СМЕСИТЕЛЬНАЯ ГОЛОВКА КАМЕРЫ ЖИДКОСТНОГО РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ
LIQUID-PROPELLANT ENGINES CHAMBER MIXING HEAD

Изобретение относится к энергетическим установкам летательных аппаратов, а именно к смесительным головкам камер жидкостных ракетных двигателей.
Наиболее эффективно настоящее изобретение может быть использовано при создании смесительных головок жидкостных ракетных двигателей, работающих по генераторной схеме на компонентах кислород-керосин.
Одним из основных направлений в развитии камер сгорания ЖРД является непрерывный рост тяги, экономичности и улучшение весовых характеристик. При этом происходит рост относительной расходонапряженности с одновременным повышением давления в камере сгорания, особенно в связи с созданием камер сгорания, работающих по схеме с дожиганием генераторного газа.
Дальнейшее повышение расходонапряженности с применением существующих конструкций головок камер сгорания с последовательным расположением полостей компонентов затруднительно вследствие увеличения скоростей газа в зоне смешения компонентов, так как это ослабляет процесс внедрения жидкости в газ и снижает экономичность камеры сгорания.
Известна смесительная головка камеры жидкостного ракетного двигателя, содержащая корпус с коллектором, пояса подачи жидкого компонента, соединенные с коллектором при помощи каналов, расположенные коаксиально и образующие кольцевые щели для подачи газообразного компонента, при этом каналы, соединяющие полости поясов с полостью коллектора, установлены входной частью в полости коллектора, а выходной - в полости пояса (Патент РФ №2291 976, заявка: 2005128533/06 от 14.09.2005, МПК: F02К 9/52-прототип)
Указанная смесительная головка работает следующим образом. Жидкий компонент из полости коллектора через каналы подается в отверстия, расположенные на кольцевых поясах, и далее в камеру сгорания. Настройка расхода каждого пояса жидкого компонента на свой расход для обеспечения требуемой равномерности расхода жидкого компонента через каждый пояс завесы, обеспечивается путем доработки жиклеров, расположенных во входной части каждого канала. Трубки с каналами расположены в разных плоскостях, что обеспечивает малую степень зажатия сечения и, следовательно, пониженную скорость газа в зоне смешения. Генераторный газ подается через осевые кольцевые щели, образованные концентрично расположенными поясами, что обеспечивает подогрев жидкого компонента и улучшает процесс смесеобразования.
Основными недостатками являются сложность конструкции, недостаточно высокое качество смесеобразования.
Задачей изобретения является упрощение конструкции смесительной головки с улучшением качества смесеобразования.
Решение указанной задачи достигается тем, что, предложенная смесительная головка камеры жидкостного ракетного двигателя, согласно изобретению, содержит корпус с полостями подвода компонентов, пояса подачи компонентов, соединенные с соответствующими полостями компонентов при помощи каналов, при этом пояса подачи компонентов выполнены в виде нескольких коаксиально установленных обечаек, расположенных друг по отношению к другу с кольцевыми зазорами, и образующими замкнутые кольцевые полости, открывающиеся в камеру сгорания, причем кольцевые полости компонентов топлива равномерно чередуются между собой, при этом на торцах обечаек со стороны входа установлены торцевые профилированные днища, скрепленные между собой и с корпусом, и образующие последовательно расположенные торцевые кольцевые полости, причем в указанных днищах и полостях выполнены изолированные каналы, причем угловое и радиальное положение упомянутых каналов в предыдущей полости соответствующего компонента топлива соединяющих упомянутые торцевые полости через одну между собой, отлично от положения аналогичных каналов в последующей полости этого компонента, при этом указанные кольцевые полости компонентов топлива соединены с соответствующими полостями подвода компонентов через упомянутые торцевые полости, образованные профилированными днищами.
Сопоставительный анализ заявляемого изобретения с прототипом и другими известными решениями в данной области техники показал, что изложенная совокупность признаков неизвестна из существующего уровня техники, на основании чего можно сделать вывод о соответствии технического решения критерию изобретения «новизна».
При анализе других известных технических решений в данной области техники признаки, отличающие заявленное изобретение от прототипа, не были выявлены, а изложенная совокупность признаков не следует явным образом для специалиста из существующего уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию «изобретательский уровень»
Соответствие предлагаемого технического решения критерию «промышленная применимость» следует из приведенного ниже примера конкретного выполнения смесительной головки камеры ЖРД.
Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 показан продольный разрез предложенной смесительной головки, на фиг. 2 - вид на головку со стороны огневого днища.
Предложенная смесительная головка камеры жидкостного ракетного двигателя содержит корпус 1 с днищами 2 и 3 и полостями подачи окислителя 4 и горючего 5. Пояса подачи окислителя 6 и горючего 7 выполнены в виде нескольких коаксиально установленных обечаек 8, 9, 10, 11 и центральной трубки 12, расположенных друг по отношению к другу с кольцевыми зазорами, и образующими замкнутые кольцевые полости, открывающиеся в камеру сгорания. Кольцевые полости подачи окислителя 6 и горючего 7 монотонно чередуются между собой. На торцах обечаек со стороны входа компонентов, установлены торцевые профилированные днища 13, 14, 15, 16 и 17, скрепленные между собой и с корпусом, и образующие последовательно расположенные торцевые кольцевые полости. В указанных днищах и полостях выполнены изолированные каналы 18 и 19, соединяющие упомянутые торцевые полости через одну между собой. Кольцевые полости компонентов топлива 6 и 7 соединены с соответствующими полостями подачи компонентов через упомянутые торцевые полости, образованные профилированными днищами.
Предложенная смесительная головка работает следующим образом.
Окислитель подается в полость подачи окислителя 4 и из нее по каналам 18, поступает в соответствующие торцевые полости, образованные профилированными днищами 3, 13, 14, 15, 16 и 17. Из указанных полостей окислитель поступает в кольцевые полости окислителя 6, образованные обечайками 8, 9, 10, 11 и центральной трубкой 12, и из них, в виде сплошных полых колец, за исключением сплошной струи, поступающей из центральной трубки 12, в камеру сгорания для дальнейшего использования.
Горючее подается в полость подачи горючего 5 и из нее по каналам 19, поступает в соответствующие торцевые полости, образованные профилированными днищами 3, 13, 14, 15, 16 и 17. Из указанных полостей горючее поступает в кольцевые полости горючего 7, образованные обечайками 8, 9, 10, 11 и центральной трубкой 12, и из них, в виде сплошных полых колец, в камеру сгорания для дальнейшего использования.
За счет того, что кольцевые полости подачи окислителя 6 и горючего 7 монотонно чередуются между собой, при подаче окислителя и горючего в камеру сгорания в виде кольцевых поясов, происходит интенсивное смешивание компонентов между собой, что позволяет уменьшить потери, связанные с несовершенством системы смесеобразования, и повысить, тем самым, удельный импульс тяги жидкостного ракетного двигателя.
Пониженные скорости газа и возможность повышения скорости истечения жидкости с малыми потерями позволяет значительно повысить степень внедрения жидкости в газ и, тем самым, улучшить смесеобразование.
Использование предложенного технического решения позволит создать смесительную головку упрощенной конструкции, обеспечивающую повышенную полноту смесеобразования при пониженной скорости генераторного газа.