×
27.01.2014
216.012.9c37

Результат интеллектуальной деятельности: СООСНО-СТРУЙНАЯ ФОРСУНКА

Вид РИД

Изобретение

№ охранного документа
0002505697
Дата охранного документа
27.01.2014
Аннотация: Изобретение относится к области энергетических установок, а именно - к устройствам для перемешивания и распыливания компонентов топлива, и может быть использовано при разработке форсунок и смесительных головок жидкостных ракетных двигателей (ЖРД). Соосно-струйная форсунка содержит корпус с полым наконечником, в четырехлучевой выходной части которого имеются радиально расположенные пазы, выполненные в виде чередующихся выступов и впадин, соединяющие полость окислителя с зоной горения, втулку, охватывающую с зазором наконечник и соединяющую полость первого горючего с зоной горения, причем во втулке, между выступами наконечника, выполнены каналы, выходная часть которых открывается в зону горения, а входная - соединяется с полостью второго горючего, при этом наружный профиль каналов эквидистантен выходной части наконечника. Изобретение обеспечивает полноту смесеобразования. 2 ил.
Основные результаты: Соосно-струйная форсунка, характеризующаяся тем, что она содержит корпус с полым наконечником, в четырехлучевой выходной части которого имеются радиально расположенные пазы, выполненные в виде чередующихся выступов и впадин, соединяющие полость окислителя с зоной горения, втулку, охватывающую с зазором наконечник и соединяющую полость первого горючего с зоной горения, причем во втулке, между выступами наконечника, выполнены каналы, выходная часть которых открывается в зону горения, а входная - соединяется с полостью второго горючего, при этом наружный профиль каналов эквидистантен выходной части наконечника.

Изобретение относится к области энергетических установок, а именно - к устройствам для перемешивания и распыливания компонентов топлива, и может быть использовано при разработке форсунок и смесительных головок жидкостных ракетных двигателей (ЖРД).

На настоящем этапе развития космических транспортных средств сложилась ситуация, когда возможности по совершенствованию химических ракетных двигателей традиционных типов (на основе стационарных или медленно протекающих рабочих процессов) практически полностью исчерпаны и ограничены незначительным улучшением энергомассовых характеристик, достигаемым, как правило, в ущерб надежности, безопасности и экологичности.

Для разработки в дальнейшем наиболее эффективных одноступенчатых систем выведения необходимо создание ЖРД нового поколения, работающих при использовании с жидким кислородом двух горючих - водорода и углеводородного горючего (УВГ), чаще всего керосина. Основным преимуществом трехкомпонентных ЖРД по сравнению с двухкомпонентными кислородно-водородными двигателями является уменьшение потребных запасов водорода в 1,5…2 раза, что позволит сократить затраты на выведение полезной нагрузки. Это обеспечит также уменьшение "сухой" массы конструкции носителя. Проведенные исследования показали конкурентоспособность и значительную эффективность ЖРД, работающих на трехкомпонентном топливе (жидкий кислород - углеводородное горючее/керосин - жидкий водород).

Одной из основных проблем при создании устройств для перемешивания и распыливания компонентов топлива является обеспечение предельно возможной полноты сгорания компонентов, что обеспечивается увеличением площади поверхности соприкосновения компонентов и уменьшением характерного поперечного размера струи одного из компонентов. В известных форсунках выполнение указанных условий приводит к значительному усложнению конструкции.

Известна коаксиальная соосно-струйная форсунка, содержащая наконечник в виде полого цилиндра, соединяющий полость жидкого окислителя с зоной горения (полостью камеры сгорания), втулку с цилиндрической внутренней поверхностью, охватывающую с зазором наконечник и соединяющую полость газообразного горючего с зоной горения (В.Е.Алемасов и др. «Теория ракетных двигателей». Учебник для студентов машиностроительных специальностей вузов, М., Машиностроение, 1980, рис.18.2, стр.225-226). В данной форсунке окислитель подается в зону горения по осевому каналу внутри наконечника, а горючее - по кольцевому зазору между втулкой и наконечником. На выходе из форсунки струя окислителя имеет форму сплошного конуса, обращенного вершиной к наконечнику форсунки, а струя горючего - форму полого конуса. Контакт горючего и окислителя происходит по поверхности сплошного конуса. Такая схема подачи не обеспечивает качественного распыла компонентов топлива, что приводит к уменьшению коэффициента полноты сгорания топлива, и, соответственно, потерям удельного импульса тяги.

Известна соосно-струйная форсунка, содержащая полый наконечник, соединяющий полость одного компонента топлива с зоной горения, втулку, охватывающую с зазором наконечник и соединяющую полость другого компонента топлива с зоной горения, при этом в выходной части наконечника выполнены радиально расположенные пазы, а внутренняя поверхность втулки выполнена эквидистантно профилированной наружной поверхности пазов наконечника (патент РФ №2161719 от 23.02.99 МПК: Р02К 9/53, 9/60).

Увеличение полноты смесеобразования при использовании данных форсунок происходит за счет профилирования выходной части струи, увеличения периметра контакта компонентов и уменьшения длины нераспавшейся части струи.

Основными недостатками данной форсунки является то, что ее конструкция не позволяет использовать форсунку для работы в качестве трехкомпонентной, для трехкомпонентного двигателя, работающего на режиме первой ступени на компонентах топлива «кислород-керосин-водород» с последующим переходом на режиме второй и последующих ступеней на компоненты топлива ««кислород-водород».

Известна топливная форсунка камеры сгорания жидкостного ракетного двигателя, содержащая имеющий осевой вход и выход трубчатый корпус с основным осевым каналом, а также не менее чем на одном пилоне закрепленную коаксиально корпусу внутри него глухую трубку, выполненную зацело с пилоном и трубчатым корпусом, причем в пилоне выполнено не менее чем одно входное сквозное отверстие, простирающееся вдоль пилона от наружной поверхности форсунки до осевого канала в глухой трубке со стороны ее глухого конца, причем канал глухой трубки образован со стороны выхода ее глухим осевым каналом, а со стороны входа - входным сквозным отверстием в пилоне, при этом основной осевой канал трубчатого корпуса со стороны выхода выполнен со ступенчатым расширением, в которое направлены выполненные тангенциально относительно оси форсунки сквозные отверстия, простирающиеся со стороны наружной поверхности форсунки до пересечения с основным осевым каналом (патент РФ №2232916, МПК: F02K 9/53, 9/60 - прототип).

Основным недостатком данной форсунки является значительная сложность конструкции и пониженная полнота рабочего процесса, вызванная тем, что расширение струи водорода происходит в полости керосина, что приводит к нерасчетным условиям работы и потерям удельного импульса тяги.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков и создание коаксиальной соосно-струйной форсунки, конструкция которой позволит использовать ее в качестве трехкомпонентной с обеспечением повышенной полноты смесеобразования.

Поставленная задача достигается тем, что предложенная соосно-струйная форсунка согласно изобретению содержит корпус с полым наконечником, в четырехлучевой выходной части которого имеются радиально расположенные пазы, выполненные в виде чередующихся выступов и впадин, соединяющие полость окислителя с зоной горения, втулку, охватывающую с зазором наконечник и соединяющую полость первого горючего с зоной горения, причем во втулке, между выступами наконечника, выполнены каналы, выходная часть которых открывается в зону горения, а входная - соединяется с полостью второго горючего, при этом наружный профиль каналов эквидистантен выходной части наконечника.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 показан осевой разрез предложенной форсунки, на фиг.2 - поперечный разрез выходной части указанной соосно-струйной форсунки с четырехлучевой выходной частью наконечника.

Соосно-струйная форсунка содержит полый наконечник 1, с осевым каналом 2 внутри него, соединяющим полость окислителя (не показана) с полостью камеры сгорания. В выходной части наконечника выполнены радиально расположенные выступы 3 и впадины 4. На наконечник 1 с кольцевым зазором 5 установлена втулка 6, соединяющая полость первого горючего, преимущественно водорода, с полостью камеры сгорания. Во втулке 6, между выступами 3 наконечника, выполнены каналы 7, выходная часть 8 которых открывается в зону горения, входная 9 - соединяется с полостью второго горючего, преимущественно керосина, при помощи каналов 10, при этом наружный профиль каналов 7 эквидистантен профилю выходной части наконечника 1.

Предложенная соосно-струйная форсунка в составе смесительной головки трехкомпонентного ЖРД работает следующим образом.

Из полости блока подачи окислителя окислитель по осевому каналу 2 внутри наконечника 1 подается в камеру сгорания. В месте расположения радиальных пазов струя окислителя принимает форму выходного сечения наконечника, в данном случае форму радиальных выступов и впадин, что приводит к изменению формы поперечного сечения струи и увеличению периметра контакта при неизменной площади сечения.

Изменение формы струи окислителя с круглой на четырехлучевую звездообразную при неизменной площади выходного сечения улучшает условия разрушения струи, позволяет уменьшить характерный поперечный размер струи и длину нераспавшейся части струи. Кроме этого, контакт струи окислителя со струей горючего происходит по поверхности образовавшихся ребер, что приводит к его увеличению по сравнению с круглой струей на 30-45%.

Следовательно, на выходе из наконечника струя окислителя более склонна к потере своей целостности и быстрее распадается, что позволяет улучшить условия перемешивания компонентов на всех режимах.

Первое горючее, преимущественно водород, из полости блока подачи по зазору 5 между наконечником 1 и втулкой 6 подается в зону горения.

На режиме первой ступени, через каналы 7, из полости блока подачи второго горючего в камеру сгорания также подается второе горючее, преимущественно керосин, который, соединяясь с водородом, увеличивает плотность горючего «водород-керосин», что приводит к повышению эффективности работы двигателя на режиме первой ступени.

На режиме второй и последующих ступеней подача керосина через каналы 7 отсекается, и двигатель продолжает работать на компонентах «водород-кислород» с повышенной эффективностью за счет улучшенного смесеобразования.

Применение предложенной соосно-струйной форсунки в кислородно-водородных/керосиновых ЖРД позволит значительно упростить конструкцию смесительной головки и повысить эффективность работы двигателя на трехкомпонентном топливе.

Соосно-струйная форсунка, характеризующаяся тем, что она содержит корпус с полым наконечником, в четырехлучевой выходной части которого имеются радиально расположенные пазы, выполненные в виде чередующихся выступов и впадин, соединяющие полость окислителя с зоной горения, втулку, охватывающую с зазором наконечник и соединяющую полость первого горючего с зоной горения, причем во втулке, между выступами наконечника, выполнены каналы, выходная часть которых открывается в зону горения, а входная - соединяется с полостью второго горючего, при этом наружный профиль каналов эквидистантен выходной части наконечника.
СООСНО-СТРУЙНАЯ ФОРСУНКА
СООСНО-СТРУЙНАЯ ФОРСУНКА
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 171-180 of 587 items.
10.07.2015
№216.013.5d46

Кольцевая камера жидкостного ракетного двигателя

Изобретение относится к области ракетного двигателестроения при создании жидкостных ракетных двигателей, работающих на криогенных компонентах, преимущественно кислороде и водороде. Кольцевая камера жидкостного ракетного двигателя содержит кольцевую смесительную головку, регенеративно...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002555419
Дата охранного документа: 10.07.2015
10.07.2015
№216.013.5d49

Жидкостный ракетный двигатель

Изобретение относится к области ракетной техники, а именно к двигателестроению, и может быть использовано при создании камер жидкостных ракетных двигателей (ЖРД). ЖРД содержит камеру со смесительной головкой, турбонасосный агрегат, газогенератор, агрегаты питания и регулирования. Камера...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002555422
Дата охранного документа: 10.07.2015
10.07.2015
№216.013.6041

Способ электрохимической обработки отверстий форсунки

Изобретение относится к электрохимической обработке и может быть использовано при электрохимической доводке форсунок из токопроводящих материалов, преимущественно форсунок для жидкостных ракетных двигателей. Способ включает подачу токопроводящей жидкости через полый инструмент-катод и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002556182
Дата охранного документа: 10.07.2015
10.07.2015
№216.013.613a

Способ многоальтернативной оптимизации моделей автоматизации структурного синтеза для создания мехатронно-модульных роботов

Изобретение относится к машиностроению, а именно к робототехнике, и может быть использовано при создании мехатронно-модульных роботов. Технический результат заключается в создании способа многоальтернативной оптимизации моделей автоматизации структурного синтеза мехатронно-модульных роботов....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002556432
Дата охранного документа: 10.07.2015
20.07.2015
№216.013.63f9

Парогазогенератор

Изобретение относится к энергомашиностроению и может найти применение при конструировании парогазогенераторов. Суть изобретения в том, что парогазогенератор содержит, как минимум, охлаждаемую балластирующим компонентом камеру, смесительную головку, включающую блок подачи компонентов топлива,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002557140
Дата охранного документа: 20.07.2015
20.07.2015
№216.013.63fd

Комплекс для получения пара

Изобретение относится к энергомашиностроению и может найти применение при конструировании парогазогенераторов. Суть изобретения в том, что комплекс для получения пара содержит как минимум трубопроводы подачи компонентов топлива и балластирующего компонента, систему питания и регулирования,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002557144
Дата охранного документа: 20.07.2015
20.07.2015
№216.013.6426

Способ электрохимической обработки отверстий форсунки

Изобретение относится к электрохимической обработке и может быть использовано для электрохимической доводки форсунок из токопроводящих материалов, преимущественно, для жидкостных ракетных двигателей. Способ включает подачу токопроводящей жидкости через полый инструмент-катод и обрабатываемые...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002557185
Дата охранного документа: 20.07.2015
27.07.2015
№216.013.66ed

Корпус поражающего элемента кассетного боеприпаса

Изобретение относится к кассетным боеприпасам, в частности к корпусам поражающих элементов. Корпус поражающего элемента кассетного боеприпаса содержит цилиндрическую и донную части, локализаторы дробления корпуса на осколки, выполненные в виде кольцевых канавок на внешней поверхности корпуса....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002557902
Дата охранного документа: 27.07.2015
10.08.2015
№216.013.6a42

Способ повышения осколочной эффективности корпуса поражающего элемента кассетного боеприпаса

Изобретение относится к кассетным боеприпасам, в частности к способам повышения осколочной эффективности корпуса боеприпаса. Боеприпас содержит цилиндрическую и донную части. Способ повышения осколочной эффективности боеприпаса заключается в выполнении локализаторов дробления корпуса на осколки...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002558755
Дата охранного документа: 10.08.2015
10.08.2015
№216.013.6a47

Способ повышения осколочной эффективности поражающего элемента кассетного боеприпаса

Изобретение относится к кассетным боеприпасам, в частности к способам повышения осколочной эффективности кассетного боеприпаса. Способ повышения осколочной эффективности кассетного боеприпаса заключается в выполнении локализаторов дробления корпуса на осколки в виде кольцевых проточек на...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002558760
Дата охранного документа: 10.08.2015
Showing 171-180 of 569 items.
10.07.2015
№216.013.5bd0

Способ очистки воздуха

Изобретение относится к очистке воздуха и может быть использовано в газовой, нефтяной, нефтехимической и других отраслях промышленности. Способ заключается в многократном последовательном поэтапном насыщении запыленного воздушного потока паром жидкости с последующим осаждением на каждом этапе...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002555045
Дата охранного документа: 10.07.2015
10.07.2015
№216.013.5d45

Камера жидкостного ракетного двигателя

Изобретение относится к области ракетной техники может быть использовано при создании камер жидкостных ракетных двигателей (ЖРД). Камера ЖРД содержит смесительную головку, внутреннюю профилированную оболочку, на внешней поверхности которой выполнены ребра тракта охлаждения, наружную...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002555418
Дата охранного документа: 10.07.2015
10.07.2015
№216.013.5d46

Кольцевая камера жидкостного ракетного двигателя

Изобретение относится к области ракетного двигателестроения при создании жидкостных ракетных двигателей, работающих на криогенных компонентах, преимущественно кислороде и водороде. Кольцевая камера жидкостного ракетного двигателя содержит кольцевую смесительную головку, регенеративно...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002555419
Дата охранного документа: 10.07.2015
10.07.2015
№216.013.5d49

Жидкостный ракетный двигатель

Изобретение относится к области ракетной техники, а именно к двигателестроению, и может быть использовано при создании камер жидкостных ракетных двигателей (ЖРД). ЖРД содержит камеру со смесительной головкой, турбонасосный агрегат, газогенератор, агрегаты питания и регулирования. Камера...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002555422
Дата охранного документа: 10.07.2015
10.07.2015
№216.013.6041

Способ электрохимической обработки отверстий форсунки

Изобретение относится к электрохимической обработке и может быть использовано при электрохимической доводке форсунок из токопроводящих материалов, преимущественно форсунок для жидкостных ракетных двигателей. Способ включает подачу токопроводящей жидкости через полый инструмент-катод и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002556182
Дата охранного документа: 10.07.2015
10.07.2015
№216.013.613a

Способ многоальтернативной оптимизации моделей автоматизации структурного синтеза для создания мехатронно-модульных роботов

Изобретение относится к машиностроению, а именно к робототехнике, и может быть использовано при создании мехатронно-модульных роботов. Технический результат заключается в создании способа многоальтернативной оптимизации моделей автоматизации структурного синтеза мехатронно-модульных роботов....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002556432
Дата охранного документа: 10.07.2015
20.07.2015
№216.013.6426

Способ электрохимической обработки отверстий форсунки

Изобретение относится к электрохимической обработке и может быть использовано для электрохимической доводки форсунок из токопроводящих материалов, преимущественно, для жидкостных ракетных двигателей. Способ включает подачу токопроводящей жидкости через полый инструмент-катод и обрабатываемые...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002557185
Дата охранного документа: 20.07.2015
27.07.2015
№216.013.66ed

Корпус поражающего элемента кассетного боеприпаса

Изобретение относится к кассетным боеприпасам, в частности к корпусам поражающих элементов. Корпус поражающего элемента кассетного боеприпаса содержит цилиндрическую и донную части, локализаторы дробления корпуса на осколки, выполненные в виде кольцевых канавок на внешней поверхности корпуса....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002557902
Дата охранного документа: 27.07.2015
10.08.2015
№216.013.6a42

Способ повышения осколочной эффективности корпуса поражающего элемента кассетного боеприпаса

Изобретение относится к кассетным боеприпасам, в частности к способам повышения осколочной эффективности корпуса боеприпаса. Боеприпас содержит цилиндрическую и донную части. Способ повышения осколочной эффективности боеприпаса заключается в выполнении локализаторов дробления корпуса на осколки...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002558755
Дата охранного документа: 10.08.2015
10.08.2015
№216.013.6a47

Способ повышения осколочной эффективности поражающего элемента кассетного боеприпаса

Изобретение относится к кассетным боеприпасам, в частности к способам повышения осколочной эффективности кассетного боеприпаса. Способ повышения осколочной эффективности кассетного боеприпаса заключается в выполнении локализаторов дробления корпуса на осколки в виде кольцевых проточек на...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002558760
Дата охранного документа: 10.08.2015
+ добавить свой РИД