Жидкостный ракетный двигатель

Жидкостный ракетный двигатель

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области ракетной техники, а именно к двигателестроению, и может быть использовано при создании камер жидкостных ракетных двигателей (ЖРД).

Одним из основных направлений в совершенствовании ЖРД является увеличение давления в камере. В свою очередь увеличение давления ограничивается прочностью камеры ЖРД и, в первую очередь, прочностью тракта охлаждения.

В настоящее время в основном применяется регенеративное охлаждение огневой стенки камеры ЖРД, заключающееся в подаче охладителя по специальным пазам, выполненным между внутренней огневой и наружной силовой оболочками, скрепленными между собой по вершинам пазов тракта охлаждения при помощи пайки специальным припоем.

Прочность тракта охлаждения определяется прочностью паяных швов между внутренней и наружной оболочками из-за того, что прочность припоя ниже прочности материала оболочек. Для увеличения прочности паяного соединения необходимо увеличение площади соприкосновения контактируемых поверхностей. Увеличение толщины ребра нецелесообразно из-за того, что это ведет к уменьшению числа ребер и увеличению перепада давлений в тракте охлаждения камеры. Как правило, при увеличении давления внутри тракта охлаждения оболочка теряет устойчивость и вспучивается в цилиндрической части, т.к. в сужающейся части камеры происходит уменьшение внутреннего диаметра оболочки, что ведет к уменьшению внутренних напряжений.

Известна камера жидкостного ракетного двигателя, содержащая смесительную головку, внутреннюю профилированную оболочку, на внешней поверхности которой выполнены ребра тракта охлаждения, наружную профилированную оболочку, установленную на внутреннюю и скрепленную с ней, например, при помощи пайки по вершинам ребер (М.В. Добровольский и др. Жидкостные ракетные двигатели. Основы проектирования. Москва, "Высшая школа", 1968 г., рис. 4.26.г, стр. 166-167).

В данной камере охладитель подается в тракт охлаждения, движется по пазам между ребрами и охлаждает огневую поверхность внутренней профилированной оболочки. За счет соединения оболочек между собой только по вершинам ребер при увеличении давления в тракте охлаждения не обеспечивается прочность и устойчивость внутренней оболочки, что ведет к потере работоспособности камеры.

Известна камера жидкостного ракетного двигателя, содержащая смесительную головку, внутреннюю профилированную оболочку, на внешней поверхности которой выполнены ребра тракта охлаждения, наружную профилированную оболочку, установленную на внутреннюю и скрепленную с ней при помощи пайки по вершинам ребер тракта охлаждения, при этом между ребрами тракта охлаждения выполнены полые перемычки, соединяющие вершины ребер между собой, при этом наружный профиль указанных перемычек соответствует профилю тракта охлаждения (патент РФ №2391533, МПК Р02К 9/64 - прототип).

Указанная камера в составе двигателя работает следующим образом.

Охладитель подается в тракт охлаждения, движется по пазам между ребрами и охлаждает огневую поверхность внутренней профилированной оболочки. За счет соединения оболочек между собой не только по вершинам ребер, но и по дополнительным поверхностям полых перемычек, происходит увеличение устойчивости и прочности внутренней оболочки. Повышенная устойчивость и прочность внутренней оболочки позволяют увеличить давление в тракте охлаждения камеры и в самой камере, что в конечном итоге позволяет повысить эффективность рабочего процесса.

Недостатками данной камеры являются недостаточно высокая устойчивость внутренней оболочки, особенно в цилиндрической ее части, а также повышение сопротивления тракта за счет образования местных гидравлических сопротивлений в виде полых перемычек.

Задачей предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков и создание ЖРД, конструкция камеры которого позволит повысить надежность его работы за счет повышения устойчивости внутренней оболочки.

Решение указанной задачи достигается тем, что в предложенном жидкостном ракетном двигателе, содержащем камеру со смесительной головкой, турбонасосный агрегат, газогенератор, агрегаты питания и регулирования, при этом камера включает как минимум внутреннюю профилированную оболочку, на внешней поверхности которой выполнены ребра тракта охлаждения, наружную профилированную оболочку, установленную на внутреннюю и скрепленную с ней по вершинам ребер тракта охлаждения, причем упомянутые оболочки и ребра образуют каналы охлаждения, при этом между ребрами тракта охлаждения выполнены полые перемычки, соединяющие вершины ребер между собой, причем наружный профиль указанных перемычек соответствует профилю тракта охлаждения, согласно изобретению указанные перемычки соединяют между собой группы ребер с выполненными между упомянутыми группами ребер с каждой стороны каналами охлаждения в месте расположения перемычек, при этом соседние перемычки расположены со смещением относительно друг друга на величину, равную ширине канала охлаждения в месте их расположения, при этом ширина перемычек равна ширине канала охлаждения в месте расположения перемычек.

В варианте исполнения группы ребер содержат по три ребра.

Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 показан основной вид ЖРД, на фиг. 2 - поперечный разрез тракта, на фиг. 3 - часть тракта охлаждения с перемычками в аксонометрии.

Камера ЖРД содержит смесительную головку 1, внутреннюю профилированную оболочку 2, на внешней поверхности которой выполнены ребра 3 тракта охлаждения 4. Между ребрами 3 тракта охлаждения выполнены полые перемычки 5, соединяющие вершины трех ребер между собой. На внутреннюю профилированную оболочку 2 установлена наружная профилированная оболочка 6 при помощи пайки по вершинам ребер 3 и полым перемычкам 5. Между группами ребер 3 выполнены каналы 7. Вершины ребер 3 соединены между собой при помощи полых перемычек 5 таким образом, что образуются группы ребер, по три ребра в каждой. Внутренняя профилированная оболочка 2 скреплена с наружной оболочкой 6 при помощи пайки по вершинам ребер 3 и полым перемычкам 5.

В состав ЖРД входит газогенератор 8, турбонасосный агрегат 9 и агрегаты питания и регулирования 10, которые располагаются непосредственно на камере.

Предложенный ЖРД работает следующим образом.

Компоненты топлива подаются в газогенератор 8 и воспламеняются в нем. Продукты сгорания компонентов топлива далее поступают в турбонасосный агрегат 9 и приводят его во вращение. При помощи турбонасосного агрегата 9 компоненты топлива подаются в смесительную головку 1 и далее непосредственно в камеру, где смешиваются и сгорают. Продукты сгорания компонентов топлива истекают по внутренней стенке внутренней оболочки 2 в окружающее пространство, создавая при этом тягу двигателя. При работе двигателя, один из компонентов топлива - горючее - подается в тракт охлаждения 4, движется по пазам между ребрами 3 и охлаждает огневую поверхность внутренней профилированной оболочки 2. За счет соединения оболочек между собой не только по вершинам ребер 3, но и по дополнительным поверхностям полых перемычек 5, происходит увеличение устойчивости и прочности внутренней оболочки 2. Размещение полых перемычек 5 со смещением относительно друг друга позволяет уменьшить длину неподкрепленных участков тракта охлаждения и тем самым увеличить его устойчивость, а выполнение каналов, ширина которых равна ширине канала охлаждения в месте расположения перемычек, с каждой стороны группы ребер, позволит уменьшить гидравлическое сопротивление тракта. Повышенная устойчивость и прочность внутренней оболочки 2 позволяют увеличить давление в тракте охлаждения камеры и в самой камере, что в конечном итоге позволит повысить эффективность рабочего процесса.

Использование предложенного технического решения позволит создать камеру ЖРД, конструкция которой позволит повысить надежность его работы за счет повышения устойчивости внутренней оболочки.

1. Жидкостный ракетный двигатель, содержащий камеру со смесительной головкой, турбонасосный агрегат, газогенератор, агрегаты питания и регулирования, при этом камера включает как минимум внутреннюю профилированную оболочку, на внешней поверхности которой выполнены ребра тракта охлаждения, наружную профилированную оболочку, установленную на внутреннюю и скрепленную с ней по вершинам ребер тракта охлаждения, причем упомянутые оболочки и ребра образуют каналы охлаждения, при этом между ребрами тракта охлаждения выполнены полые перемычки, соединяющие вершины ребер между собой, причем наружный профиль указанных перемычек соответствует профилю тракта охлаждения, отличающийся тем, что указанные перемычки соединяют между собой группы ребер с выполненными между упомянутыми группами ребер с каждой стороны каналами охлаждения в месте расположения перемычек, при этом соседние перемычки расположены со смещением относительно друг друга на величину, равную ширине канала охлаждения в месте их расположения, при этом ширина перемычек равна ширине канала охлаждения в месте расположения перемычек.

2. Жидкостный ракетный двигатель по п. 1, отличающийся тем, что группы ребер содержат по три ребра.