КАМЕРА ЖИДКОСТНОГО РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ

Полезная модель относится к области ракетной техники, а именно - к двигателестроению и может быть использовано при создании камер жидкостных ракетных двигателей (ЖРД).
Одним из основных направлений в совершенствовании ЖРД является увеличение давления в камере. В свою очередь, увеличение давления ограничивается прочностью камеры ЖРД, и, в первую очередь, прочностью тракта охлаждения.
В настоящее время в основном применяется регенеративное охлаждение огневой стенки камеры ЖРД, заключающее в подаче охладителя по специальным пазам, выполненным между внутренней огневой, и наружной силовой оболочками, скрепленными между собой по вершинам пазов тракта охлаждения при помощи пайки специальным припоем.
Прочность тракта охлаждения определяется прочностью паяных швов между внутренней и наружной оболочками, из-за того, что прочность припоя ниже прочности материала оболочек. Для увеличения прочности паяного соединения необходимо увеличение площади соприкосновения контактируемых поверхностей. Увеличение толщины ребра нецелесообразно из-за того, что это ведет к уменьшению числа ребер и увеличению перепада давлений в тракте охлаждения камеры. Как правило, при увеличении давления внутри тракта охлаждения, оболочка теряет устойчивость и вспучивается в цилиндрической части, т.к в сужающейся части камеры происходит уменьшение внутреннего диаметра оболочки, что ведет к уменьшению внутренних напряжений.
Известна камера жидкостного ракетного двигателя, содержащая смесительную головку, внутреннюю профилированную оболочку, на внешней поверхности которой выполнены ребра тракта охлаждения, наружную профилированную оболочку, установленную на внутреннюю и скрепленную с ней, например, при помощи пайки по вершинам ребер (М.В. Добровольский и др. ″Жидкостные ракетные двигатели. Основы проектирования″, Москва, ″Высшая школа″, 1968 г., рис. 4.26.г., стр. 166-167 - прототип).
В данной камере охладитель подается в тракт охлаждения, движется по пазам между ребрами и охлаждает огневую поверхность внутренней профилированной оболочки.
Недостатками данной камеры является то, что, за счет соединения оболочек между собой только по вершинам ребер, при увеличении давления в тракте охлаждения не обеспечивается прочность и устойчивость внутренней оболочки, что ведет к потере работоспособности камеры.
Задачей предлагаемой полезной модели является устранение указанных недостатков и создание камеры ЖРД, конструкция которой позволит повысить давление в тракте охлаждения камеры и улучшить условия перемешивания охладителя, поступающего по изолированным каналам.
Решение указанной задачи достигается тем, что в предложенной камере жидкостного ракетного двигателя, содержащей смесительную головку, внутреннюю профилированную оболочку, на внешней поверхности которой выполнены ребра тракта охлаждения, наружную профилированную оболочку, установленную на внутреннюю и скрепленную с ней по вершинам ребер тракта охлаждения, причем упомянутые оболочки и ребра образуют каналы охлаждения, согласно техническому решению, между ребрами тракта охлаждения выполнены полые перемычки, соединяющие вершины ребер между собой, причем наружный профиль указанных перемычек соответствует профилю тракта охлаждения, при этом между перемычками и ребрами выполнены кольцевые радиальные канавки, причем ширина канавки не превышает ширины канала тракта охлаждения в месте выполнения упомянутых канавок.
Критерий ширина канавки не превышает ширины канала тракта охлаждения в месте выполнения упомянутых канавок выбран исходя из того, что при дальнейшем его увеличении происходит ослабление оболочки в месте выполнения перемычек из-за увеличения длины неподкрепленных участков.
В варианте исполнения, перемычки соединяют вершины всех ребер между собой с образованием единой кольцевой поверхности.
В варианте исполнения, перемычки соединяют вершины всех ребер между собой с образованием единой кольцевой поверхности, наружный профиль которой эквидистантен внутреннему профилю наружной оболочки в месте контакта с наружной поверхностью внутренней оболочки.
Наиболее оптимальные условия для работы камеры достигаются в случае, когда перемычки соединяют вершины всех ребер между собой с образованием единой кольцевой поверхности, наружный профиль которой эквидистантен внутреннему профилю наружной оболочки в месте контакта с наружной поверхностью внутренней оболочки.
В этом случае кольцевые поверхности перемычек образуют дополнительные бандажи жесткости, которые увеличивают устойчивость оболочки при воздействии на нее давления охладителя в пазах тракта охлаждения. Кроме этого, кольцевая поверхность перемычки позволяет увеличить площадь поверхности под пайку без увеличения толщины ребра и увеличения перепада давления в тракте, уменьшить в несколько раз длину неподкрепленной части ребра за счет образования дополнительных опор.
Сущность полезной модели иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 показан продольный осевой разрез камеры ЖРД, на фиг. 2 - поперечный разрез тракта, на фиг. 3 - часть тракта охлаждения с перемычками в аксонометрии.
Камера ЖРД содержит смесительную головку 1, внутреннюю профилированную оболочку 2, на внешней поверхности которой выполнены ребра 3 тракта охлаждения 4. Между ребрами 3 тракта охлаждения выполнены полые перемычки 5, соединяющие вершины ребер между собой. На внутреннюю профилированную оболочку 2 установлена наружная профилированная оболочка 6 при помощи пайки по вершинам ребер 3 и полым перемычкам 5. Между перемычками 5 и ребрами 3 выполнены кольцевые радиальные канавки 7.
Предложенное устройство работает следующим образом.
Охладитель подается в тракт охлаждения 4, движется по пазам между ребрами 3 и охлаждает огневую поверхность внутренней профилированной оболочки 2. За счет соединения оболочек между собой не только по вершинам ребер 3, но и по дополнительным поверхностям полых перемычек 5, происходит увеличение устойчивости и прочности внутренней оболочки 2. Струи охладителя, поступая в полые перемычки 5 и выходя из них, перемешиваются в кольцевых радиальных канавках 7, что улучшает равномерность распределения охладителя по каналам охлаждения.
Повышенная устойчивость и прочность внутренней оболочки 2 позволяет увеличить давление в тракте охлаждения камеры и в самой камере, что, в конечном итоге, позволяет повысить эффективность рабочего процесса.
Проведенные расчеты показали, что при выполнении одного пояса перемычек давление внутри тракта охлаждения может быть повышено на 25-30%.
Использование предложенного технического решения позволит создать камеру ЖРД, конструкция которой позволяет снизить трудоемкость изготовления внутренней оболочки и улучшить условия перемешивания охладителя, поступающего по изолированным каналам тракта охлаждения.