СМЕСИТЕЛЬНАЯ ГОЛОВКА КАМЕРЫ СГОРАНИЯ ЖИДКОСТНОГО РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ

Область техники
Полезная модель относится к области ракетной техники и, в частности, к смесительным головкам камер сгорания жидкостных ракетных двигателей.
Предшествующий уровень техники
Для всех современных ЖРД, работающих по схеме с дожиганием, задача по обеспечению устойчивости процесса горения на компонентах газ-жидкость успешно решена за счет установки на смесительных головках камер сгорания форсунок, выступающих из огневого днища, образующих антипульсационные перегородки.
Однако, при разработке кислородно-углеводородных ЖРД с дожиганием и с высоким давлением многократного использования выявились некоторые трудности, связанные с проблемой охлаждения форсунок, выступающих из огневого днища.
В смесительной головке камеры сгорания кислородно-водородного ЖРД SSME эта задача решена за счет протока водорода по зазору между корпусами струйных форсунок.
Конструктивно смесительная головка этого двигателя содержит внутреннее огневое, наружное и среднее днища, двухкомпонентные струйно-струйные форсунки и форсунки, выступающие из огневого днища, образующие внутри камеры антипульсационные перегородки. По внутренним трубкам поступает жидкий кислород, а по наружным - отработанный на турбине ТНА генераторный газ с избытком водорода. Форсунки на смесительной головке располагаются по концентрическим окружностям. Огневое и среднее днища выполнены из пористых материалов, которые получены из прессованной сетки с последующим ее отеканием. Через поры днищ «чистый» водород со сравнительно низкой температурой (порядка 300 К) из полости между огневой и средней днищ под давлением проникает, с одной стороны, в камеру сгорания, а с другой в полость между средним и наружным днищами с горячим генераторным газом. В результате этого обеспечивается достаточное охлаждение обоих днищ и корпусов выступающих форсунок, (см. кн. В.А.Володин и др. «Конструкция и проектирование ЖРД», под ред. Г.Г.Гахуна, М., 1989, с.135, рис.7, 12).
В изобретении по патенту РФ №2158841, МКИ F02K 9/62 от 10.11.2000 г. смесительная головка камеры сгорания кислородно-керосинового жидкостного ракетного двигателя содержит смесительную головку: имеющую наружную обечайку, огневое и среднее днища, двухкомпонентные форсунки, закрепленные в среднем и огневом днищах, а также двухкомпонентные форсунки, выступающие из огневого днища, образующие внутри камеры антипульсационные перегородки в виде кольца с несколькими расходящимися радиальными лучами, - при этом выступающие форсунки выполнены охлаждаемыми за счет протока горючего - керосина по спиралевидным каналам, образованных между наружной и внутренней оболочками оребренного корпуса и втулки (прототип прилагаемой полезной модели).
В ряде случаев прототип не обеспечивает необходимого повышения ресурса работы кислородно-керосиновых ЖРД из-за недостаточного охлаждения выступающих форсунок керосином при протоке керосина в зазоре между форсунками. Для надежного охлаждения корпусов выступающих форсунок требуются дополнительные мероприятия, направленные на решение указанной проблемы.
Раскрытие полезной модели
Задача, на решение которой направлена патентуемая полезная модель - повышение ресурса работы смесительной головки и двигателя в целом. Эта задача решена за счет того, что в смесительной головке камеры сгорания жидкостного ракетного двигателя, содержащей наружную обечайку, огневое и среднее днища, двухкомпонентные форсунки, закрепленные в среднем и огневом днищах, а также двухкомпонентные форсунки, выступающие из огневого днища, образующие внутри камеры антипульсационные перегородки в виде кольца с несколькими расходящимися радиальными лучами, при этом выступающие форсунки выполнены охлаждаемыми за счет протока горючего по спиралевидным каналам, образованных между наружной и внутренней оболочками оребренного корпуса и втулки, при этом наружные поверхности втулок выступающих форсунок на всю длину выступания покрыты металлическим термостойким покрытием из никеля толщиной от 80 мкм до 400 мкм.
Другими отличиями являются являются:
- заглублленные и выступающие выполненные струйно-центробежные с осевым подводом окислительного газа.
- указанные форсунки выполнены из металла с высокой теплопроводности, например из меди, медных сплавов, бронзы БрХ-08.
Технический результат, достигаемый полезной моделью, состоит в повышении термостойкости корпусов выступающих форсунок.
Краткое описание чертежей
На Фиг.1 представлено сечение смесительной головки; на Фиг.2 представлен вид А на огневое днище, на Фиг.3 вступающая форсунка с разрезом, образующая антипульсационную перегородку.
Пример осуществления полезной модели
Смесительная головка 1 (Фиг.1) содержит наружную обечайку 2, огневое днище 3, среднее днище 4 и установленные в днищах форсунки 5 и 6. Смесительная головка 1 имеет форсунки 5, выступающие из огневого днища, и заглубленные форсунки 6 в огневом днище. Заглубленные форсунки 6 являются двух компонентными струйно-центробежными с осевым подводом окислительного газа 11. Эти форсунки закреплены например пайкой в днищах 3 и 4.
Форсунки 5 образуют в огневой полости камеры антипульсационные перегородки (Фиг.2) в виде кольца 7 с несколькими расходящимися лучами 8. Эта форсунка имеет выступающую часть 9 и закреплена в днищах 3 и 4 например пайкой. Форсунка 5 (Фиг.3) состоит из корпуса 10 с осевым подводом окислительного газа 12 и втулки 11. Втулка имеет также отверстия 13 для перепуска горючего и спиралевидные ребра 14. Спиралевидные каналы 15 между спиралевидными ребрами 14 и втулкой 11 служат для протока горючего и охлаждения части форсунки, выступающей в огневую полость. Наружные поверхности втулок 11 этих форсунок на всю длину выступания покрыты термостойким металлическим покрытием 16 из никеля толщиной от 80-400 мкм. Втулки и крорпус форсунки выполнен из бронзы БрХ-08,обладающей высокой теплопроводностью. Следует заметить, что величина толщина никелевого покрытия выбирается для каждого конкретного, разработанного двигателя определяет ресурс камеры. Наличие проточного внутреннего охлаждения выступающих форсунок и наличие термостойкого покрытия на выступающих поверхностях форсунок способствует улучшения условий их охлаждения и исключает возможность подплавления форсунок.
Работа устройства
Горючее из полости между днищами 3 и 4 попадает в огневую полость камеры через авступающите 5 и заглубленные форсунки 6. Окислительный газ с избытком кислорода подается из полости перед смесительной головкой через форсунки 5 и 6.
В выступающие форсунки 5 горючее из полости между днищами 3 и 4 поступает в отверстия 13 во втулке 11 входит в спиралевидные каналы 15 и их них попадает в полость камеры. При этом происходит охлаждение выступающей части форсунки. Недостаток охлаждения выступающей части компенсируется наличием термостойкого металиического покрытия из никеля.
Промышленное применение
Заявленная смесительная головка может быть использована в кислородно-керосиновых ЖРД многократного использования, требующих большого ресурса.