RU2728657C1 - Chamber of liquid-propellant rocket engine operating on gas-free generator circuit (embodiments) - Google Patents
Chamber of liquid-propellant rocket engine operating on gas-free generator circuit (embodiments) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2728657C1 RU2728657C1 RU2019115307A RU2019115307A RU2728657C1 RU 2728657 C1 RU2728657 C1 RU 2728657C1 RU 2019115307 A RU2019115307 A RU 2019115307A RU 2019115307 A RU2019115307 A RU 2019115307A RU 2728657 C1 RU2728657 C1 RU 2728657C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heat exchanger
- chamber
- liquid
- propellant rocket
- gas
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02K—JET-PROPULSION PLANTS
- F02K9/00—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof
- F02K9/42—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof using liquid or gaseous propellants
- F02K9/60—Constructional parts; Details not otherwise provided for
- F02K9/62—Combustion or thrust chambers
- F02K9/64—Combustion or thrust chambers having cooling arrangements
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
Abstract
Description
Жидкостный ракетный двигатель, работающий по безгазогенераторной схеме, имеет ряд существенных преимуществ по сравнению с двигателями, работающими по газогенераторной схеме.A liquid-propellant rocket engine operating according to a gas generator scheme has a number of significant advantages over engines operating according to a gas generator scheme.
К числу таких преимуществ относятся:These benefits include:
- более простая пневмогидравлическая схема из-за отсутствия газогенератора;- a simpler pneumohydraulic circuit due to the absence of a gas generator;
- уменьшенная масса двигателя;- reduced engine weight;
- обеспечение надежного поджига компонентов топлива в условиях вакуума;- provision of reliable ignition of fuel components under vacuum conditions;
- повышенная надежность работы двигателя за счет улучшения условий работы турбины (значительного снижения пиковых нагрузок).- increased reliability of engine operation due to improved turbine operating conditions (significant reduction of peak loads).
Основным недостатком двигателя с безгазогенераторной схемой является невозможность создания двигателей с большой тягой.The main disadvantage of an engine with a gas generating scheme is the impossibility of creating engines with high thrust.
Все существующие в настоящее время в эксплуатации или находящиеся в стадии разработки двигатели, работающие по безгазогенераторной схеме (RL-10,США; МВ60, Япония - США; Vinci -ЕС; РД0146 и РД0146Д, Россия; РД0126 «Ястреб», Россия) LE - 5А и Hipex - Япония) имеют тягу не более 15 тс.All currently in operation or under development engines operating according to a gas-free scheme (RL-10, USA; MV60, Japan - USA; Vinci-EU; RD0146 and RD0146D, Russia; RD0126 Yastreb, Russia) LE - 5A and Hipex - Japan) have a thrust of no more than 15 tf.
Ограничение величины тяги связано с невозможностью получения интенсивного нагрева всей массы горючего до высокой температуры и реализации необходимой мощности на турбине.The limitation of the magnitude of the thrust is associated with the impossibility of obtaining intensive heating of the entire mass of fuel to a high temperature and the implementation of the required power on the turbine.
На двигателе РД0126 «Ястреб» тягой 4 тс, описанном в ББК 39.62 УДК629.78 Н34 (на стр. 64-69) «Разработка и испытания уникальной камеры жидкостного ракетного двигателя РД0126 «Ястреб» с разворотом потока в сопле на 180°» для повышения интенсивного нагрева горючего камера сгорания была расположена в полости сверхзвукового сопла и разворот сверхзвукового потока в сопле на 180° проводился при истечении звукового потока через узкое кольцевое критическое сечение. Изложенное конструкторское решение позволяет увеличить нагрев горючего за счет расположения камеры внутри сверхзвукового сопла и увеличения поверхности сопла при ограниченной длине камеры.On the RD0126 Yastreb engine with a thrust of 4 tf, described in BBK 39.62 UDC629.78 N34 (on pages 64-69) "Development and testing of a unique chamber of the RD0126 Yastreb liquid propellant rocket engine with a 180 ° flow turn in the nozzle" to increase Intensive heating of the fuel, the combustion chamber was located in the cavity of the supersonic nozzle and the turn of the supersonic flow in the nozzle by 180 ° was carried out with the outflow of the sound flow through a narrow annular critical section. The stated design solution allows increasing the heating of the fuel due to the location of the chamber inside the supersonic nozzle and increasing the nozzle surface with a limited chamber length.
Но основным недостатком данной конструкции является невозможность надежного охлаждения кольцевого критического сечения, расположенного на большом диаметре и имеющего небольшую ширину ~1÷2,5 мм. Кроме того в процессе изготовления и огневых испытаниях появляются большие неравномерные силовые и термические нагрузки, которые изменяют форму критического сечения, что нарушает нормальную работу двигателя.But the main disadvantage of this design is the impossibility of reliable cooling of the annular critical section located on a large diameter and having a small width of ~ 1 ÷ 2.5 mm. In addition, during the manufacturing process and firing tests, large uneven power and thermal loads appear, which change the shape of the critical section, which disrupts the normal operation of the engine.
Известна конструкция камеры описанная в патенте RU 2 610 624 С1, в которой для набора дополнительного тепла в полости камеры сгорания установлены теплообменные элементы, выполненные в виде трубок Фильда, в которых тракт охлаждения соединен с полостями смесительной головки (аналог).The known design of the chamber is described in the
Недостатком данной конструкции является невозможность существенного нагрева компонента топлива из-за незначительной поверхности теплообмена и как следствие реализации необходимого перепада на турбине. Известна конструкция теплообменной системы с канальной пластиной, описанной в патенте RU 2 575 954. В описанной конструкции поточная пластина имеет две зеркальные друг относительно друга пластины, имеющие изогнутую форму и которые закрыты наружными рубашками (аналог).The disadvantage of this design is the impossibility of significant heating of the fuel component due to the insignificant heat exchange surface and, as a consequence, the implementation of the necessary differential on the turbine. The known design of a heat exchange system with a channel plate, described in
Недостатком данной конструкции является: отсутствие частых связей зеркальных пластин с наружными рубашками, что не позволяет реализовать высокие давления в трактах порядка 200÷400 кг/см2 - отсутствие частых связей зеркальных пластин с наружными рубашками не позволяют увеличить на 8-10% передачу тепла через стенку к охладителю (что имеет место в оребренном тракте охлаждения), что в целом снижает выходные энергетические характеристики конструкции.The disadvantage of this structure is: the absence of frequent connections mirror plate to the outer jackets which does not allow to realize the high-pressure paths in the order of 200 ÷ 400 kg / cm 2 - lack of frequent connections mirror plate to the outer jackets do not allow to increase by 8-10% of the heat transfer through the the wall to the cooler (which takes place in the finned cooling path), which generally reduces the output energy characteristics of the structure.
Известна конструкция цилиндрического пластинчатого теплообменника, описанная в патенте RU 2 364 812, которая используется для подогрева или охлаждения жидких или газообразных сред (аналог).Known design of a cylindrical plate heat exchanger, described in
Цилиндрический пластинчатый теплообменник содержит теплообменную матрицу из набора гофрированных пластин заключенных в общей цилиндрической рубашке.The cylindrical plate heat exchanger contains a heat exchange matrix of a set of corrugated plates enclosed in a common cylindrical jacket.
Недостатком данной конструкции является: невозможность реализовать высоких давлений, температуры и расходов рабочих тел;The disadvantage of this design is: impossibility of realizing high pressures, temperatures and flow rates of working bodies;
- наличие большого гидравлического сопротивления в гофрированной пластине.- the presence of a large hydraulic resistance in the corrugated plate.
Указанные недостатки не позволяют реализовать высокие энергетические характеристики конструкции.The indicated disadvantages do not allow realizing high energy characteristics of the structure.
В конструкции японского двигателя Hipex (принятого за прототип) для дополнительного набора тепла в полости камеры сгорания установлен специальный теплообменник, выполненный из внутренней оболочки с прямоугольными фрезерованными каналами и внешней оболочкой, которые соединяются диффузионной пайкой (Шляхов В.И., Овчинникова С.В. ЖРД безгенераторной схемы для межорбитальных буксиров. Обзор по материалам зарубежной печати за 1980-1990 гг. №30. Центр научно-технической информации «Поиск» ГОНТИ-8, 1991, стр. 54-56).In the design of the Japanese engine Hipex (taken as a prototype) for additional heat gain in the combustion chamber cavity, a special heat exchanger is installed, made of an inner shell with rectangular milled channels and an outer shell, which are connected by diffusion brazing (V.I. Shlyakhov, S.V. Ovchinnikova. LRE without a generator for interorbital tugs. Review based on the materials of foreign press for 1980-1990 No. 30. Center for scientific and technical information "Poisk" GONTI-8, 1991, pp. 54-56).
Данная конструкция не позволяет реализовать в камере тягу порядка 30÷35 тс, т.к. нет возможности существенного набора тепла из-за:This design does not allow the implementation of a thrust of the order of 30 ÷ 35 tf in the chamber, since there is no possibility of significant heat gain due to:
- ограниченной величины теплообменной поверхности;- limited size of the heat exchange surface;
- неработоспособности теплообмена при высокой температуре из-за наличия паяного соединения.- inoperability of heat transfer at high temperatures due to the presence of a soldered joint.
Перечисленные недостатки устраняются, предлагаемы изобретением, которое решает техническую задачу более интенсивного нагрева горючего существенно большей массы за счет существенно увеличенной поверхности теплообмена и более высокой температуры, что позволяет реализовать на турбине увеличенный перепад и обеспечить, таким образом, существенное увеличение тяги двигателя.The listed disadvantages are eliminated, proposed by the invention, which solves the technical problem of more intensive heating of the fuel of a significantly greater mass due to a significantly increased heat exchange surface and a higher temperature, which makes it possible to implement an increased differential on the turbine and thus provide a significant increase in engine thrust.
Поставленная задача решается тем, что камера жидкостного ракетного двигателя, работающего по безгазогенераторной схеме (варианты), содержащая корпус камеры, смесительную головку, состоящую из периферийной и центральной частей, наружное днище, магистрали подвода горючего и окислителя и расположенный в полости камеры теплообменник, согласно изложению:The problem is solved by the fact that the chamber of a liquid-propellant rocket engine operating according to a gas-free scheme (options), containing a chamber housing, a mixing head consisting of peripheral and central parts, an outer bottom, a fuel and oxidizer supply line and a heat exchanger located in the chamber cavity, according to the statement :
- каналы охлаждения в теплообменнике выполнены с двухсторонним расположением, а на наружной и (или) внутренней поверхности теплообменника выполнены интенсификаторы теплообмена, например, в виде ребер или канавок;- the cooling channels in the heat exchanger are made with two-sided arrangement, and heat exchange intensifiers are made on the outer and (or) inner surface of the heat exchanger, for example, in the form of ribs or grooves;
- камера жидкостного ракетного двигателя, работающего по безгазогенераторной схеме (варианты), содержащая корпус камеры, смесительную головку, состоящую из периферийной и центральной частей, наружное днище, магистрали подвода горючего и окислителя и расположенный в полости камеры теплообменник, согласно изложению, теплообменник хотя бы в одной плоскости сечения состоит не менее чем из двух сегментов, а на наружной и (или) внутренней поверхности теплообменника выполнены интенсификаторы теплообмена, например, в виде ребер или канавок;- a chamber of a liquid-propellant rocket engine operating according to a gas-free scheme (options), containing a chamber body, a mixing head consisting of peripheral and central parts, an outer bottom, a fuel and oxidizer supply line and a heat exchanger located in the chamber cavity, according to the presentation, a heat exchanger at least in one sectional plane consists of at least two segments, and heat exchange intensifiers are made on the outer and (or) inner surface of the heat exchanger, for example, in the form of ribs or grooves;
- камера жидкостного ракетного двигателя, согласно изложению, коллектор входа и (или) выхода теплообменника, закрепленного на наружном днище и пилонах корпуса головки, расположены вне полости камеры, а на наружной и (или) внутренней поверхности теплообменника выполнены интенсификаторы теплообмена, например, в виде ребер или канавок.- the chamber of a liquid-propellant rocket engine, according to the presentation, the inlet and (or) outlet collector of the heat exchanger fixed on the outer bottom and pylons of the head body is located outside the chamber cavity, and heat exchange intensifiers are made on the outer and (or) inner surface of the heat exchanger, for example, in the form ribs or grooves.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется схемами показанными на фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3.The essence of the invention is illustrated by the diagrams shown in FIG. 1, fig. 2, fig. 3.
Камера жидкостного ракетного двигателя, работающего по безгазогенераторной схеме (фиг. 1) включает в себя:The chamber of a liquid-propellant rocket engine operating on a gas-free scheme (Fig. 1) includes:
- наружное днище 1, корпус камеры 2 и смесительную головку 3, состоящую из периферийной части 4 и центральной части 5, магистрали подвода 7, 8, 9 и магистрали отвода 10;- the outer bottom 1, the
- кольцевое центральное тело 11 с двухсторонним расположением каналов охлаждения 12 в полости головки 3 и полости камеры сгорания 13 состоящие из двух частей;- an annular
- магистраль подвода охладителя 15 в кольцевое центральное тело и магистраль 16 отвода охладителя из центрального тела.- the line for supplying the
На фиг. 2 показан поперечный разрез камеры в районе смесительной головки, где:FIG. 2 shows a cross-section of the chamber in the area of the mixing head, where:
- смесительная головка 3, состоящая из периферийной части 4 с форсунками 17 и центральной части 5 с форсунками 18 соединенные пилонами 6;- mixing
- части кольцевого центрального тела 14 с двухсторонним расположением каналов охлаждения 12.- parts of the annular
На фиг. 3 показан поперечный разрез кольцевого центрального тела, расположенного в полости наружного днища 1, гдеFIG. 3 shows a cross-section of an annular central body located in the cavity of the outer bottom 1, where
- кольцевое центральное тело 11 с двухсторонним расположением каналов охлаждения 12 и интенсификаторов 19.- an annular
Камера жидкостного ракетного двигателя работает следующим образом.The chamber of a liquid propellant rocket engine operates as follows.
По соответствующим командам подается горючее из подводных магистралей 7 и 15 на поступление в тракты охлаждения корпуса камеры 2 и кольцевого центрального тела 11. В соответствии с циклограммой работы двигателя из подводной магистрали 8 горюче поступает в периферийную часть 4 головки с форсунками 17 по пилонам 6 в центральную часть головки 5 с форсунками 18, а из подводных магистралей 9 окислитель поступает в полости наружного днища и затем в периферийную и центральную части 4 и 5 смесительной головки 3. По команде в камере осуществляется поджиг и сгорание компонентов топлива и в камере происходит процесс горения компонентов топлива.According to the appropriate commands, fuel is supplied from the
В результате сгорания компонентов топлива увеличенная масса горючего находящегося в тракте охлаждения камеры 2 и трактах охлаждения 12 кольцевого центрального тела 11 нагревается до расчетного значения и поступает в выходные магистрали 10 и 16. В дальнейшем эта увеличенная масса горючего с повышенным теплосодержанием поступает на лопатки турбины. Использование теплообменника с каналами охлаждения, выполненные с двухсторонним расположением, а на наружной и (или) внутренней поверхности теплообменника использование интенсификаторов теплообмена, например, в виде ребер или канавок, снижает гидравлическое сопротивление каналов охлаждения теплообменника, примерно, в четыре раза при сохранении площади теплообмена, повышает эффективность теплообмена, что дополнительно увеличивает мощность турбины жидкостного ракетного двигателя, работающего по безгазогенераторной схеме, и соответственно давление в камере, что повышает удельный импульс тяги ракетного двигателя.As a result of the combustion of the fuel components, the increased mass of the fuel in the cooling path of the
Использование теплообменника, состоящего хотя бы в одной полости сечения из не менее чем двух сегментов, а на наружной и (или) внутренней поверхности теплообменника интенсификаторов теплообмена, например, в виде ребер или канавок позволяет повысить эффективность теплообмена, что повышает мощность на турбине и организовать переток компонентов топлива в полостях смесительной головки из переферийной в центральную часть без необходимости организации дополнительных коллекторов для подвода топлива в центральных частях смесительной головки, что снижает массу конструкции.The use of a heat exchanger consisting of at least two segments in at least one sectional cavity, and heat exchange intensifiers on the outer and (or) inner surface of the heat exchanger, for example, in the form of ribs or grooves, makes it possible to increase the efficiency of heat exchange, which increases the power on the turbine and organizes the crossflow fuel components in the cavities of the mixing head from the peripheral to the central part without the need for additional manifolds for supplying fuel in the central parts of the mixing head, which reduces the weight of the structure.
Использование теплообменника, закрепленного на наружном днище и пилонах корпуса головки, у которого коллектор входа и (или) выхода расположены вне полости камеры, а на наружной и (или) внутренней поверхности теплообменника выполнены интенсификаторы теплообмена, например, в виде ребер или канавок упрощает конструкцию коллекторов подвода и отвода охладителя, делает возможным организацию параллельного распределения охладителя между трактом охлаждения камеры и теплообменника, что снижает общее гидравлическое сопротивление, повышает эффективность теплообмена, что дополнительно увеличивает мощность турбины жидкостного ракетного двигателя, работающего по безгазогенераторной схеме, и, соответственно, давление в камере, что повышает удельный импульс тяги жидкостного ракетного двигателя.The use of a heat exchanger fixed on the outer bottom and pylons of the head body, in which the inlet and (or) outlet collectors are located outside the chamber cavity, and heat exchange intensifiers are made on the external and (or) internal surface of the heat exchanger, for example, in the form of ribs or grooves, simplifies the design of the collectors supply and removal of the coolant, makes it possible to organize the parallel distribution of the coolant between the cooling path of the chamber and the heat exchanger, which reduces the total hydraulic resistance, increases the efficiency of heat exchange, which additionally increases the power of the turbine of a liquid-propellant rocket engine operating according to a gas generator scheme, and, accordingly, the pressure in the chamber, which increases the specific thrust impulse of the liquid propellant rocket engine.
Предложенные технические решения позволяют обеспечить значительное увеличение тяги до 30÷35 тс ракетного двигателя, работающего по безгазогенераторной схеме.The proposed technical solutions make it possible to provide a significant increase in thrust up to 30 ÷ 35 tf of a rocket engine operating according to a gas generator scheme.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019115307A RU2728657C1 (en) | 2019-05-20 | 2019-05-20 | Chamber of liquid-propellant rocket engine operating on gas-free generator circuit (embodiments) |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019115307A RU2728657C1 (en) | 2019-05-20 | 2019-05-20 | Chamber of liquid-propellant rocket engine operating on gas-free generator circuit (embodiments) |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2728657C1 true RU2728657C1 (en) | 2020-07-31 |
Family
ID=72085895
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019115307A RU2728657C1 (en) | 2019-05-20 | 2019-05-20 | Chamber of liquid-propellant rocket engine operating on gas-free generator circuit (embodiments) |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2728657C1 (en) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3775977A (en) * | 1961-08-23 | 1973-12-04 | Marquardt Corp | Liquid air engine |
RU2278292C2 (en) * | 2001-01-11 | 2006-06-20 | Вольво Аэро Корпорейшн | Rocket engine member and method of its manufacture |
RU2364812C1 (en) * | 2008-04-04 | 2009-08-20 | Алексей Иванович Худяков | Cylindrical plate heat exchanger |
RU2575954C1 (en) * | 2012-03-14 | 2016-02-27 | Альфа Лаваль Корпорейт Аб | Heat exchange system with channel plate |
RU2610624C1 (en) * | 2016-01-20 | 2017-02-14 | Владислав Юрьевич Климов | Liquid-propellant rocket engine chamber |
RU2681733C1 (en) * | 2017-12-28 | 2019-03-12 | Акционерное общество "Конструкторское бюро химавтоматики" | Camera lpr |
-
2019
- 2019-05-20 RU RU2019115307A patent/RU2728657C1/en active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3775977A (en) * | 1961-08-23 | 1973-12-04 | Marquardt Corp | Liquid air engine |
RU2278292C2 (en) * | 2001-01-11 | 2006-06-20 | Вольво Аэро Корпорейшн | Rocket engine member and method of its manufacture |
RU2364812C1 (en) * | 2008-04-04 | 2009-08-20 | Алексей Иванович Худяков | Cylindrical plate heat exchanger |
RU2575954C1 (en) * | 2012-03-14 | 2016-02-27 | Альфа Лаваль Корпорейт Аб | Heat exchange system with channel plate |
RU2610624C1 (en) * | 2016-01-20 | 2017-02-14 | Владислав Юрьевич Климов | Liquid-propellant rocket engine chamber |
RU2681733C1 (en) * | 2017-12-28 | 2019-03-12 | Акционерное общество "Конструкторское бюро химавтоматики" | Camera lpr |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4707982A (en) | Thermal regenerative injector | |
US5832719A (en) | Rocket thrust chamber | |
US4977742A (en) | Stirling engine with integrated gas combustor | |
US3190070A (en) | Reaction motor construction | |
US20110005193A1 (en) | Method and apparatus for simplified thrust chamber configurations | |
WO2010042095A2 (en) | Systems, methods and apparatus for propulsion | |
US2968918A (en) | Rocket motor shell construction | |
US9222438B2 (en) | Rocket engine with cryogenic propellants | |
RU2610624C1 (en) | Liquid-propellant rocket engine chamber | |
RU2728657C1 (en) | Chamber of liquid-propellant rocket engine operating on gas-free generator circuit (embodiments) | |
US5388409A (en) | Stirling engine with integrated gas combustor | |
RU2403491C2 (en) | Thermal power cooled wall construction of high-temperature air-gas path element | |
RU2746029C1 (en) | Chamber of a liquid-propellant rocket engine operating with afterburning of a reducing generator gas | |
RU2718105C1 (en) | Liquid-propellant rocket engine chamber operating in gas-free scheme | |
KR20220067846A (en) | Combustor inclduing heat exchanging structure and rocket including the same | |
RU2686645C1 (en) | Liquid-propellant rocket engine chamber | |
US3126702A (en) | newcomb | |
RU2145039C1 (en) | Method and device for fuel feed to thermal engine chamber | |
US2641904A (en) | Apparatus for cooling combustion chambers of movable power plants with an oxidizing agent | |
RU2204732C2 (en) | Gas generator of liquid-propellant rocket engine | |
RU2531833C1 (en) | Liquid propellant rocket engine | |
US3383862A (en) | Rocket thrust chamber | |
CN109184956B (en) | High-pressure gaseous hydrogen-oxygen jet engine device | |
RU2806413C2 (en) | Liquid rocket engine | |
CN105509514A (en) | Fin tube type gas-liquid heat exchanger |