КАМЕРА ЖИДКОСТНОГО РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ
LIQUID-PROPELLANT ROCKET ENGINE CHAMBER

Изобретение относится к области ракетного двигателестроения и может быть использовано при создании безгазогенераторных жидкостных ракетных двигателей (ЖРД), работающих на криогенных компонентах топлива.
Одной из основных проблем, возникающих при создании безгазогенераторных ЖРД, является сравнительно низкое давление в камере сгорания из-за невозможности обеспечения подогрева компонента топлива, используемого для привода турбины турбонасосного агрегата, в тракте охлаждения камеры до высокой температуры.
Известен ЖРД HIPEX, содержащий камеру, включающую в себя регенеративно охлаждаемую камеру сгорания с критическим сечением и соплом, смесительную головку с соосно-струйными форсунками и запальным устройством, агрегаты управления и два турбонасосных агрегата, при этом во внутренней полости камеры сгорания установлен теплообменник, состоящий из двух частей: внутренней оболочки с прямоугольными фрезерованными каналами и внешней оболочки, которые жестко соединены между собой с помощью диффузионной пайки (Шляхов В.И., Овчинникова С.В. ЖРД безгенераторной схемы для межорбитальных буксиров. Обзор по материалам зарубежной печати за 1980 - 1990 г. г №30. Центр научно-технической информации «Поиск», ГОНТИ-8. 1991, стр. 54-56 - прототип).
Указанный ЖРД работает следующим образом.
Горючее из насоса турбонасосного агрегата поступает в охлаждающий тракт камеры сгорания, затем проходит через теплообменник, установленный во внутренней полости камеры сгорания, и тракт охлаждения сверхзвуковой части сопла камеры поступает на турбины турбонасосных агрегатов и в смесительную головку камеры. Окислитель подается из насоса турбонасосного агрегата в смесительную головку камеры.
В камере компоненты топлива воспламеняются, сгорают и истекают из сопла. Продукты сгорания, контактируя с внутренней поверхностью камеры и теплообменника, отдают тепло горючему, которое приводит в действие турбины и связанные с ними насосы турбонасосных агрегатов.
Основными недостатками данного ЖРД являются значительная сложность конструкции камеры и высокая стоимость ее изготовления.
Задачей изобретения является устранение указанных недостатков и повышение давления в камере ЖРД за счет улучшения условий теплообмена между продуктами сгорания топлива и компонентом топлива, используемого для привода турбин турбонасосных агрегатов.
Решение указанной задачи достигается тем, что предложенная камера ЖРД, согласно изобретению, содержит, охлаждаемое сопло, смесительную головку, состоящую из корпуса, коллектора, днища и соосно-струйных форсунок, расположенных равномерно по концентрическим окружностям, установленные между соплом и смесительной головкой теплообменных элементов, выполненных в виде двух коаксиально установленных труб на одной из которых выполнены пазы, при этом концы труб теплообменных элементов закреплены в трубных досках, образующих подводящий и отводящий коллекторы компонента топлива используемого для привода турбин турбонасосных агрегатов, закрепленные на смесительной головке и сопле камеры, причем выходная часть каждой соосно-струйной форсунки соединена с теплообменным элементом.
Предлагаемая камера ЖРД, за счет своих отличительных признаков обеспечивает решение поставленной технической задачи - повышение давления в камере ЖРД за счет улучшения условий теплообмена между продуктами сгорания топлива и компонентом топлива, используемого для привода турбин турбонасосных агрегатов.
Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 показан общий вид камеры ЖРД в продольном разрезе, на фиг. 2 - продольный разрез смесительной головки, на фиг. 3 - продольный разрез теплообменного элемента, на фиг. 4 - поперечный разрез теплообменного элемента.
Предложенная камера ЖРД содержит охлаждаемое сопло 1, смесительную головку 2 и теплообменные элементы 3.
Смесительная головка 2 состоит из корпуса 4, коллектора 5, днища 6 и соосно-струйных форсунок 7, расположенных равномерно по концентрическим окружностям. При этом выходная часть каждой соосно-струйной форсунки 7 соединена с теплообменным элементом 3.
Теплообменные элементы 3 содержат трубы 8 и 9, установленные коаксиально при этом на наружной поверхности трубы 9 выполнены пазы 10. Выходная часть труб 8 и 9 теплообменных элементов 3 закреплена в трубных досках 11, 12, образующих подводящий коллектор 13. Входная часть труб 8 и 9 теплообменных элементов 3 закреплена в трубных досках 14 и 15, образующих отводящий коллектор 16.
Предложенная камера ЖРД работает следующим образом.
Горючее, поступающее из насоса турбонасосного агрегата горючего ЖРД, разделяется на две части. Основная часть горючего поступает в подводящий коллектор 13, где оно равномерно распределяется между теплообменными элементами 3. Оставшаяся часть горючего направляется на охлаждения сопла 1. По пазам 10 горючее поступает в отводящий коллектор 16, после чего смешивается с частью горючего, поступающего из сопла 1, и далее направляется на турбины турбонасосных агрегатов ЖРД. После прохождения через турбины турбонасосных агрегатов ЖРД горючее направляется в коллектор 5 смесительной головки 2 и далее через соосно-струйные форсунки 7 во внутреннюю полость труб 9.
Окислитель подается из насоса турбонасосного агрегата окислителя ЖРД в смесительную головку 2 и далее через соосно-струйные форсунки 7 во внутреннюю полость труб 9.
Во внутренней полости трубы 9 компоненты топлива смешиваются и сгорают.
Продукты сгорания компонентов топлива, контактируя с внутренней поверхностью трубы 9, отдают тепло горючему, которое приводит в действие турбины и связанные с ними насосы турбонасосных агрегатов ЖРД.
Использование предлагаемого изобретения позволит повысить давления в камере ЖРД за счет улучшения условий теплообмена между продуктами сгорания топлива и компонентом топлива, используемого для привода турбин турбонасосных агрегатов.