Смесительная головка камеры сгорания жидкостного ракетного двигателя
Полезная модель относится к области ракетной техники и, в частности, к смесительным головкам камер сгорания жидкостных ракетных двигателей.
Смесительная головка камеры сгорания жидкостного ракетного двигателя, содержащая наружную обечайку, огневое и среднее днища, двухкомпонентные форсунки, закрепленные в среднем и огневом днищах, а также двухкомпонентные форсунки, выступающие из огневого днища, образующие внутри камеры антипульсационные перегородки в виде кольца с несколькими расходящимися радиальными лучами, при этом выступающие форсунки выполнены охлаждаемыми за счет протока горючего по спиралевидным каналам, образованных между наружной и внутренней оболочками оребренного корпуса и втулки, отличающаяся тем, что наружные поверхности втулок выступающих форсунок на всю длину выступания покрыты металлическим термостойким покрытием из никеля толщиной от 80 мкм до 400 мкм.
Заявленная смесительная головка может быть использована в кислородно-керосиновых ЖРД многократного использования, требующих большого ресурса.
Область техники
Полезная модель относится к области ракетной техники и, в частности, к смесительным головкам камер сгорания жидкостных ракетных двигателей.
Предшествующий уровень техники
Для всех современных ЖРД, работающих по схеме с дожиганием, задача по обеспечению устойчивости процесса горения на компонентах газ-жидкость успешно решена за счет установки на смесительных головках камер сгорания форсунок, выступающих из огневого днища, образующих антипульсационные перегородки.
Однако, при разработке кислородно-углеводородных ЖРД с дожиганием и с высоким давлением многократного использования выявились некоторые трудности, связанные с проблемой охлаждения форсунок, выступающих из огневого днища.
В смесительной головке камеры сгорания кислородно-водородного ЖРД SSME эта задача решена за счет протока водорода по зазору между корпусами струйных форсунок.
Конструктивно смесительная головка этого двигателя содержит внутреннее огневое, наружное и среднее днища, двухкомпонентные струйно-струйные форсунки и форсунки, выступающие из огневого днища, образующие внутри камеры антипульсационные перегородки. По внутренним трубкам поступает жидкий кислород, а по наружным - отработанный на турбине ТНА генераторный газ с избытком водорода. Форсунки на смесительной головке располагаются по концентрическим окружностям. Огневое и среднее днища выполнены из пористых материалов, которые получены из прессованной сетки с последующим ее отеканием. Через поры днищ «чистый» водород со сравнительно низкой температурой (порядка 300 К) из полости между огневой и средней днищ под давлением проникает, с одной стороны, в камеру сгорания, а с другой в полость между средним и наружным днищами с горячим генераторным газом. В результате этого обеспечивается достаточное охлаждение обоих днищ и корпусов выступающих форсунок, (см. кн. В.А.Володин и др. «Конструкция и проектирование ЖРД», под ред. Г.Г.Гахуна, М., 1989, с.135, рис.7, 12).
В изобретении по патенту РФ 
2158841, МКИ F02K 9/62 от 10.11.2000 г. смесительная головка камеры сгорания кислородно-керосинового жидкостного ракетного двигателя содержит смесительную головку: имеющую наружную обечайку, огневое и среднее днища, двухкомпонентные форсунки, закрепленные в среднем и огневом днищах, а также двухкомпонентные форсунки, выступающие из огневого днища, образующие внутри камеры антипульсационные перегородки в виде кольца с несколькими расходящимися радиальными лучами, - при этом выступающие форсунки выполнены охлаждаемыми за счет протока горючего - керосина по спиралевидным каналам, образованных между наружной и внутренней оболочками оребренного корпуса и втулки (прототип прилагаемой полезной модели).
В ряде случаев прототип не обеспечивает необходимого повышения ресурса работы кислородно-керосиновых ЖРД из-за недостаточного охлаждения выступающих форсунок керосином при протоке керосина в зазоре между форсунками. Для надежного охлаждения корпусов выступающих форсунок требуются дополнительные мероприятия, направленные на решение указанной проблемы.
Раскрытие полезной модели
Задача, на решение которой направлена патентуемая полезная модель - повышение ресурса работы смесительной головки и двигателя в целом. Эта задача решена за счет того, что в смесительной головке камеры сгорания жидкостного ракетного двигателя, содержащей наружную обечайку, огневое и среднее днища, двухкомпонентные форсунки, закрепленные в среднем и огневом днищах, а также двухкомпонентные форсунки, выступающие из огневого днища, образующие внутри камеры антипульсационные перегородки в виде кольца с несколькими расходящимися радиальными лучами, при этом выступающие форсунки выполнены охлаждаемыми за счет протока горючего по спиралевидным каналам, образованных между наружной и внутренней оболочками оребренного корпуса и втулки, при этом наружные поверхности втулок выступающих форсунок на всю длину выступания покрыты металлическим термостойким покрытием из никеля толщиной от 80 мкм до 400 мкм.
Другими отличиями являются являются:
- заглублленные и выступающие выполненные струйно-центробежные с осевым подводом окислительного газа.
- указанные форсунки выполнены из металла с высокой теплопроводности, например из меди, медных сплавов, бронзы БрХ-08.
Технический результат, достигаемый полезной моделью, состоит в повышении термостойкости корпусов выступающих форсунок.
Краткое описание чертежей
На Фиг.1 представлено сечение смесительной головки; на Фиг.2 представлен вид А на огневое днище, на Фиг.3 вступающая форсунка с разрезом, образующая антипульсационную перегородку.
Пример осуществления полезной модели
Смесительная головка 1 (Фиг.1) содержит наружную обечайку 2, огневое днище 3, среднее днище 4 и установленные в днищах форсунки 5 и 6. Смесительная головка 1 имеет форсунки 5, выступающие из огневого днища, и заглубленные форсунки 6 в огневом днище. Заглубленные форсунки 6 являются двух компонентными струйно-центробежными с осевым подводом окислительного газа 11. Эти форсунки закреплены например пайкой в днищах 3 и 4.
Форсунки 5 образуют в огневой полости камеры антипульсационные перегородки (Фиг.2) в виде кольца 7 с несколькими расходящимися лучами 8. Эта форсунка имеет выступающую часть 9 и закреплена в днищах 3 и 4 например пайкой. Форсунка 5 (Фиг.3) состоит из корпуса 10 с осевым подводом окислительного газа 12 и втулки 11. Втулка имеет также отверстия 13 для перепуска горючего и спиралевидные ребра 14. Спиралевидные каналы 15 между спиралевидными ребрами 14 и втулкой 11 служат для протока горючего и охлаждения части форсунки, выступающей в огневую полость. Наружные поверхности втулок 11 этих форсунок на всю длину выступания покрыты термостойким металлическим покрытием 16 из никеля толщиной от 80-400 мкм. Втулки и крорпус форсунки выполнен из бронзы БрХ-08,обладающей высокой теплопроводностью. Следует заметить, что величина толщина никелевого покрытия выбирается для каждого конкретного, разработанного двигателя определяет ресурс камеры. Наличие проточного внутреннего охлаждения выступающих форсунок и наличие термостойкого покрытия на выступающих поверхностях форсунок способствует улучшения условий их охлаждения и исключает возможность подплавления форсунок.
Работа устройства
Горючее из полости между днищами 3 и 4 попадает в огневую полость камеры через авступающите 5 и заглубленные форсунки 6. Окислительный газ с избытком кислорода подается из полости перед смесительной головкой через форсунки 5 и 6.
В выступающие форсунки 5 горючее из полости между днищами 3 и 4 поступает в отверстия 13 во втулке 11 входит в спиралевидные каналы 15 и их них попадает в полость камеры. При этом происходит охлаждение выступающей части форсунки. Недостаток охлаждения выступающей части компенсируется наличием термостойкого металиического покрытия из никеля.
Промышленное применение
Заявленная смесительная головка может быть использована в кислородно-керосиновых ЖРД многократного использования, требующих большого ресурса.
1. Смесительная головка камеры сгорания жидкостного ракетного двигателя, содержащая наружную обечайку, огневое и среднее днища, двухкомпонентные форсунки, закрепленные в среднем и огневом днищах, а также двухкомпонентные форсунки, выступающие из огневого днища, образующие внутри камеры антипульсационные перегородки в виде кольца с несколькими расходящимися радиальными лучами, при этом выступающие форсунки выполнены охлаждаемыми за счет протока горючего по спиралевидным каналам, образованных между наружной и внутренней оболочками оребренного корпуса и втулки, отличающаяся тем, что наружные поверхности втулок выступающих форсунок на всю длину выступания покрыты металлическим термостойким покрытием из никеля толщиной от 80 мкм до 400 мкм.
2. Смесительная головка по п.1, отличающаяся тем, что заглубленные и выступающие выполненные струйно-центробежные с осевым подводом окислительного газа.
3. Смесительная головка по п.1, отличающаяся тем, что указанные форсунки выполнены из металла с высокой теплопроводностью, например из меди, медных сплавов, бронзы БрХ-08.
