных лучей с окружностями расположения однокомпонентных форсунок 10 и с окружностями расположения штифтов 14 выполнены выступающие однокомпонентные форсунки 15. Выступающие двухкомпонентные 12 и однокомпонентные форсунки 15 делят рабочую полость на семь частей Г (Фиг.4). Кроме того форсунки антипульсационных перегородок выполнены выступающими своими концами в огневую полость камеры на величину 2-5 шагов между форсунками.
Двухкомпонентные центробежные форсунки 8 по конструкции одинаковые и выполнены в виде цельноточенной детали с двумя полостями: окислителя 16 и горючего 17. Полости 16 и 17 расположены соосно и представляют собой цилиндрические камеры без сопел на выходе (форсунки открытого типа). Окислитель поступает в полость 16 через четыре тангенциальных отверстия 18 и далее в виде конуса распыла, попадает в полость 17, где накладываются на пелену горючего, прошедшего через три тангенциальных отверстия 19.
Однокомпонентные форсунки горючего 10 (фиг.3) периферийного ряда выполнены в виде цилиндрической камеры 20 с соплом 21 на выходе. Горючее поступает в цилиндрическую камеру 20 периферийных форсунок 10 через три тангенциальных отверстия 22. По наружной конфигурации однокомпонентные форсунки близки к двухкомпонентным.
Форсунки 8, 10 по наружной поверхности 23 (см. фиг.3) герметично припаяны твердым припоем к плоским днищам: среднему 3 и внутреннему 7, - образуя совместно с силовым кольцом 4 полость горючего 24 (см. фиг.1). На периферии внутреннее днище 7 подкреплено двумя рядами штифтов 14, на части из которых установлены дистанционные втулки 25 (см. фиг.2), регламентирующие величину зазора между днищами при сборке. Полость окислителя 26 образована силовым кольцом 4, средним днищем 3 и секциями наружного сферического днища 1, 2. Подвод окислителя осуществляется через патрубок с фланцем 27, установленным в центре головки. Для увеличения прочности и жесткости головки между средним и наружным днищами установлены две кольцевые перегородки 28 с отверстиями для прохода окислителя. В местах установки перегородок расстояние между соседними рядами форсунок увеличено.
Аналогично к среднему днищу 3 и внутреннему днищу 7 припаяны и выступающие форсунки 12, 15. Форсунки 12 и 15 - центробежные. Входные отверстия этих форсунок 29, 30 выполнены тангенциальными. Через них внутренние полости форсунок горючего 31, 32 сообщаются с полостью горючего 24 смесительной головки, а внутренние полости форсунок 33 - с полостью окислителя 26 смесительной головки. Как видно из чертежа фиг.4 выступающие форсунки выступают в огневую полость камеры за внутреннее днище 7 и образуют антипульсационные перегородки В. Также из чертежа фиг.4 видно, что все форсунки и штифты расположены по концентрическим окружностям. Штифты 14 расположены по окружностям равномерно, причем в местах пересечения с лучами антипульсационных перегородок вместо штифтов 14 установлены выступающие форсунки горючего 15.
Работа устройства
Горючее и окислитель через двухкомпонентные форсунки 8 и однокомпонентные форсунки 10 поступают в огневую полость камеры двигателя, где осуществляется процесс смесеобразования и горения. В состав перечисленных форсунок входят также выступающие форсунки 12 и 15. Выступающие двухкомпонентные форсунки 12 и форсунки горючего 15, расположенные в виде концентрической окружности и шести лучей В от этой окружности к огневой стенке камеры, делят зону горения на семь частей Г, чем обеспечивается повышение высокочастотной устойчивости рабочего процесса. Наличие перегородок в виде лучей В, состоящих из выступающих двухкомпонентных 12 и однокомпонентных, периферийных форсунок горючего 15 на концах лучей препятствует появлению тангенциальной формы пульсаций давления в объеме камеры сгорания.
Промышленная применимость.
Предлагаемая полезная модель может быть использована при модернизации жидкостных ракетных двигателей, работающих на жидких компонентах топлива: кислороде и керосине - и используемых на ракетах-носителях типа «Союз».