×
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 181-190 of 587 items.
10.08.2015
№216.013.6a4a

Поражающий элемент кассетного боеприпаса

Изобретение относится к кассетным боеприпасам, в частности к поражающим элементам. Поражающий элемент кассетного боеприпаса содержит корпус, включающий цилиндрическую и донную части, взрывчатое вещество, взрыватель и локализаторы дробления корпуса на осколки, выполненные в виде кольцевых...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002558763
Дата охранного документа: 10.08.2015
10.08.2015
№216.013.6a86

Устройство для сжигания углеводородного флюида

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для сжигания углеводородного флюида с целью их утилизации. Техническим результатом является повышение эффективности и полноты процесса сжигания углеводородного флюида. Устройство содержит обечайку с профилированным входом и выходом,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002558823
Дата охранного документа: 10.08.2015
10.08.2015
№216.013.6ca8

Способ изготовления осколочного блока осколочно-пучкового снаряда

Изобретение относится к боеприпасам, в частности к cпособу изготовления осколочного блока осколочно-пучкового снаряда. Осколочно-пучковый снаряд содержит корпус с зарядом взрывчатого вещества и детонатором, расположенный вне корпуса на одной оси с ним осколочный блок, генерирующий поражающие...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002559374
Дата охранного документа: 10.08.2015
10.08.2015
№216.013.6cab

Осколочный блок осколочно-пучкового снаряда

Изобретение относится к боеприпасам, в частности к осколочным блокам осколочно-пучковых снарядов. Осколочный блок осколочно-пучкового снаряда, генерирующий поражающие элементы, содержит корпус, выполненный в виде многослойного кольцевого набора, по оси которого установлен удлиненный заряд...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002559377
Дата охранного документа: 10.08.2015
10.08.2015
№216.013.6cad

Способ повышения эффективности действия осколочно-пучкового снаряда

Изобретение относится к боеприпасам, в частности к способу повышения эффективности действия осколочно-пучкового снаряда. Способ повышения эффективности действия осколочно-пучкового снаряда заключается в том, что корпус осколочного блока выполняют в виде многослойного кольцевого набора, по оси...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002559379
Дата охранного документа: 10.08.2015
10.08.2015
№216.013.6cb0

Способ изготовления осколочного блока осколочно-пучкового снаряда

Изобретение относится к боеприпасам, в частности к способам изготовления осколочного блока осколочно-пучкового снаряда. Способ изготовления осколочного блока осколочно-пучкового снаряда заключается в изготовлении осколочного блока из полуготовых поражающих элементов, выполнении кольцевых слоев...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002559382
Дата охранного документа: 10.08.2015
10.08.2015
№216.013.6cb1

Устройство подачи ингибитора гидратообразования

Изобретение относится к газодобывающей отрасли. Устройство содержит корпус, входной и выходной патрубки подачи ингибитора, фильтр, установленный в линии подачи ингибитора, предпочтительно, после входного патрубка, расходомер ингибитора, устройство регулирования расхода ингибитора. Устройство...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002559383
Дата охранного документа: 10.08.2015
10.08.2015
№216.013.6cb2

Способ обеспечения заданного дробления осколочного блока осколочно-пучкового снаряда

Изобретение относится к боеприпасам, в частности к способам обеспечения заданного дробления осколочного блока осколочно-пучкового снаряда. Способ обеспечения заданного дробления осколочного блока осколочно-пучкового снаряда заключается в выполнении корпуса осколочного блока в виде многослойного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002559384
Дата охранного документа: 10.08.2015
10.08.2015
№216.013.6cb8

Осколочно-пучковый снаряд

Изобретение относится к боеприпасам, в частности к осколочно-пучковым снарядам. Осколочно-пучковый снаряд содержит корпус с зарядом взрывчатого вещества и детонатором, расположенный вне корпуса на одной оси с ним осколочный блок, генерирующий поражающие элементы, устройство рассеивания...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002559390
Дата охранного документа: 10.08.2015
10.08.2015
№216.013.6cdc

Способ обеспечения заданного дробления осколочного блока осколочно-пучкового снаряда

Изобретение относится к боеприпасам, в частности к способам обеспечения заданного дробления осколочного блока осколочно-пучкового снаряда. Способ обеспечения заданного дробления осколочного блока осколочно-пучкового снаряда заключается в выполнении корпуса осколочного блока в виде многослойного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002559426
Дата охранного документа: 10.08.2015
Showing 181-190 of 569 items.
10.08.2015
№216.013.6a4a

Поражающий элемент кассетного боеприпаса

Изобретение относится к кассетным боеприпасам, в частности к поражающим элементам. Поражающий элемент кассетного боеприпаса содержит корпус, включающий цилиндрическую и донную части, взрывчатое вещество, взрыватель и локализаторы дробления корпуса на осколки, выполненные в виде кольцевых...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002558763
Дата охранного документа: 10.08.2015
10.08.2015
№216.013.6ca8

Способ изготовления осколочного блока осколочно-пучкового снаряда

Изобретение относится к боеприпасам, в частности к cпособу изготовления осколочного блока осколочно-пучкового снаряда. Осколочно-пучковый снаряд содержит корпус с зарядом взрывчатого вещества и детонатором, расположенный вне корпуса на одной оси с ним осколочный блок, генерирующий поражающие...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002559374
Дата охранного документа: 10.08.2015
10.08.2015
№216.013.6cab

Осколочный блок осколочно-пучкового снаряда

Изобретение относится к боеприпасам, в частности к осколочным блокам осколочно-пучковых снарядов. Осколочный блок осколочно-пучкового снаряда, генерирующий поражающие элементы, содержит корпус, выполненный в виде многослойного кольцевого набора, по оси которого установлен удлиненный заряд...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002559377
Дата охранного документа: 10.08.2015
10.08.2015
№216.013.6cad

Способ повышения эффективности действия осколочно-пучкового снаряда

Изобретение относится к боеприпасам, в частности к способу повышения эффективности действия осколочно-пучкового снаряда. Способ повышения эффективности действия осколочно-пучкового снаряда заключается в том, что корпус осколочного блока выполняют в виде многослойного кольцевого набора, по оси...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002559379
Дата охранного документа: 10.08.2015
10.08.2015
№216.013.6cb0

Способ изготовления осколочного блока осколочно-пучкового снаряда

Изобретение относится к боеприпасам, в частности к способам изготовления осколочного блока осколочно-пучкового снаряда. Способ изготовления осколочного блока осколочно-пучкового снаряда заключается в изготовлении осколочного блока из полуготовых поражающих элементов, выполнении кольцевых слоев...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002559382
Дата охранного документа: 10.08.2015
10.08.2015
№216.013.6cb1

Устройство подачи ингибитора гидратообразования

Изобретение относится к газодобывающей отрасли. Устройство содержит корпус, входной и выходной патрубки подачи ингибитора, фильтр, установленный в линии подачи ингибитора, предпочтительно, после входного патрубка, расходомер ингибитора, устройство регулирования расхода ингибитора. Устройство...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002559383
Дата охранного документа: 10.08.2015
10.08.2015
№216.013.6cb2

Способ обеспечения заданного дробления осколочного блока осколочно-пучкового снаряда

Изобретение относится к боеприпасам, в частности к способам обеспечения заданного дробления осколочного блока осколочно-пучкового снаряда. Способ обеспечения заданного дробления осколочного блока осколочно-пучкового снаряда заключается в выполнении корпуса осколочного блока в виде многослойного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002559384
Дата охранного документа: 10.08.2015
10.08.2015
№216.013.6cb8

Осколочно-пучковый снаряд

Изобретение относится к боеприпасам, в частности к осколочно-пучковым снарядам. Осколочно-пучковый снаряд содержит корпус с зарядом взрывчатого вещества и детонатором, расположенный вне корпуса на одной оси с ним осколочный блок, генерирующий поражающие элементы, устройство рассеивания...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002559390
Дата охранного документа: 10.08.2015
10.08.2015
№216.013.6cdc

Способ обеспечения заданного дробления осколочного блока осколочно-пучкового снаряда

Изобретение относится к боеприпасам, в частности к способам обеспечения заданного дробления осколочного блока осколочно-пучкового снаряда. Способ обеспечения заданного дробления осколочного блока осколочно-пучкового снаряда заключается в выполнении корпуса осколочного блока в виде многослойного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002559426
Дата охранного документа: 10.08.2015
10.08.2015
№216.013.6e48

Электрическая лампа накаливания

Изобретение относится к светотехнике, а именно к источникам излучения. Электрическая лампа накаливания содержит цоколь, колбу, держатель, электроды, тело накала, состоящее из нескольких нитей накала, закрепленных на электродах. Нити накала подключены к электродам параллельно, при этом электроды...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002559790
Дата охранного документа: 10.08.2015
+ добавить свой РИД