ДВУХКОМПОНЕНТНАЯ СООСНО-СТРУЙНАЯ ФОРСУНКА
TWO-COMPONENT COAXIAL JET NOZZLE

Изобретение относится к жидкостным ракетным двигателям.
В ЖРД широкое распространение получили двухкомпонентные соосно-струйные форсунки, позволяющие получить определенную полноту сгорания компонентов топлива при устойчивом горении.
Создание перспективных ЖРД требует получения предельно высоких энергетических характеристик.
В настоящее время известен целый ряд конструкторских решений по соосно-струйным форсункам, направленных на повышение полноты сгорания компонентов топлива.
В патенте RU 2291977С1 изложена конструкция соосно-струйной форсунки, в которой в выходной части наконечника выполнены радиально расположенные пазы с толщиной пучка, равной 2,3÷3 толщины луча. Это решение не позволяет получить предельно высокое значение по экономичности из-за ограниченной величины контакта компонентов топлива в реакционной зоне.
В патенте RU 2171427 С2 изложена конструкция соосно-струйной форсунки, в которой полый наконечник на расстоянии 1÷4 внутреннего диаметра от выходного сечения имеет сквозные каналы, площадь которых меньше площади проходного сечения наконечника. Данное конструкторское решение позволяет улучшить экономичность на режиме дросселирования, но увеличивает перепад давления по линии наконечника и главное не увеличивает зоны взаимодействия компонентов топлива и, как следствие, не реализует предельно допустимых параметров по экономичности.
Известна конструкция соосно-струйной форсунки, описанная в патенте RU 2161719 С2 от 23.02.1999 г. (принятая за прототип), в которой полый наконечник и втулка имеют эквидистантную крестообразную форму.
Недостатком данной конструкции является незначительная зона контакта компонентов топлива. Выполнение выходной части форсунки в виде крестообразной формы позволяет увеличить по сравнению с обычной соосно-струйной форсункой реакционную зону контакта компонентов топлива только в 1,4 раза, что не позволяет существенно увеличить реакционную зону контакта компонентов топлива и, как следствие, получить более совершенное смесеобразование и предельные экономические характеристики, т.е. более высокий удельный импульс тяги двигателя.
Поставленная задача достигается тем, что двухкомпонентная соосно-струйная форсунка содержит полый наконечник, соединяющий полость одного компонента с зоной горения, втулку, охватывающую с кольцевым зазором наконечник и соединяющую полость другого компонента с зоной горения. Согласно изобретению, в выходной части цилиндрический наконечник на длине 2,5-3,0 его внутреннего диаметра имеет плавно расширяющуюся поверхность, образующую в поперечном сечении окружности, соединенные продольными каналами с центральной частью на выходе, и утопленную относительно выходного торца втулки до 1,0 его диаметра.
Сущность предполагаемого изобретения поясняется схемами, показанными на фиг. 1 и 2.
На фиг. 1 показан продольный разрез двухкомпонентной соосно-струйной форсунки, у которой полый наконечник 1, расположенный внутри охватывающей его втулки 2 с кольцевым зазором 8, имеет развитую поверхность 5 и соединяет полость одного компонента 3 с зоной горения, а полость другого компонента 4 соединена кольцевым зазором 8 с зоной горения.
2
l
На фиг. 2 показан вид с торца двухкомпонентной соосно-струйной форсунки, у которой показана развитая поверхность 5, состоящая из нескольких окружностей 6 диаметром d, расположенных на диаметре d, соединенных продольными каналами 7 с центральной частью 9 полого наконечника 1, а также торцевая часть втулки 2.
Двухкомпонентная соосно-струйная форсунка работает следующим образом.
2
1
Один компонент топлива из полости головки 3 поступает во внутреннюю полость наконечника 1. В выходной части 5 на расстоянии примерно (2,5÷3)d от торца наконечника 1 цилиндрическая его часть плавно расширяется с образованием на выходе нескольких окружностей 6 с диаметром d, расположенных на окружности d и соединенных продольными каналами 7 с центральной его частью 9. Поступая из цилиндрической полости наконечника 1, компонент в выходной части наконечника приобретает развитую форму с реакционной зоной, увеличенной примерно в 2 раза (т.к. внутренняя цилиндрическая поверхность наконечника в 2 раза меньше его развитой поверхности на выходе).
Другой компонент из полости 4 по кольцевому зазору 8 поступает в выходную развитую часть форсунки и, обтекая плавно расширяющуюся выходную часть 5 наконечника 1, приобретает увеличенную в 2 раза контактную поверхность взаимодействия с другим компонентом.
Использование предложенного технического решения позволяет обеспечить предельно высокую полноту сгорания компонентов топлива и предельно высокие энергетические характеристики ЖРД.