КАМЕРА ЖИДКОСТНОГО РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ МАЛОЙ ТЯГИ

Полезная модель относится к ракетно-космической технике, а более конкретно к устройствам для организации рабочего процесса в камере жидкостного ракетного двигателя малой тяги (ЖРДМТ).
Известна камера сгорания, состоящая из корпуса камеры и смесительной головки с расположенной по ее оси двухкомпонентной центробежной форсункой, внутренняя и наружная камеры закручивания (закрутки) которой соединены с соответствующими каналами подвода компонентов топлива, и периферийными струйными форсунками окислителя (патент РФ №2041375, з. №4812921 от 28.02.90, МПК F 02 K 9/52, F 02 K 9/62).
В такой камере сгорания окислитель по подводящему каналу поступает в кольцевой коллектор, образованный втулкой и корпусом смесительной головки, где распределяется на два потока: часть окислителя идет через струйные форсунки на охлаждение стенок камеры сгорания ракетного двигателя, а остальная часть окислителя через тангенциальные отверстия поступает в камеру закручивания, где выравнивается по толщине пелены и через сопло выходит в виде полого конуса распыла. Горючее по подводящему каналу поступает в кольцевой коллектор, образованный шнековым завихрителем и корпусом смесительной головки, и далее через винтовые канавки шнекового завихрителя поступает в камеру закручивания, где выравнивается по толщине пелены и через сопло выходит в виде полого конуса до встречи с полым конусом окислителя.
Данная камера сгорания сложна в изготовлении, не обеспечивает в достаточной мере стабильных характеристик как совместного, так и раздельных конусов распыла и не позволяет достичь высокой эффективности смесеобразования. Равномерность распределения жидкости в факеле распыливания центробежной форсунки зависит от качества ее изготовления. Сильное влияние качества
к
изготовления проявляется в т.н. закрытых форсунках. Любое отклонение от заданной геометрической формы вызывает заметную неравномерность распределения жидкости в факеле с ярко выраженными минимумами и максимумами, произвольно расположенными по окружности диаграммы распределения. Неравномерность распределения жидкости в факеле появляется также при эксцентриситете между соплом и камерой закручивания, при разности проходных сечений входных каналов. Дополнительная обработка сопла, в особенности его выходной кромки (шлифовка, притирка, полировка), позволяет устранить эти дефекты. С такой смесительной головкой коэффициент камеры (φ) не превышает 0,916.
Кроме этого, увеличенные заклапанные объемы в центробежной форсунке со шнековым завихрителем на величину объемов винтовых каналов и объема камеры закручивания, определяемого степенью закрытия сопла, приводят к ухудшению динамических характеристик камеры и ЖРДМТ в целом (время выхода на режим номинальной тяги и время спада давления в камере сгорания) и, одним из следствий этого, к росту концентрации непрореагировавших компонентов топлива в продуктах сгорания, истекающих из сопла на переходных режимах работы ЖРДМТ. Непрореагировавшие компоненты топлива, оседая в виде пленки на наружные поверхности корабля, в т.ч. на оптические приборы, солнечные батареи и т.д., ухудшают условия эксплуатации космического корабля в космосе и создают вокруг корабля в течение всего срока эксплуатации (до 15 лет) высокотоксичное и загрязняющее облако паров компонентов.
Известна камера ЖРДМТ (п. РФ №2192555, з. №2000116492 от 22.06.2000, МПК7 F 02 K 9/62, 9/52), содержащая корпус камеры и смесительную головку с расположенной по ее оси двухкомпонентной центробежной форсункой с внутренней и наружной камерами закручивания, соединенными с соответствующими каналами подвода компонентов топлива, и периферийными струйными форсунками, сообщенными с каналами подвода компонента топлива к наружной
камере закручивания, причем внутренняя камера закручивания и тангенциальные каналы под-вода в нее компонента выполнены в стержне, уплотненном в смесительной головке соосно наружной камере закручивания.
Недостатком данной конструкции является сложность обеспечения герметичности соединения стержня со смесительной головкой при сохранении геометрических параметров тонкостенной внутренней форсунки.
Целью предлагаемой модели является снижение трудоемкости изготовления камеры ЖРДМТ, упрощение технологии ее изготовления; повышение стабильности характеристик ЖРДМТ.
Данная цель достигается тем, что в камере ЖРДМТ, содержащей корпус камеры, смесительную головку с расположенной по ее оси двухкомпонентной центробежной форсункой с внутренней и наружной камерами закручивания, соединенными с соответствующими каналами подвода компонентов топлива, и периферийными струйными форсунками, сообщенными с каналами подвода компонента к наружной камере закручивания, внутренняя камера закручивания с тангенциальными каналами подвода в нее компонента топлива выполнена в стержне, уплотненном в смесительной головке соосно наружной камере закручивания, а согласно новому решению стержень уплотнен по торцевой поверхности камеры закручивания.
В предпочтительном варианте сопловая часть внутренней форсунки выполнена в смесительной головке.
На наружной поверхности стержня в зоне торцевой поверхности камеры закручивания выполнен кольцевой центрирующий буртик.
Предлагаемое решение поясняется чертежом, на котором показан продольный разрез камеры ЖРДМТ.
Предлагаемая камера ЖРДМТ состоит из корпуса 1, смесительной головки 2, камеры 3. В корпусе 1 выполнены каналы окислителя 4 и горючего 5. Смесительная головка 2 установлена в корпусе 1 и ее входные каналы горючего 6 и
окислителя 7 сообщены с соответствующими каналами 5 и 4 в корпусе 1. В осевом отверстии смесительной головки 2 установлен стержень 8 с кольцевым коллектором горючего 9, камерой закрутки 10 (внутренней) с тангенциальными отверстиями 11. Непосредственно в смесительной головке 2 выполнена сопловая часть (сопло 12) форсунки горючего. В кольцевой проточке смесительной головки образован коллектор 13 путем установки втулки окислителя 14 с тангенциальными отверстиями 15 и соплом 16. Форсунка окислителя представляет собой ценробежную форсунку открытого типа и ее камера закрутки (наружная) совпадает с соплом 16. Во втулке окислителя выполнены струйные форсунки 17, равномерно распределенные на окружности концентричной соплам соосных центробежных форсунок. На наружной поверхности стержня 8 в зоне торцевой поверхности камеры закручивания выполнен кольцевой центрирующий буртик 18.
Предлагаемая камера ЖРДМТ работает следующим образом. Компоненты топлива, проходя по подводящим каналам окислителя 4 и горючего 5 попадают во входные каналы окислителя 7 и горючего 6. Далее окислитель поступает в коллектор 13 распределяется и подводится к тангенциальным отверстиям 15 и струйным форсункам 17, выполненным во втулке окислителя 14. Горючее из коллектора 9 подводится к тангенциальным отверстиям 11, расположенным в стержне 8. Тангенциально закрученные окислитель и горючее, истекая из соответствующих камер закручивания и сопел 16 и 12 в виде полых конусов, сталкиваются в корневой зоне конуса окислителя и самовоспламеняются. Струи окислителя, истекая из форсунок 17, пронизывают конуса окислителя и горючего, дополнительно интенсифицируя процессы перемешивания и горения компонентов топлива, попадают на стенку камеры сгорания и, растекаясь по ней, образуют защитное пленочное охлаждение. Воспламенившиеся компоненты топлива, истекая из камеры сгорания и сопла, создают тягу.
Такое исполнение форсунки упрощает технологический процесс изготовления
и обеспечивает высокую стабильность характеристик конуса распыла.
к
Как показали экспериментальные исследования, проведенные на 10 экземплярах форсунок автономно и в составе двигателей, в процессе изготовления обеспечивается высокая равномерность (коэффициент неравномерности не более 1,5) и стабильные характеристики конусов распыла (разброс угла конуса не превышает 3°) при возросших величинах этих конусов (конуса горючего на 10°, суммарного конуса окислителя и горючего на 30°). Вследствие повышенного угла суммарного конуса распыла и равномерно распределенной по сечению камеры сгорания топливной смеси более эффективно используется объем камеры сгорания и, соответственно, увеличивается эффективность смесеобразования и рабочего процесса. Коэффициент камеры (φ) предлагаемой камеры достигает 0,95. Таким образом, предлагаемая камера ЖРДМТ позволяет снизить трудоемкость изготовления, упростить технологию изготовления центробежной форсунки горючего, обеспечить стабильность характеристик конусов распыла окислителя и горючего, совместного конуса распыла топливной смеси, повысить эффективность процессов смесеобразования и горения в камере, а также улучшить динамические характеристики ЖРДМТ по сравнению с известными.