КАМЕРА ЖИДКОСТНОГО РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ (ЖРД), РАБОТАЮЩАЯ ПРИ ВЫСОКИХ ДАВЛЕНИЯХ
CHAMBER OF A LIQUID PROPELLANT ROCKET ENGINE OPERATING AT HIGH PRESSURES

В настоящее время к разрабатываемым жидкостным ракетным двигателям предъявляются предельно высокие требования по экономичности и массовым характеристикам.
Обеспечение высокой экономичности требует выполнения сверхзвуковой части сопла с высокой степенью расширения (отношения площади выходного сечения сопла к площади критического сечения) порядка ~150 и выше.
В разрабатываемых в России двигателях сверхзвуковые части сопла состоят из нескольких секций, соединенных между собой с помощью сварки.
Известна конструкция охлаждаемого сопла «Маршевый двигатель ракеты-носителя «Энергия» кислородно-водородный ЖРД РД0120» УДК 629.7036.54-6 стр. 130 - принятая за прототип.
2
Большегабаритное сопло этого двигателя длиной ~3 м и срезом сопла 2,28 м выполнено из трех паяных секций, соединенных между собой с помощью сварки. Паяные секции имеют постоянную толщину ребер и переменную величину канала охлаждения. Максимальное давление охладителя в сопле возможно не более 400÷450 кгс/см.
2
Недостатком такой конструкции является большая масса сопла из-за стыков блоков и невозможность обеспечения высоких значений давления ~800÷850 кгс/см.
2
В последнее время развитие высоких технологий (получение конструкций сопловой части с помощью лазерного спекания) дало возможность обеспечить в трактах охлаждения давление ~850 кгс/см, что обеспечивает существенное повышение энергетических характеристик двигателей, работающих, например, по схеме «газ-газ».
Поставленная задача улучшения энергомассовых характеристик достигается тем, что камера ЖРД, работающая при высоких давлениях, содержащая сверхзвуковую часть сопла с каналами охлаждения, согласно изложению, каналы охлаждения с ребрами с изменяющимся углом поворота вдоль продольной оси камеры до места перехода на увеличенное количество каналов и ребер, которое определяется толщиной ребер и величиной каналов по зависимости  а для обеспечения выравнивания расхода охладителя в ребрах выполнены выборки, соединенные между собой каналами в кольцевом ребре.
ребра
δ - толщина ребра;
канала
δ - толщина канала;
n - число ребер;
α - угол наклона ребер сопловой части 2;
D - переменный диаметр профиля сопловой части 2;
Сущность предлагаемого изобретения поясняется схемами, показанными на фиг. 1 и 2.
На фиг. 1 показана камера 1 со сверхзвуковой частью сопла 2, подводной магистралью 3 и отводной магистралью 4, где:
1
1
5 - переменные каналы охлаждения в количестве n на выходе имеющие угол α;
1
1
6 - ребра переменной толщины в количестве n на выходе имеющие угол α;
7 - кольцевая стенка;
2
2
8 - переменные каналы охлаждения в количестве n, на выходе имеющие угол α;
2
2
9 - ребра переменной толщины в количестве n, на выходе имеющие угол α.
На фиг. 2 показан переток охлаждающего компонента через отверстия 10 в кольцевой стенке 11 в выборках 12 в ребрах 6 и 9.
1
1
Камера работает следующим образом. По соответствующей команде охлаждающий компонент поступает в подводную магистраль 3, расположенную на сверхзвуковой части 2 камеры 1. Из подводной магистрали 3 охлаждающий компонент поступает в n каналов охлаждения 5. Поступая по каналам охлаждения с изменяющимся углом поворота по длине сопла, охлаждающий компонент охлаждает ребра 6 переменного сечения (из-за увеличения проточной газовой полости сопла) до диаметра D равного
pe6pa
канала
где t и t - допустимая величина толщины ребра и допустимая величина канала охлаждения, определяются расчетом охлаждения.
канала
t - величина продольного сечения канала;
ребра
t - толщина ребра;
1
n - число каналов в сверхзвуковой части 2;
1
α - угол наклона каналов в сверхзвуковой части 2;
2
n - число каналов в другой сверхзвуковой части сопла;
2
α - _угол наклона каналов 8 в другой части сопла.
1
2;
1
cp
На диаметре D охлаждающий компонент проходит через отверстия 10 в кольцевой стенке 11 и выравнивается в проточках 12 ребер 6 и 9 и поступает в охлаждающие каналы 8 в количестве n значительно больше количества n. Протекая по каналам переменной величины 8 с изменяющимся углом поворота по длине, компонент охлаждает ребра 9 переменного сечения до диаметра D, равного
У среза сопла охладитель разворачивается и поступает в выходную магистраль 4.
2
Использование предложенного технического решения позволяет существенно повысить давление в тракте охлаждения до 850 кгс/см и улучшить массовые характеристики за счет устранения стыков и значительно повысить энергетические характеристики камеры двигателя, работающего, например, по схеме «газ-газ».