КАМЕРА ЖИДКОСТНОГО РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ

Область техники
Полезная модель относится к ракетно-космической технике и, в частности, к конструкции камер сгорания жидкостных ракетных двигателей (ЖРД).
Предшествующий уровень техники
Важными конструктивными узлами камер ЖРД являются пояса завесы, организующие внутреннее завесное охлаждение огневой стенки.
Конструктивных решений узла завесы в настоящее время достаточно много. При разработке пояса завесы необходимо, с одной стороны, сделать ее более простой и технологичной, чтобы чрезмерно не усложнять конструкцию и технологию изготовления камеры в целом, с другой стороны, обеспечить заданные характеристики и образование сплошной пленки жидкости на внутренней поверхности стенки при строгой равномерности распределения расхода компонента по периметру сечения завесы.
Эффективность охлаждения будет выше, если по длине камеры расположить несколько поясов завесы с минимальными расходами компонентов, однако это значительно усложняет камеру и ее изготовление.
Для повышения эффективности охлаждения огневой стенки скорости жидкости, вытекающей из пояса на внутреннюю поверхность стенки, придают тангенциальную составляющую для придания жидкой пленке вращательного движения.
Известна камера ЖРД, включающая смесительную головку (не показано) и корпус. Корпус камеры состоит из камеры сгорания и сопла. Корпус включает в себя внешнюю силовую оболочку и внутреннюю огневую стенку. Внутренняя огневая стенка имеет ребра, между которыми расположены пазы, образующие тракт регенеративного охлаждения огневой стенки, который соединен с коллекторами подвода и отвода охлаждающей жидкости. На внутренней огневой стенке выполнены две кольцевые щели пояса завесы, которые через кольцевую проточку и канал, выполненный в силовой оболочке, соединены с коллектором, подводящим охлаждающую жидкость в кольцевые щели. Проточная часть этой стенки соединена с одной из ветвей тракта регенеративного охлаждения. На внешней стороне внутренней огневой стенки перед кольцевыми щелями выполнены спиральные ребра и спиральные пазы (см. патент РФ №2158841, МПК F02K 9/62, 2000). Прототип.
Охлаждающая жидкость, вытекающая из кольцевой щели пояса завесы, надежно защищает только огневую стенку и последующий участок огневой стенки, а концевой участок, расположенный вблизи первого пояса завесы, защищен от перегрева хуже - на его внутренней поверхности практически нет пленки охлаждающей жидкости. Как показали результаты расчета теплопередачи огневой стенки вблизи пояса завесы (этот участок огневой стенки не имеет проточного охлаждения) значение температуры в этом месте близка к температуре плавления материала стенки.
Раскрытие полезной модели
Задачей полезной модели является улучшение охлаждения внутренней огневой стенки, расположенной вблизи щели первого пояса завесы.
Эта задача решена за счет того, что в камере ЖРД, содержащей корпус, выполненный из силовой оболочки и внутренней огневой стенки, в которой выполнены ребра и пазы, образующие тракт регенеративного охлаждения огневой стенки, при этом на огневой стенке выполнены щель, пояс завесы, которые через кольцевую проточку и канал, выполненные в силовой оболочке, соединены с коллектором, подводящим охлаждающую жидкость в кольцевые щели, который не связан с трактом регенеративного охлаждения, кроме того, на огневой стенке выполнены два пояса завесы с одной кольцевой щелью каждый, для этого на внешней стороне огневой стенки, расположенной справа от первой кольцевой щели, выполняют кольцевой бурт, закрывающий выход охлаждающей жидкости в эту щель, при этом на внешней стороне огневой стенки концевого участка, расположенного слева от первой кольцевой щели, выполнены ребра и проточные пазы, а в силовой оболочке выполнена кольцевая проточка, соединяющая проточные пазы с коллектором подвода охлаждающей жидкости, причем коллекторы двух поясов завесы не связаны с трактом регенеративного охлаждения.
Другими отличиями являются:
- кольцевой бурт, расположенный на внешней стороне огневой стенки, припаян к внутренней поверхности силовой оболочки;
- ребра, расположенные на внешней стороне концевого участка огневой стенки, припаяны к внутренней поверхности силовой оболочки;
- ребра и пазы, расположенные на концевых участках огневой стенки около кольцевых щелей, выполнены спиралевидной формы;
- в качестве охлаждающей жидкости применен один из компонентов топлива, например, керосин.
Технический результат
Наличие двух автономных поясов завесы позволяет создать более устойчивое и эффективное охлаждение концевого участка внутренней огневой стенки за счет протока охлаждающей жидкости через него.
Перечень чертежей
На фиг. 1 представлен фрагмент корпуса камеры ЖРД с двумя поясами завесы;
На фиг. 2 представлено сечение А-А на фиг. 1. На Фиг. 3 представлено сечение Б-Б на фиг. 1
Пример осуществления полезной модели
Камера (фиг. 1) содержит корпус 1, выполненный из силовой оболочки 2 и внутренней огневой стенки 3, в которой выполнены пазы 4 и ребра 5 (Фиг. 2), образующие тракт регенеративного охлаждения 6 огневой стенки 3. На огневой стенке 3 выполнены две кольцевые щели: первая кольцевая щель 7 и вторая кольцевая щель 8 двух поясов завесы. Кольцевая щель 8 через кольцевую проточку 9 и канал 10, выполненные в силовой оболочке 2, соединена с коллектором 11, подводящим охлаждающую жидкость - керосин в кольцевую щель 8
Выход охлаждающей жидкости в первую кольцевую щель 7 перекрыт для создания пояса завесы с одной кольцевой щелью. Для перекрытия выхода охлаждающей жидкости к первой кольцевой щели 7 на внешней стороне огневой стенки, расположенной справа от первой кольцевой щели 7, выполняют кольцевой бурт 12, который герметично соединен, например, с помощью пайки, с внутренней поверхностью силовой оболочки.
Для выполнения второго пояса завесы с одной кольцевой щелью, на внешней стороне огневой стенки концевого участка, расположенного слева от первой кольцевой щели (Фиг. 3), выполнены ребра 13 и проточные пазы 14, а в силовой оболочке сделана кольцевая проточка 15, соединяющая проточные пазы 14 с коллектором 16 подвода охлаждающей жидкости. В этой конструкции двух пазов завесы коллекторы 11 и 16 не связаны с трактом регенеративного охлаждения камеры.
Силовая связь концевого участка огневой стенки с силовой оболочкой осуществляется пайкой вершин ребер 13 с внутренней поверхностью силовой оболочки
Работа устройства
Как видно на фиг. 1 в первом поясе завесы охлаждающая жидкость из коллектора 16 подается в кольцевую проточку 15, из нее входит в прочные каналы 14, а из них выходит в кольцевую щель 7 и затем растекается по внутренней поверхности огневой стенки, расположенной между кольцевыми щелями 7 и 8. Во втором поясе завесы охлаждающая жидкость из коллектора 11 подается в канал 10, затем проходит кольцевую проточку 9 и входит в каналы 4, а из них поступает во вторую кольцевую щель 8, а из нее на внутреннюю поверхность огневой стенки вдоль по потоку газа. Спиралевидные пазы, выполненные на внутренних сторонах огневых оболочек, расположенных у кольцевых щелей, обеспечивают образование сплошной пленки жидкости на внутренней огневой стенке. Жидкая пленка и продукты ее разложения, двигаясь по стенке, хорошо защищают ее от воздействия высокотемпературных продуктов сгорания. Концевой участок охлаждается за счет проточного охлаждения.
Промышленное применение
Предлагаемая полезная модель найдет применение в ракетной техники в современных камерах ЖРД, работающих в условиях высоких давлений и температур.