УНИВЕРСАЛЬНЫЙ СТЕНДОВЫЙ МОДУЛЬНЫЙ ГАЗОГЕНЕРАТОР

Полезная модель относится к области жидкостных ракетных двигателей (ЖРД), а более конкретно - к газогенераторам (ГГ) ЖРД, предназначенным для выработки газа, идущего на привод турбины турбонасосного агрегата (ТНА), и может быть использована при стендовых испытаниях деталей ЖРД.
Создание теплонапряженных элементов конструкций ЖРД тесно связано с использованием новых материалов. Для исследования характеристик материалов и подтверждения работоспособности выполненных из них изделий требуется проведение большого количества теплогазодинамических испытаний.
Натурные испытания элементов и агрегатов ЖРД требуют больших затррат, поэтому применяются имитаторы теплогазодинамических воздействий, в качестве которых применяются различного рода ГГ, производящие горячие продукты сгорания топливных смесей с целью дальнейшей тепловой обработки этими продуктами различных испытуемых материалов и изделий.
Известны ГГ, содержащие охлаждаемую камеру сгорания, форсуночную головку, состоящую из переднего, среднего и огневого днищ, форсунок окислителя и горючего [Г.Г. Гахун и др. "Конструкция и проектирование жидкостных ракетных двигателей", М., Машиностроение, 1989, стр. 144, 145, рис. 8.3, 8.4]. Эти ГГ выполнены по однозонной схеме, в которой весь расход окислителя и горючего вводится в одном поперечном сечении через форсуночную головку.
Недостатком таких ГГ является невозможность обеспечения устойчивого горения и равномерности температуры на выходе из ГГ при работе на смесях, резко отличающихся от стехиометрической, т.е. работающих с большим избытком одного из компонентов топлива. Такая схема применяется в ЖРД, работающих с дожиганием генераторного газа в основной камере сгорания.
В двигателях с дожиганием на компонентах жидкий кислород и углеводородное горючее, например, керосин, применяют окислительные ГГ. Так, например, известен ГГ двигателя РД-253 [Г.Г. Гахун и др. "Конструкция и проектирование жидкостных ракетных двигателей", М., Машиностроение, 1989, стр. 143, рис. 8.2]. В этом ГГ в зону головки подается горючее и окислитель в соотношении, надежно обеспечивающем воспламенение и устойчивое горение, т.е. близком к стехиометрическому. Через дополнительный ввод подается необходимый избыток окислителя. Камера ГГ охлаждается окислителем.
Недостатком известного ГГ является наличие сферического коллектора для подвода избыточного компонента, практически охватывающего всю длину ГГ. Это приводит к увеличению габаритов и веса ГГ из-за наличия сферического коллектора с большой поверхностью, а также к неравномерности температурного поля из-за невозможности равномерно раздать избыточный компонент по сечению камеры ГГ через сферический коллектор и наличия большого количества отверстий в стенке камеры ГГ. Ухудшается охлаждение из-за наличия большого количества бобышек для подачи избыточного компонента и отсутствия завесного охлаждения камеры сгорания до зоны смешения и после зоны смешения. В известной конструкции отсутствует элемент, предотвращающий закрутку потока в коллекторе. Закрутка потока избыточного компонента приводит к неравномерности статического давления по длине коллектора и, как следствие, к неравномерной раздаче избыточного компонента и неравномерности температурного поля на выходе из ГГ.
В качестве прототипа выбран стендовый модульный газогенератор, содержащий три последовательно установленных модуля: первую камеру сгорания лабораторного ЖРД, создающего высокотемпературный малорасходный поток окислительного газа, вторую камеру сгорания, обеспечивающую необходимую температуру и расход, третью камеру сгорания, обеспечивающую смешение продуктов сгорания и нейтральных добавок (азот, гелий и т.п.или твердой фазы) с целью создания необходимого состава рабочей среды [Луньков Н.А. Имитатор теплогазодинамических воздействий. Электронный журнал «Молодежный научно-технический вестник» № ФС77-51038, ФГБОУ ВПО «МГТУ им. Баумана»].
Недостатком известного газогенератора является низкая надежность из-за неразъемного соединения модулей, низкого давления генерируемого газа вследствие подачи топливных компонентов в модули при низком давлении, а также тонкостенного выполнения модулей и наличия в газогенераторе проточной системы охлаждения.
Технической задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является повышение надежности работы универсального стендового модульного газогенератора.
Поставленная цель достигается тем, что в стендовом универсальном модульном газогенераторе, содержащем три последовательно установленных модуля: первую камеру сгорания лабораторного ЖРД, создающего высокотемпературный малорасходный поток окислительного газа, вторую камеру сгорания, обеспечивающую температуру и расход, третью камеру сгорания, обеспечивающую смешение продуктов сгорания и нейтральных добавок для создания состава рабочей среды, средства защиты модулей от высокотемпературной газовой струи, согласно полезной модели, модули выполнены быстросъемными и толстостенными, а средства защиты модулей от высокотемпературной газовой струи выполнены в виде сменных огнеупорных вставок, а модули стянуты между собой шпильками через накидные фланцы.
Полезная модель иллюстрирована чертежом, на котором представлен продольный разрез универсального стендового модульного газогенератора.
Перечень позиций и обозначений на чертеже:
1 - модуль запального устройства;
2 - модуль ввода горючего;
3 - модуль ввода окислителя;
4 - камера сгорания;
5 - электроплазменная система зажигания;
6 - огнеупорная вставка;
7 - шпилька;
8 - накидной фланец;
Г - горючее;
О - окислитель;
ПС - продукты сгорания (генерируемый газ).
Газогенератор содержит три последовательно установленных модуля: модуль 1 запального устройства, модуль 2 ввода горючего, модуль 3 ввода окислителя. Модуль 3 сообщен с камерой 4 сгорания, модуль 1 снабжен электроплазменной системой 5 зажигания, а все модули (1, 2, 3) снабжены огнеупорными вставками 6 для их защиты от высокотемпературной газовой струи.
Для упрощения конструкции и обеспечения быстросъемности модули 1, 2, 3 стянуты между собой шпильками 7 через накидные фланцы 8.
Модульная конструкция газогенератора обеспечивает устойчивое горение «дежурного» факела в зоне модуля 1, при этом в зоне модуля 2 формируется максимальная температура продуктов сгорания, необходимая для стабильного горения в зоне модуля 3, где продукты сгорания балластируются до требуемых параметров вводом дополнительных компонентов, а дожигание и стабилизация происходит в камере 4 сгорания.
Использование полезной модели существенно повышает надежность работы универсального стендового модульного газогенератора сгорания.