ФОРСУНОЧНАЯ ГОЛОВКА КАМЕРЫ СГОРАНИЯ ЖРД
LIQUID-PROPELLANT ENGINE COMBUSTION CHAMBER ATOMISER HEAD

Изобретение относится к области ракетной техники и может быть использовано при создании форсуночных головок камер сгорания жидкостных ракетных двигателей (ЖРД).
В настоящее время одной из основных проблем при создании ЖРД является получение высокого значения удельного импульса тяги за счет обеспечения предельно высокой полноты сгорания топлива. Полнота сгорания топлива обеспечивается, в том числе, организацией начала смесеобразования непосредственно в полости форсунки.
Известна форсуночная головка камеры сгорания ЖРД замкнутой системы, содержащая корпус и огневое днище с установленными в них форсунками с центральным и тангенциальным каналами. Центральный канал выполнен профилированным с сужающейся входной и расширяющейся выходной частями с образованием в месте их перехода минимального проходного сечения, при этом торец выходного сечения центрального канала форсунки расположен в области тангенциальных каналов, а выходная часть центрального канала образует козырек над тангенциальными каналами (пат.RU № 2231668, заявка № 2003103417/06 от 02.06.2003 г.).
Данное решение обеспечивает высокую степень смесеобразования на различных режимах работы двигателя за счет обеспечения более равномерного распределения расхода генераторного газа по форсункам и более интенсивного его перемешивания с жидким компонентом в камерах смешения форсунок, но требует выполнения форсунки и, соответственно, форсуночной головки с большой длиной из-за увеличенной камеры смешения.
Задачей предлагаемого изобретения является обеспечение высокой экономичности работы камеры сгорания и удельного импульса тяги при минимальных осевых габаритах форсуночной головки за счет обеспечения минимальной длины камеры смешения газа и жидкого компонента в форсунке.
Указанная задача достигается тем, что в форсуночной головке камеры сгорания ЖРД, содержащей корпус и огневое днище с установленными в них форсунками, имеющими центральный профилированный (с сужающейся входной и расширяющейся выходной частями с образованием в месте их перехода минимального проходного сечения) и тангенциальный каналы, согласно изобретению торец выходного сечения расширяющейся части центрального канала форсунки расположен перед отверстиями тангенциального канала форсунки, а уступ h между центральным и тангенциальным каналами находится в диапазоне 0-20% d, где d - диаметр тангенциального канала форсунки.
Нижний предел указанного соотношения выбран исходя из того, что он обеспечивает наиболее раннее взаимодействие газа и жидкого компонента в камере смешения форсунки и, соответственно, ее минимальную длину. Однако при этом может быть не обеспечено надежное охлаждение тангенциального канала форсунки.
Верхний предел указанного соотношения выбран исходя из того, что при его дальнейшем увеличении происходит значительный рост габаритных размеров форсунки и, соответственно, форсуночной головки.
Сущность предложенного изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показан осевой разрез предложенной форсуночной головки камеры сгорания ЖРД, на фиг.2 - осевой разрез форсунки.
Основными элементами предложенной форсуночной головки являются:
1 - корпус;
2 - огневое днище;
3 - форсунка;
4 - цилиндр;
5 - цилиндр;
6 - полость окислителя;
7 - полость горючего;
8 - центральный канал;
9 - отверстия тангенциального канала;
10 - камера смешения;
11 - сужающаяся входная часть;
12 - минимальное проходное сечение;
13 - расширяющаяся часть;
14 - торец выходного сечения;
h - уступ между центральным и тангенциальным каналами;
d - диаметр тангенциального канала форсунки.
Форсуночная головка представляет собой паяно-сварную конструкцию, содержащую корпус 1 с огневым днищем 2, в которых установлены форсунки 3, состоящие из полых цилиндров 4 и 5. В корпусе 1 с входной стороны выполнена полость окислителя 6, а с другой между днищем корпуса 1 и огневым днищем 2 выполнена полость горючего 7.
В форсунках 3 выполнены центральный 8 и тангенциальные каналы 9, соединяющие полости компонентов с полостью камеры смешения 10, образованной в месте перехода цилиндра 4 в цилиндр 5. Центральный канал 8 форсунки 3 выполнен профилированным с сужающейся входной частью 11, минимальным проходным сечением 12 и расширяющейся частью 13. Торец 14 выходного сечения расширяющейся части центрального канала форсунки расположен перед отверстиями 9 тангенциального канала форсунки.
Предложенная форсуночная головка работает следующим образом.
В полость блока окислителя 6, расположенную в корпусе 1, подается окислительный генераторный газ и распределяется по форсункам 3. Генераторный газ, пройдя через минимальное проходное сечение 12, принудительно расширяется и поступает и камеру смешения 10 форсунки 3. В полость камеры смешения 10 форсунки 3 горючее поступает через тангенциальные каналы 9, расположенные за торцом 14 выходного сечения центрального канала 8, и образует тонкую пленку жидкости, прижатую к стенке форсунки 3 центробежными силами. Окислительный генераторный газ в камере смешения 10 взаимодействует с кольцевой пеленой горючего внутри форсунки 3. Благодаря тому, что торец 14 выходного сечения расширяющейся части центрального канала форсунки расположен перед отверстиями 9 тангенциального канала форсунки, а уступ между центральным и тангенциальным каналами выполнен минимально необходимым, обеспечивается более интенсивное взаимодействие окислительного генераторного газа и горючего, а также меньший линейный габарит форсуночной головки и, соответственно, минимальная масса и габариты камеры, но сравнению с форсункой, имеющей козырек над тангенциальными каналами, образованный выходной частью центрального канала.
Выполнение выходного сечения расширяющейся части центрального канала форсунки перед отверстиями тангенциального канала форсунки и уступа между центральным и тангенциальным каналами с указанными геометрическими размерами позволит обеспечить наиболее полное перемешивание компонентов, получить качественное смесеобразование, увеличить значение удельного импульса тяги ЖРД и уменьшить осевых габариты форсуночной головки и камеры.