ФОРСУНОЧНАЯ ГОЛОВКА КАМЕРЫ СГОРАНИЯ ЖРД
BURNER PLATE OF LIQUID-PROPELLANT ROCKET ENGINE COMBUSTION CHAMBERS (LPE)

Изобретение относится к ракетному двигателестроению и может быть использовано при разработке форсуночных головок камер сгорания жидкостных ракетных двигателей (ЖРД), содержащих систему воспламенения. Одной из основных проблем при создании ЖРД, работающих на несамовоспламеняющихся компонентах топлива, является обеспечение надежной работы системы воспламенения, в том числе обеспечение пожаровзрывобезопасности за счет принятия специальных мер по предотвращению контакта горючего с окислителем до его поступления в полость камеры сгорания.
ЖРД является генератором широкого спектра вибрационных нагрузок, которые могут приводить к разрушению арматуры питания, в том числе трубопроводов подачи горючего к средствам воспламенения.
Известна камера с форсуночной головкой, в которой средства воспламенения выполнены из струйных форсунок, установленных за внутренним огневым днищем в силовом корпусе камеры (пат. RU №2158841, заявка №99101161/06 от 21.01.99 г.). При такой схеме обеспечивается отсутствие контакта элементов системы воспламенения с полостью окислителя камеры. Однако в такой конструкции есть существенный недостаток - в случае разрушения трубопровода, подводящего горючее к форсунке, высокотемпературный газ из камеры сгорания начнет поступать в образовавшуюся негерметичность с последующим разгаром и разрушением камеры.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение надежности работы камеры сгорания ЖРД за счет исключения возможности ее разрушения в случае разрушения подводящего трубопровода горючего системы воспламенения, а также за счет исключения контакта элементов системы воспламенения с полостью окислителя камеры.
Указанная задача достигается тем, что в форсуночной головке камеры сгорания ЖРД, содержащей корпус и огневое днище с установленной в них форсункой горючего, согласно изобретению торец форсунки горючего утоплен в огневое днище, а в огневом днище вокруг форсунки горючего выполнен канал переменного сечения (с входной частью, сужающейся частью и минимальным проходным сечением), соединяющий полость горючего форсуночной головки с полостью камеры сгорания, при этом диаметр d минимального сечения канала, выполненного в огневом днище, выбирается так, чтобы края струи горючего, выходящего из форсунки с углом раскрытия 10-12°, не пересекались с краем отверстия диаметром d.
Для обеспечения соосности канала форсунки горючего относительно минимального сечения канала огневого днища на форсунке горючего выполнены направляющие ребра.
Для исключения контакта элементов системы воспламенения с полостью окислителя форсуночной головки, каналы для подвода горючего к форсунке выполнены в корпусе смесительной головки.
Сущность предложенного изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показан осевой разрез форсуночной головки с системой воспламенения, на фиг.2 - осевой разрез форсунки горючего и канала в огневом днище.
Основными элементами предложенной форсуночной головки являются:
1 - корпус;
2 - огневое днище;
3 - форсунка горючего;
4 - каналы для подвода горючего, выполненные в корпусе;
5 - канал для подвода горючего, выполненный в огневом днище;
6 - штуцер;
7 - полость окислителя;
8 - полость горючего;
9 - заглушка.
Форсуночная головка представляет собой паяно-сварную конструкцию, содержащую корпус 1, огневое днище 2, форсунку горючего 3, каналы 4 для подвода горючего, выполненные в корпусе; канал для подвода горючего 5, выполненный в огневом днище; штуцер 6. В корпусе с входной стороны выполнена полость окислителя 7, а с другой - между днищем корпуса и огневым днищем 4 выполнена полость горючего 8.
В форсунке горючего 3 выполнен канал 10 переменного сечения. Канал 5 в огневом днище 2 выполнен с переменным сечением - входной частью 11, сужающейся частью 12 и минимальным проходным сечением 13.
Для обеспечения беспрепятственного выхода горючего из форсунки горючего в огневую полость камеры сгорания диаметр d минимального сечения канала, выполненного в огневом днище, выбирается так, чтобы края струи горючего, выходящего из форсунки с углом раскрытия 10-12°, не пересекались с краем отверстия диаметром d.
Для обеспечения соосности канала 10 форсунки горючего и канала 13 огневого днища на форсунке горючего выполнены направляющие ребра 14, которые центрируют форсунку горючего относительно канала в огневом днище.
Для исключения контакта элементов системы воспламенения с полостью окислителя форсуночной головки каналы для подвода горючего к форсунке выполнены в корпусе головки.
Предложенная форсуночная головка в случае разрушения подводящего трубопровода горючего системы воспламенения работает следующим образом.
Горючее из полости горючего 8 форсуночной головки поступает как в канал 10 форсунки горючего, так и в отверстие 13 огневого днища, тем самым препятствуя попаданию высокотемпературных продуктов сгорания из огневой полости камеры сгорания в форсунку горючего и, соответственно, препятствуя лавинообразному разрушению форсуночной головки.
Изобретение позволит повысить надежность работы камеры сгорания ЖРД.
Экспериментальные работы, проведенные авторами и заявителем с системой воспламенения, содержащей предложенные решения, показали ее высокую надежность, в том числе и при разрушении подводящего трубопровода горючего системы воспламенения.