×
20.07.2013
216.012.5784

СПОСОБ ПОДАЧИ КОМПОНЕНТОВ ТОПЛИВА В КАМЕРУ ТРЕХКОМПОНЕНТНОГО ЖИДКОСТНОГО РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ И СООСНО-СТРУЙНАЯ ФОРСУНКА ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ УКАЗАННОГО СПОСОБА

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
№ охранного документа
0002488012
Дата охранного документа
20.07.2013
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к области энергетических установок, а именно к способам и устройствам для перемешивания и распыливания компонентов топлива, и может быть использовано при разработке форсунок и смесительных головок жидкостных ракетных двигателей (ЖРД). Способ подачи компонентов топлива в камеру трехкомпонентного ЖРД, преимущественно кислородно-керосиново-водородного, заключается в подаче указанных компонентов в камеру через коаксиальные соосно-струйные форсунки, содержащие полый наконечник, соединяющий полость окислителя с зоной горения, втулку, охватывающую с зазором наконечник и соединяющую полость горючего с зоной горения, расположенные в смесительной головке по концентрическим окружностям и образующие центральную и периферийную зоны. На режиме первой ступени кислород в полость камеры сгорания подают через полый наконечник с развитой выходной поверхностью коаксиальной соосно-струйной форсунки, водород - через профилированный зазор между наконечником и втулкой указанной форсунки, керосин - через каналы, которые выполняют во втулке, при этом выходная часть упомянутых каналов открывается в полость камеры сгорания, а входная - соединяется с полостью блока керосина; на режиме второй и последующих ступеней кислород в полость камеры сгорания подают через полый наконечник с развитой выходной поверхностью коаксиальной соосно-струйной форсунки, а водород - через профилированный зазор между наконечником и втулкой указанной форсунки. Изобретение обеспечивает повышение полноты смесеобразования. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к области энергетических установок, а именно к способам и 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 энерго-массовых 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: F02К 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».

Известен способ подачи компонентов топлива в камеру жидкостного ракетного двигателя и форсунка для реализации указанного способа, 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, при этом 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 данного способа является значительная сложность конструкции форсунки 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 способа подачи компонентов топлива в камеру ЖРД, применение которого позволит обеспечить повышенную полноту смесеобразования.

Поставленная задача достигается тем, что в предложенном способе подачи компонентов топлива в камеру трехкомпонентного жидкостного ракетного двигателя, преимущественно, кислородно-керосиново-водородного, заключающемся в подаче указанных компонентов в камеру через коаксиальные соосно-струйные форсунки, содержащие полый наконечник, соединяющий полость окислителя с зоной горения, втулку, охватывающую с зазором наконечник и соединяющую полость горючего с зоной горения, расположенные в смесительной головке по концентрическим окружностям и образующие центральную и периферийную зоны, согласно изобретению, на режиме первой ступени кислород в полость камеры сгорания подают через полый наконечник с развитой выходной поверхностью коаксиальной соосно-струйной форсунки, водород - через профилированный зазор между наконечником и втулкой указанной форсунки, керосин - через каналы, которые выполняют во втулке, при этом выходная часть упомянутых каналов открывается в полость камеры сгорания, а входная - соединяется с полостью блока керосина; на режиме второй и последующих ступеней кислород в полость камеры сгорания подают через полый наконечник с развитой выходной поверхностью коаксиальной соосно-струйной форсунки, а водород - через профилированный зазор между наконечником и втулкой указанной форсунки.

Для реализации указанного способа предложена соосно-струйная форсунка, которая, согласно изобретению, содержит корпус с полым наконечником, в выходной части которого имеются радиально расположенные пазы, выполненные в виде чередующихся выступов и впадин, и соединяющим полость окислителя с зоной горения, втулку, охватывающую с зазором наконечник и соединяющую полость основного горючего с зоной горения, причем во втулке, между выступами наконечника, выполнены каналы, выходная часть которых открывается в зону горения, а входная - соединяется с полостью дополнительного горючего.

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.

Предложенный способ может быть реализован при помощи коаксиальной соосно-струйной форсунки, содержащей 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 пазы 4. На наконечник 1 с кольцевым зазором 5 установлена втулка 6, соединяющая полость водорода (не показана) горючего 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 керосина (не показана) при помощи каналов 10.

Предложенный способ может быть реализован при помощи предложенной коаксиальной соосно-струйной форсунки в составе смесительной головки трехкомпонентного ЖРД следующим образом.

Из полости блока подачи окислителя окислитель по осевому каналу 2 внутри наконечника 1 подается в камеру сгорания. В месте расположения радиальных пазов 4 струя окислителя принимает форму выходного сечения наконечника, в данном случае форму радиальных пазов 4, 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.

Водород из полости блока подачи водорода по зазору 5 между наконечником 1 и втулкой 6 подается в зону горения.

На режиме первой ступени, через каналы 7, из полости блока подачи керосина в камеру сгорания также подается 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.


СПОСОБ ПОДАЧИ КОМПОНЕНТОВ ТОПЛИВА В КАМЕРУ ТРЕХКОМПОНЕНТНОГО ЖИДКОСТНОГО РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ И СООСНО-СТРУЙНАЯ ФОРСУНКА ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ УКАЗАННОГО СПОСОБА
СПОСОБ ПОДАЧИ КОМПОНЕНТОВ ТОПЛИВА В КАМЕРУ ТРЕХКОМПОНЕНТНОГО ЖИДКОСТНОГО РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ И СООСНО-СТРУЙНАЯ ФОРСУНКА ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ УКАЗАННОГО СПОСОБА
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 548.
20.01.2013
№216.012.1d2c

Жидкостный ракетный двигатель и способ охлаждения теплонапряженных участков его камеры

Изобретение относится к жидкостным ракетным двигателям (ЖРД), преимущественно кислородно-керосиновым. Жидкостный ракетный двигатель содержит как минимум одну регенеративно охлаждаемую камеру, устройство для подачи рабочего тела на турбину турбонасосного агрегата, турбонасосный агрегат, агрегаты...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002472962
Дата охранного документа: 20.01.2013
27.02.2013
№216.012.29e9

Способ очистки воздуха

Изобретение относится к процессам пылеулавливания и может быть использовано в любой отрасли народного хозяйства, где требуется улавливание высокодисперсных аэрозолей из воздушного протока, в частности в пищевой промышленности. Способ очистки воздуха заключается в пропускании воздуха через...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476256
Дата охранного документа: 27.02.2013
27.02.2013
№216.012.2bd3

Клапан

Изобретение относится к трубопроводной арматуре и предназначено для установки на технологических линиях газоконденсатных промыслов для автоматического перекрытия трубопровода при аварийном повышении или понижении давления в нем. Клапан содержит корпус с проходным каналом и присоединительными...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476746
Дата охранного документа: 27.02.2013
27.02.2013
№216.012.2bea

Способ сжигания газов

Изобретение относится к газогорелочным устройствам и может быть применено в газовой промышленности для создания способов сжигания попутных и продувочных газов, особенно содержащих конденсат и сероводородные соединения. Способ сжигания газов при помощи факельной горелки, содержащей корпус в виде...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476769
Дата охранного документа: 27.02.2013
10.03.2013
№216.012.2e74

Факельная горелка

Изобретение относится к газогорелочным устройствам и может быть применено в газовой промышленности для сжигания попутных и продувочных газов, особенно содержащих конденсат и сероводородные соединения. Факельная горелка содержит корпус в виде трубы, снабженной в выходной части рассекателем,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002477423
Дата охранного документа: 10.03.2013
20.03.2013
№216.012.300a

Способ определения скорости сближения боеприпаса с целью

Способ относится к области вооружений и может быть использован во взрывателях боеприпасов для определения скорости сближения боеприпаса с целью. Способ заключается в определении по измеренной величине временного промежутка между идентификациями цели на двух различных заданных дистанциях и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002477833
Дата охранного документа: 20.03.2013
20.03.2013
№216.012.302e

Способ определения расстояния до цели

Способ относится к области вооружений и может быть использован для определения заданного расстояния при сближении боеприпаса с целью. Способ основан на обнаружении цели посредством зондирования пространства световыми импульсами и регистрации отраженного излучения с последующим анализом....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002477869
Дата охранного документа: 20.03.2013
20.03.2013
№216.012.302f

Способ определения скорости сближения двух тел, движущихся с различной скоростью

Способ предназначен для определения скорости сближения двух тел, движущихся с различной скоростью. Способ основан на определении по измеренной величине временного промежутка между моментами обнаружения одним телом другого тела на дальней и ближней дистанциях, за счет обнаружения одного тела...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002477870
Дата охранного документа: 20.03.2013
27.03.2013
№216.012.3166

Способ применения неконтактного датчика цели

Способ относится к области вооружения, в частности к оптическим неконтактным взрывателям. Способ применения неконтактного датчика цели с приемо-передающим каналом, содержащим оптический излучатель с источником оптического излучения, фотоприемник и электронный блок характеризуется тем, что...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002478184
Дата охранного документа: 27.03.2013
10.04.2013
№216.012.324a

Разнотемпературная конденсационная камера

Изобретение относится к оборудованию для пылеулавливания. Разнотемпературная конденсационная камера с газовым трактом преимущественно прямоугольного сечения содержит нижнее днище, верхнее днище, холодную и горячую боковые стенки тракта с устройствами обеспечения разности температур их наружных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002478417
Дата охранного документа: 10.04.2013
Показаны записи 1-10 из 569.
20.01.2013
№216.012.1d2c

Жидкостный ракетный двигатель и способ охлаждения теплонапряженных участков его камеры

Изобретение относится к жидкостным ракетным двигателям (ЖРД), преимущественно кислородно-керосиновым. Жидкостный ракетный двигатель содержит как минимум одну регенеративно охлаждаемую камеру, устройство для подачи рабочего тела на турбину турбонасосного агрегата, турбонасосный агрегат, агрегаты...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002472962
Дата охранного документа: 20.01.2013
27.02.2013
№216.012.2bd3

Клапан

Изобретение относится к трубопроводной арматуре и предназначено для установки на технологических линиях газоконденсатных промыслов для автоматического перекрытия трубопровода при аварийном повышении или понижении давления в нем. Клапан содержит корпус с проходным каналом и присоединительными...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476746
Дата охранного документа: 27.02.2013
27.02.2013
№216.012.2bea

Способ сжигания газов

Изобретение относится к газогорелочным устройствам и может быть применено в газовой промышленности для создания способов сжигания попутных и продувочных газов, особенно содержащих конденсат и сероводородные соединения. Способ сжигания газов при помощи факельной горелки, содержащей корпус в виде...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476769
Дата охранного документа: 27.02.2013
20.04.2013
№216.012.35e7

Мясорубка

Мясорубка содержит корпус со струбциной и съемную ручку для вращения шнека. В корпусе расположен полый шнек с подвижным ножом. Внутри шнека находится вал, на одном конце которого установлена выходная решетка, выполненная с возможностью вращения. Между шнеком и валом установлена кинематическая...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002479352
Дата охранного документа: 20.04.2013
20.04.2013
№216.012.376a

Жидкостный ракетный двигатель

Изобретение относится к области энергетических установок, а именно к устройствам для перемешивания и распыливания компонентов топлива, и может быть использовано при разработке жидкостных ракетных двигателей (ЖРД). Жидкостный ракетный двигатель содержит газогенератор, турбонасосный агрегат,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002479739
Дата охранного документа: 20.04.2013
20.04.2013
№216.012.376b

Камера жидкостного ракетного двигателя

Изобретение относится к области энергетических установок, в частности к камерам жидкостных ракетных двигателей (ЖРД). Ступенчатое изменение проходного сечения трубчатого корпуса форсунок выполнено с уменьшением проходного сечения корпуса от пилонов к выходной части, преимущественно, в виде...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002479740
Дата охранного документа: 20.04.2013
20.04.2013
№216.012.376c

Смесительная головка камеры жидкостного ракетного двигателя

Изобретение относится к области энергетических установок, а именно к форсункам и смесительным головкам жидкостных ракетных двигателей (ЖРД). Смесительная головка камеры ЖРД содержит соосно-струйные форсунки, установленные в блоках смесительной головки по концентрическим окружностям. Форсунки...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002479741
Дата охранного документа: 20.04.2013
27.04.2013
№216.012.3ac5

Жидкостный ракетный двигатель

Изобретение относится к области энергетических установок, а именно к устройствам для перемешивания и распыливания компонентов топлива в жидкостных ракетных двигателях (ЖРД). Жидкостный ракетный двигатель содержит газогенератор, турбонасосный агрегат, органы питания и регулирования,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002480606
Дата охранного документа: 27.04.2013
27.04.2013
№216.012.3ac6

Жидкостный ракетный двигатель

Изобретение относится к области энергетических установок, а именно к устройствам для перемешивания и распыливания компонентов топлива при разработке жидкостных ракетных двигателей (ЖРД). Жидкостный ракетный двигатель содержит газогенератор, турбонасосный агрегат, органы питания и регулирования,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002480607
Дата охранного документа: 27.04.2013
27.04.2013
№216.012.3ac8

Соосно-струйная форсунка

Изобретение относится к области энергетических установок, а именно к устройствам для перемешивания и распыливания компонентов топлива жидкостных ракетных двигателей (ЖРД). Соосно-струйная форсунка содержит имеющий осевой вход и выход трубчатый корпус с основным осевым каналом, а также не менее...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002480609
Дата охранного документа: 27.04.2013
+ добавить свой РИД