[go: up one dir, main page]

RU2326263C1 - Method of inflammation of fuel components in rocket engine combustion chamber and device realising this method (variants) - Google Patents

Method of inflammation of fuel components in rocket engine combustion chamber and device realising this method (variants) Download PDF

Info

Publication number
RU2326263C1
RU2326263C1 RU2007117762/06A RU2007117762A RU2326263C1 RU 2326263 C1 RU2326263 C1 RU 2326263C1 RU 2007117762/06 A RU2007117762/06 A RU 2007117762/06A RU 2007117762 A RU2007117762 A RU 2007117762A RU 2326263 C1 RU2326263 C1 RU 2326263C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
laser
fuel components
candle
channel
fuel
Prior art date
Application number
RU2007117762/06A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Анатолий Васильевич Иванов (RU)
Анатолий Васильевич Иванов
Сергей Григорьевич Ребров (RU)
Сергей Григорьевич Ребров
Николай Борисович Пономарев (RU)
Николай Борисович Пономарев
Андрей Николаевич Голиков (RU)
Андрей Николаевич Голиков
Григорий Анатольевич Моталин (RU)
Григорий Анатольевич Моталин
Николай Владимирович Плетнев (RU)
Николай Владимирович Плетнев
Андрей Борисович Архипов (RU)
Андрей Борисович Архипов
Леонид Федорович Жигарев (RU)
Леонид Федорович Жигарев
ев Вадим Северианович Бел (RU)
Вадим Северианович Беляев
Эдуард Махмутович Юлдашев (RU)
Эдуард Махмутович Юлдашев
Владимир Сергеевич Рачук (RU)
Владимир Сергеевич Рачук
Виталий Юрьевич Гутерман (RU)
Виталий Юрьевич Гутерман
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Исследовательский центр имени М.В. Келдыша" (ФГУП "Центр Келдыша")
Открытое акционерное общество "Конструкторское бюро химавтоматики" (ОАО КБХА)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "Исследовательский центр имени М.В. Келдыша" (ФГУП "Центр Келдыша"), Открытое акционерное общество "Конструкторское бюро химавтоматики" (ОАО КБХА) filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Исследовательский центр имени М.В. Келдыша" (ФГУП "Центр Келдыша")
Priority to RU2007117762/06A priority Critical patent/RU2326263C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2326263C1 publication Critical patent/RU2326263C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
  • Lasers (AREA)

Abstract

FIELD: engines.
SUBSTANCE: method of fuel components inflammation in the rocket engine combustion chamber is a method of inflammation of fuel components mixture forming a flare of combustion products which inflame the main flow rate of fuel components. Components of mixture are inflamed by focusing of laser energy and generating of optical breakdown. Fuel components and laser energy are supplied for ratio of fuel components in the area of laser energy focusing to be optimal for inflammation. Device realizing this method consists of a case with channel for transportation of fuel combustion products to the combustion chamber, fuel component supply units, energy supplying device, and reaction cavity. Laser candle equipped with focusing lens and installed in the device case in alignment to and with gap relative to the combustion products transportation channel is used as an energy supplying device. Outlet end of the laser candle and inlet end of transportation channel form a reaction cavity. Inlet of laser candle is optically connected to the laser outlet along the light guide. The second variant of this device proposes a target at the outlet end of the laser candle. The third variant of this device uses a fibre for emission transportation to the reaction cavity. In this variant the device has no focusing lens.
EFFECT: reliability of inflammation of rocket fuels in combustion chambers; reduction of electromagnetic interference level.
4 cl, 3 dwg

Description

Группа изобретений относится к ракетно-космической технике и может быть использована для многократного запуска ракетных двигателей (РД), использующих как жидкие, так и газообразные ракетные топлива в условиях их эксплуатации па ракетах, космических аппаратах и орбитальных пилотируемых космических станциях, при отработке двигателей в стендовых условиях. Группа изобретений может быть использована также в авиационной технике и в агрегатах промышленной энергетики.The group of inventions relates to rocket and space technology and can be used for multiple launch of rocket engines (RD), using both liquid and gaseous rocket fuels in the conditions of their operation on rockets, spacecraft and orbital manned space stations, when developing engines in the bench conditions. The group of inventions can also be used in aircraft and in industrial power units.

Известен способ воспламенения компонентов топлива в камере сгорания жидкостного ракетного двигателя, заключающийся в смешении компонентов топлива, поступающих в камеру через тангенциальные и радиальные отверстия, воспламенение полученной смеси и выведение продуктов сгорания через цилиндрическое отверстие-сопло в центре устройства (см. патент США №3199295 от 26.08.1968 г.). Для воспламенения смешанных потоков компонентов топлива предусмотрен электрический способ воспламенения топливной смеси.There is a method of igniting fuel components in a combustion chamber of a liquid propellant rocket engine, which consists in mixing the fuel components entering the chamber through tangential and radial holes, igniting the resulting mixture and removing combustion products through a cylindrical nozzle hole in the center of the device (see US Pat. No. 3,199,295 for 08/26/1968). To ignite mixed flows of fuel components, an electrical method for igniting a fuel mixture is provided.

Недостатком этого способа является то, что смешение компонентов топлива образует в вихревом потоке весьма неоднородную топливную смесь, для воспламенения которой требуется высокая мощность, подводимая к электрической свече (~1 кВт), что приводит к достаточно большой массе источника питания электрической свечи. Кроме того, такой способ создает электромагнитные помехи при запуске РД, что может быть особенно критичным для различной аппаратуры при многократных включениях многосопловых двигательных установок.The disadvantage of this method is that the mixing of the fuel components forms a very heterogeneous fuel mixture in the vortex flow, which requires high power to be ignited to the electric candle (~ 1 kW), which leads to a sufficiently large mass of the electric candle power source. In addition, this method creates electromagnetic interference when starting the taxiway, which can be especially critical for various equipment with multiple starts of multi-nozzle propulsion systems.

Известно устройство для воспламенения компонентов топлива в камере сгорания ЖРД преимущественно для кислородно-водородных двигателей (см. Гахун Г.Г. Конструкция и проектирование жидкостных ракетных двигателей. - М.: Машиностроение, 1989, стр.77, рис.4.7). Устройство содержит корпус, внутри которого расположены реакционная полость, сужающаяся к выходу в камеру сгорания, трубопроводы подачи горючего и окислителя. Пусковые порции компонентов поджигаются электроискровой свечой, установленной в корпусе. Устройство работает следующим образом. Окислитель и горючее в реакционную полость подаются практически одновременно и смешиваются. Вниз по течению, где произошло смешение компонентов до заданного состава, на смесь воздействует искра от включенной электроискровой свечи, которая поджигает смесь. Недостатком данного способа и устройства, принятого за прототип, является то, что такой способ и устройство не эффективны при запуске двигателя в космических условиях в вакууме при малых расходах топлива и многократных включениях, когда при запусках и остановах продукты неполного сгорания загрязняют электроды свечи. Кроме того, при искрообразовании возбуждаются электромагнитные помехи.A device for igniting the components of the fuel in the combustion chamber of a liquid propellant rocket engine mainly for oxygen-hydrogen engines (see Gakhun G.G. Design and design of liquid rocket engines. - M .: Mashinostroenie, 1989, p. 77, Fig. 4.7). The device comprises a housing, inside of which there is a reaction cavity, tapering towards the exit to the combustion chamber, fuel and oxidizer supply pipelines. Starting portions of the components are ignited by an electric spark plug installed in the housing. The device operates as follows. The oxidizing agent and fuel are fed into the reaction cavity almost simultaneously and mixed. Downstream, where the components were mixed to a predetermined composition, the spark is affected by the spark from the switched on electric spark plug, which ignites the mixture. The disadvantage of this method and the device adopted as a prototype is that such a method and device are not effective when starting the engine in space conditions in a vacuum at low fuel consumption and multiple starts, when during start-ups and shutdowns incomplete combustion products contaminate the spark plug electrodes. In addition, when sparking, electromagnetic disturbances are excited.

Технической задачей, на решение которой направлена группа изобретений, является обеспечение надежного воспламенения ракетных топлив в камерах сгораниях ракетных двигателей (КС РД) и снижение уровня электромагнитных помех в натурных условиях эксплуатации двигателей.The technical problem to which the group of inventions is directed is to ensure reliable ignition of rocket fuels in the combustion chambers of rocket engines (KS RD) and to reduce the level of electromagnetic interference in natural conditions of engine operation.

Для решения этой задачи предлагается способ воспламенения компонентов топлива в камере сгорания РД, основанный на раздельной и разновременной подаче пусковых порций компонентов топлива, подаче энергии и воспламенении смеси компонентов с получением факела продуктов сгорания, воспламеняющего основной расход компонентов топлива, при этом воспламенение осуществляют путем фокусировки лазерной энергии в область оптического пробоя, а подачу компонентов топлива и подачу лазерной энергии осуществляют таким образом, чтобы соотношение компонентов в этой области было оптимальным для воспламенения.To solve this problem, a method is proposed for igniting fuel components in the RD combustion chamber, based on the separate and simultaneous supply of starting portions of fuel components, supplying energy and igniting a mixture of components to produce a torch of combustion products igniting the main flow rate of the fuel components, the ignition being carried out by focusing a laser energy in the region of optical breakdown, and the supply of fuel components and the supply of laser energy is carried out in such a way that the ratio entom in this area was optimal for ignition.

Для решения этой задачи предлагается три варианта устройства для осуществления способа воспламенения компонентов топлива в камере сгорания РД. В первом варианте изобретения устройство содержит корпус с каналом транспортировки продуктов сгорания компонентов топлива в КС, узлы подачи компонентов, устройство подачи энергии, реакционную полость. В качестве устройства подачи энергии используется лазерная свеча, снабженная фокусирующей линзой и установленная в корпусе соосно и с зазором относительно канала транспортировки продуктов сгорания. Выходной торец лазерной свечи и входной торец канала транспортировки образуют реакционную полость. Вход лазерной свечи оптически соединен по световоду с выходом лазера.To solve this problem, three variants of a device are proposed for implementing a method of igniting fuel components in an RD combustion chamber. In the first embodiment of the invention, the device comprises a housing with a channel for transporting the products of combustion of fuel components in the compressor station, components supply units, an energy supply device, a reaction cavity. As an energy supply device, a laser candle is used, equipped with a focusing lens and installed in the housing coaxially and with a gap relative to the channel for transporting combustion products. The output end of the laser candle and the input end of the transport channel form a reaction cavity. The input of the laser candle is optically connected through the optical fiber to the output of the laser.

Второй вариант устройства отличается тем, что в реакционной полости вблизи выходного торца лазерной свечи расположена мишень.The second variant of the device is characterized in that a target is located in the reaction cavity near the exit end of the laser candle.

Третий вариант устройства отличается от второго тем, что лазерная свеча снабжена оптическим волокном для транспортировки излучения в реакционную полость. В этом варианте устройство выполнено без фокусирующей линзы.The third version of the device differs from the second in that the laser candle is equipped with an optical fiber for transporting radiation into the reaction cavity. In this embodiment, the device is made without a focusing lens.

Величина сфокусированной энергии должна быть достаточной, чтобы в смеси компонентов произошел оптический пробой с получением лазерной искры. Порог пробоя зависит от различных параметров: состава смеси, давления, длины волны излучения света и ряда других факторов. В частности, для организации оптического пробоя в газе требуется выходная энергия лазерных импульсов длительностью порядка ~10-8 с и энергией ~50-100 мДж. Для снижения выходной энергии лазера его излучение можно сфокусировать на поверхность твердой мишени. В результате смесь взаимодействует с плазменным факелом, инициированным сфокусированным на поверхности мишени лазерным лучом. Для образования плазмы этим методом требование к пороговому значению энергии излучения более чем на порядок меньше, чем для организации оптического пробоя в газе. Так, для поджига горючих смесей оптимального состава, то есть в области концентрационных границ, где воспламенение возможно с минимальной мощностью лазерного источника выходная энергия лазерных импульсов составляет ~1 мДж длительностью ~10-8 с.The amount of focused energy should be sufficient so that an optical breakdown occurs in the mixture of components to produce a laser spark. The breakdown threshold depends on various parameters: mixture composition, pressure, wavelength of light emission, and a number of other factors. In particular, the organization of optical breakdown in a gas requires the output energy of laser pulses of a duration of the order of ~ 10 -8 s and an energy of ~ 50-100 mJ. To reduce the laser output energy, its radiation can be focused on the surface of a solid target. As a result, the mixture interacts with a plasma torch initiated by a laser beam focused on the target surface. For plasma formation by this method, the requirement for the threshold value of the radiation energy is more than an order of magnitude smaller than for the organization of optical breakdown in a gas. So, to ignite combustible mixtures of the optimal composition, that is, in the region of concentration boundaries, where ignition is possible with a minimum laser source power, the output energy of the laser pulses is ~ 1 mJ for a duration of ~ 10 -8 s.

Путем варьирования разновременности подачи компонентов топлива обеспечивается в начальный момент работы устройства переменность состава компонентов топлива в области фокусировки лазерной энергии. Так, сразу после подачи первого из компонентов он заполняет все каналы устройства, а после подачи второго компонента начинается вытеснение первого из магистрали второго компонента. При этом в области фокусировки по истечении некоторого времени образуется смесь компонентов топлива с соотношением компонентов, оптимальным для воспламенения лазерным излучением, после чего происходит воспламенение смеси компонентов топлива в канале с образованием стационарного факела, а лазер выключается.By varying the timing of the supply of fuel components at the initial moment of operation of the device, the composition of the fuel components in the focus area of the laser energy is varied. So, immediately after the supply of the first of the components, it fills all the channels of the device, and after the supply of the second component, the first component is forced out of the line of the second component. In this case, in the focusing area, after some time, a mixture of fuel components with a ratio of components that is optimal for ignition by laser radiation is formed, after which the mixture of fuel components in the channel ignites with the formation of a stationary flame, and the laser turns off.

Использование в способе воспламенения компонентов топлива в КС РД известных способов зажигания не позволяет создать способ с требуемыми характеристиками.The use of the known ignition methods in the method of igniting the fuel components in the CS of the RD does not allow creating a method with the required characteristics.

В заявленном способе впервые воспламенение осуществляют путем фокусировки лазерной энергии в область оптического пробоя в тот момент времени, когда соотношение компонентов топлива в этой области является оптимальным для воспламенения.In the inventive method, for the first time, ignition is carried out by focusing the laser energy into the region of optical breakdown at a time when the ratio of the fuel components in this region is optimal for ignition.

В новых предлагаемых вариантах устройства для осуществления заявляемого способа впервые используется лазерная свеча, создающая интенсивность лазерных импульсов в области фокусировки в диапазоне 109÷1010 Вт/см2. При электроискровом зажигании подводимая мощность составляет ~1 кВт, что значительно превосходит среднюю мощность, подводимую к лазерной свече (10÷100 Вт).In the new proposed variants of the device for implementing the proposed method, a laser candle is used for the first time, which creates the intensity of laser pulses in the focus area in the range of 10 9 ÷ 10 10 W / cm 2 . With electric spark ignition, the input power is ~ 1 kW, which significantly exceeds the average power supplied to the laser candle (10 ÷ 100 W).

При создании способа воспламенения компонентов топлива в КС РД с требуемыми характеристиками были изобретены три новых варианта устройства специально для осуществления этого способа. Использование этих устройств в способе воспламенения позволяет решить поставленную задачу с получением требуемого технического результата, а именно обеспечение надежного воспламенения ракетных топлив в камерах сгорания ракетных двигателей и снижение электромагнитных помех в натурных условиях эксплуатации двигателей.When creating a method of igniting the fuel components in the control system with the required characteristics, three new device variants were invented specifically for implementing this method. The use of these devices in the ignition method allows us to solve the problem with obtaining the required technical result, namely, ensuring reliable ignition of rocket fuels in the combustion chambers of rocket engines and reducing electromagnetic interference in natural conditions of engine operation.

Предлагаемые способ воспламенения компонентов топлива в камере сгорания РД и устройство для его осуществления иллюстрируются следующими графические материалами:The proposed method of igniting the fuel components in the combustion chamber of the taxiway and the device for its implementation are illustrated by the following graphic materials:

На фиг.1 представлен первый вариант устройства.Figure 1 presents the first embodiment of the device.

На фиг.2 представлен второй вариант устройства.Figure 2 presents the second variant of the device.

На фиг.3 представлен третий вариант устройства.Figure 3 presents the third variant of the device.

На фиг.1 представлена схема устройства, в котором излучение от лазера вводится в лазерную свечу и далее в область пробоя, расположенную в реакционной полости, с помощью фокусирующей линзы. Устройство состоит из корпуса 1, узлов подачи 2, 3 компонентов топлива, реакционной полости 4, в которой имеется выход в канал транспортировки плазменного факела в камеру сгорания двигателя. Лазерная свеча, соединяемая с корпусом 1, состоит из корпуса свечи 5, линзы 6, проставки 7 и фиксирующей втулки 8. Излучение, прошедшее через фокусирующую линзу 6, попадает в реакционную полость через отверстие в крышке 9. Оптический пробой происходит в точке фокусировки 10. В случае если излучение от лазерного источника заранее сфокусировано, то вместо линзы 6 может быть использовано оптическое стекло, служащее для пропускания излучения и предотвращения попадания компонентов наружу.Figure 1 presents a diagram of a device in which radiation from a laser is introduced into the laser candle and then to the breakdown region located in the reaction cavity using a focusing lens. The device consists of a housing 1, supply nodes 2, 3 of the fuel components, a reaction cavity 4, in which there is an exit to the channel for transporting the plasma torch into the combustion chamber of the engine. The laser candle connected to the housing 1 consists of the housing of the candle 5, lens 6, spacers 7 and the fixing sleeve 8. The radiation transmitted through the focusing lens 6 enters the reaction cavity through the hole in the cover 9. Optical breakdown occurs at the focal point 10. If the radiation from the laser source is pre-focused, then instead of the lens 6 can be used optical glass, which serves to transmit radiation and prevent components from getting out.

На фиг.2 представлено устройство, в котором фокусирование лазерной энергии производится на специальную мишень 11, расположенную в реакционной полости 4.Figure 2 presents a device in which the focusing of laser energy is performed on a special target 11 located in the reaction cavity 4.

На фиг.3 представлено устройство, в котором излучение от лазера вводится в лазерную свечу и далее в область пробоя, расположенную в реакционной полости 4, с помощью оптического волокна 12, зафиксированного во втулке 13, и направлено на специальную мишень 11, расположенную в реакционной полости 4.Figure 3 presents a device in which laser radiation is introduced into the laser candle and then into the breakdown region located in the reaction cavity 4, using an optical fiber 12 fixed in the sleeve 13, and directed to a special target 11 located in the reaction cavity four.

Расходы компонентов и их соотношение, а следовательно, и рабочая температура в реакционной полости после зажигания выбираются из условия обеспечения работоспособности конструкции, то есть обеспечения стойкости выбранных материалов конструкции устройства при рабочей температуре.The costs of the components and their ratio, and therefore the operating temperature in the reaction cavity after ignition, are selected from the condition of ensuring the operability of the structure, that is, ensuring the durability of the selected materials of the device structure at the operating temperature.

Рассмотрим работу устройства по первому варианту. Через узел подачи 3 в устройство подается один из компонентов топлива, заполняющий все полости устройства, включая узел подачи 2 второго компонента. Через узел подачи 2 подают второй компонент топлива. Через некоторое время происходит вытеснение вторым компонентом первого, при этом включается лазер. В процессе этого вытеснения в области фокусировки происходит изменение соотношения компонентов топлива и при достижении некоторого его значения происходит воспламенение смеси. В общем случае это значение может существенно отличаться от среднего соотношения, определяемого из величин расходов компонентов на стадии стационарной работы устройства. После осуществления пробоя и воспламенения смеси лазер выключается, а возникающий факел продуктов сгорания через канал транспортировки попадает в камеру сгорания двигателя и воспламеняет компоненты топлива в самой камере сгорания. После воспламенения компонентов в камере сгорания факел устройства гасится либо прекращением подачи окислителя и горючего, либо прекращением подачи одного из компонентов. В этом случае истечение второго компонента предотвращает попадание горячих газов из камеры сгорания в устройство, а также оказывает охлаждающее воздействие. Порядок подачи компонентов в устройство может быть и обратным - вначале может подаваться первый компонент из узла подачи 2, а затем - второй компонент из узла подачи 3.Consider the operation of the device according to the first embodiment. Through the feed unit 3, one of the fuel components is fed into the device, filling all the cavities of the device, including the feed unit 2 of the second component. Through the feed unit 2 serves the second component of the fuel. After a while, the second component is forced out by the second component, and the laser is turned on. In the process of this displacement in the focusing area, the ratio of the components of the fuel changes and when a certain value is reached, the mixture ignites. In the general case, this value can significantly differ from the average ratio determined from the values of the component costs at the stage of stationary operation of the device. After the breakdown and ignition of the mixture, the laser is turned off, and the resulting torch of combustion products through the transport channel enters the combustion chamber of the engine and ignites the fuel components in the combustion chamber itself. After igniting the components in the combustion chamber, the torch of the device is extinguished either by stopping the supply of oxidizing agent and fuel, or by stopping the supply of one of the components. In this case, the outflow of the second component prevents the ingress of hot gases from the combustion chamber into the device, and also has a cooling effect. The order in which the components are fed into the device can also be reversed - first, the first component can be supplied from the feed unit 2, and then the second component from the feed unit 3.

Устройство по первому варианту целесообразно использовать при достаточно мощных лазерных импульсах, с энергией импульсов ~50...100 мДж. При таких импульсах возможно осуществить оптический пробой в объеме среды вблизи фокуса.The device according to the first embodiment is advisable to use with sufficiently powerful laser pulses, with a pulse energy of ~ 50 ... 100 mJ. With such pulses, it is possible to carry out optical breakdown in the medium volume near the focus.

Устройство по второму варианту целесообразно использовать для снижения энергии воспламеняющих импульсов, а следовательно, и снижения массогабаритных характеристик лазерного источника. Снижение энергии импульсов на порядок и более достигается фокусировкой лазерного излучения на мишень, а воспламенение смеси происходит вначале вблизи поверхности мишени, а затем распространяется вниз по течению. В остальном работа устройства по варианту 2 аналогична работе устройства по первому варианту.The device according to the second embodiment is expediently used to reduce the energy of flammable pulses, and, consequently, to reduce the overall dimensions of the laser source. A decrease in the pulse energy by an order of magnitude or more is achieved by focusing the laser radiation on the target, and the mixture ignites first near the surface of the target, and then propagates downstream. Otherwise, the operation of the device according to option 2 is similar to the operation of the device according to the first embodiment.

Устройство по третьему варианту целесообразно использовать при таких уровнях энергии лазерных импульсов, когда транспортировку излучения в область пробоя можно осуществлять с помощью оптического волокна. Так, современные волокна позволяют пропускать энергию с плотностью на уровне ~5 ГВт/см2. При этом оптическое волокно 12 через стандартный оптический разъем подсоединяется к лазеру. В остальном работа устройства по третьему варианту аналогична работе устройств по первым двум.The device according to the third embodiment is expediently used at such energy levels of laser pulses, when the radiation can be transported to the breakdown region using optical fiber. So, modern fibers allow energy to pass with a density of ~ 5 GW / cm 2 . When this optical fiber 12 through a standard optical connector is connected to the laser. Otherwise, the operation of the device in the third embodiment is similar to the operation of the devices in the first two.

Разработанный способ и варианты устройства были реализованы в процессе экспериментальных исследований по лазерному воспламенению компонентов ракетного топлива на стендах Центра Келдыша. В качестве компонентов использовались следующие топливные пары: кислород-водород, кислород-метан, кислород-керосин, кислород-этанол. В экспериментах по лазерному зажиганию в устройстве по первому варианту необходимые уровни энергии лазерных импульсов составили ~50...150 мДж, а по вариантам 2 и 3 - ~0.5...1 мДж. При этом минимальный уровень соответствует топливной паре кислород-водород, максимальный - топливной паре кислород-керосин. Апробированы различные временные режимы подачи компонентов - как окислителя, так и горючего. Установлено, что оптимальное время между подачей первого и второго компонента составляет ~0.05...0.5 с, при этом время, в течение которого работает лазер, составляет ~0.05...0.3 с.The developed method and device options were implemented in the process of experimental research on laser ignition of rocket fuel components at the stands of the Keldysh Center. The following fuel vapors were used as components: oxygen-hydrogen, oxygen-methane, oxygen-kerosene, oxygen-ethanol. In experiments on laser ignition in the device according to the first embodiment, the required energy levels of laser pulses were ~ 50 ... 150 mJ, and for options 2 and 3 - ~ 0.5 ... 1 mJ. In this case, the minimum level corresponds to the oxygen-hydrogen fuel pair, the maximum - to the oxygen-kerosene fuel pair. Various time regimes of the supply of components — both the oxidizing agent and the fuel — were tested. It was established that the optimal time between the supply of the first and second component is ~ 0.05 ... 0.5 s, while the time during which the laser is working is ~ 0.05 ... 0.3 s.

Claims (4)

1. Способ воспламенения компонентов топлива в камере сгорания ракетного двигателя (КС РД), основанный на раздельной и разновременной подаче пусковых порций компонентов топлива, подаче энергии и воспламенении смеси компонентов топлива с получением факела продуктов сгорания, воспламеняющего основной расход компонентов топлива, отличающийся тем, что воспламенение осуществляют путем фокусировки лазерной энергии в область оптического пробоя, причем подачу компонентов топлива и подачу лазерной энергии осуществляют таким образом, чтобы соотношение компонентов топлива в этой области было оптимальным для воспламенения.1. The method of ignition of the fuel components in the combustion chamber of a rocket engine (KS RD), based on the separate and simultaneous supply of starting portions of the fuel components, energy supply and ignition of the mixture of fuel components to obtain a torch of combustion products, igniting the main flow rate of the fuel components, characterized in that ignition is carried out by focusing the laser energy in the region of optical breakdown, and the supply of fuel components and the supply of laser energy is carried out in such a way that elations fuel components in this area was optimal for ignition. 2. Устройство воспламенения компонентов топлива в КС РД, содержащее корпус с каналом транспортировки продуктов сгорания компонентов топлива в КС, узлы подачи компонентов топлива, устройство подачи энергии и реакционную полость, отличающееся тем, что в качестве устройства подачи энергии используется лазерная свеча, снабженная фокусирующей линзой, и установленная в корпусе устройства соосно и с зазором относительно канала транспортировки продуктов сгорания, при этом выходной торец лазерной свечи и входной торец канала транспортировки образуют реакционную полость, причем вход лазерной свечи оптически соединен по световоду с выходом лазера.2. A device for igniting fuel components in a compressor station, comprising a housing with a channel for transporting products of combustion of fuel components in a compressor station, fuel component supply units, an energy supply device and a reaction cavity, characterized in that a laser candle equipped with a focusing lens is used as an energy supply device , and installed in the device’s body coaxially and with a gap relative to the channel for transporting combustion products, while the output end of the laser candle and the input end of the transportation channel o the reaction cavity is formed, the input of the laser candle being optically connected through the optical fiber to the laser output. 3. Устройство воспламенения компонентов топлива в КС РД, содержащее корпус с каналом транспортировки продуктов сгорания компонентов топлива, устройство подачи энергии и реакционную полость, отличающееся тем, что в качестве устройства подачи энергии используется лазерная свеча, снабженная фокусирующей линзой, и установленная в корпусе устройства соосно и с зазором относительно канала транспортировки продуктов сгорания, при этом выходной торец лазерной свечи и входной торец канала транспортировки образуют реакционную полость, в которой вблизи выходного торца лазерной свечи расположена мишень, причем вход лазерной свечи оптически соединен по световоду с выходом лазера.3. A device for igniting fuel components in a compressor station, comprising a housing with a channel for transporting the products of combustion of fuel components, an energy supply device and a reaction cavity, characterized in that a laser candle equipped with a focusing lens is used as an energy supply device and is installed coaxially in the device body and with a gap relative to the channel for transporting products of combustion, while the output end of the laser candle and the input end of the transportation channel form a reaction cavity in which The target is located near the output end of the laser candle, and the input of the laser candle is optically connected through the fiber with the laser output. 4. Устройство воспламенения компонентов топлива в КС РД, содержащее корпус с каналом транспортировки продуктов сгорания компонентов топлива, устройство подачи энергии и реакционную полость, отличающееся тем, что в качестве устройства подачи энергии используется лазерная свеча, установленная в корпусе устройства соосно и с зазором относительно канала транспортировки продуктов сгорания, и снабженная оптическим волокном для транспортировки излучения в реакционную полость, образуемую выходным торцом лазерной свечи и входным торцом канала транспортировки продуктов сгорания, причем вблизи выходного торца лазерной свечи расположена мишень, при этом вход лазерной свечи оптически соединен с помощью оптического волокна с выходом лазера.4. A device for igniting fuel components in a compressor station, comprising a housing with a channel for transporting products of combustion of fuel components, an energy supply device and a reaction cavity, characterized in that a laser candle is used as an energy supply device, mounted coaxially in the device body and with a gap relative to the channel transportation of combustion products, and equipped with an optical fiber for transporting radiation into the reaction cavity formed by the output end of the laser candle and the input end of the channel for the transportation of combustion products, moreover, near the output end of the laser candle there is a target, while the input of the laser candle is optically connected with an optical fiber to the laser output.
RU2007117762/06A 2007-05-14 2007-05-14 Method of inflammation of fuel components in rocket engine combustion chamber and device realising this method (variants) RU2326263C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007117762/06A RU2326263C1 (en) 2007-05-14 2007-05-14 Method of inflammation of fuel components in rocket engine combustion chamber and device realising this method (variants)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007117762/06A RU2326263C1 (en) 2007-05-14 2007-05-14 Method of inflammation of fuel components in rocket engine combustion chamber and device realising this method (variants)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2326263C1 true RU2326263C1 (en) 2008-06-10

Family

ID=39581400

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007117762/06A RU2326263C1 (en) 2007-05-14 2007-05-14 Method of inflammation of fuel components in rocket engine combustion chamber and device realising this method (variants)

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2326263C1 (en)

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2451818C1 (en) * 2010-10-05 2012-05-27 Открытое акционерное общество "Конструкторское бюро химавтоматики" Laser device of fuel components ignition (versions)
RU2468543C1 (en) * 2011-08-01 2012-11-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) Method for organisation of working process in chamber of laser rocket engine, and laser rocket engine
RU2468240C1 (en) * 2011-11-03 2012-11-27 Государственный научный центр Российской Федерации - федеральное государственное унитарное предприятие "Исследовательский Центр имени М.В. Келдыша" Chamber of liquid-propellant rocket engine or gas generator with laser ignition device of fuel components, and its startup method
RU2505749C1 (en) * 2012-07-27 2014-01-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И. Баранова" Gas turbine engine combustion chamber and method of its operation
RU2513527C1 (en) * 2012-12-20 2014-04-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И. Баранова" Gas turbine engine combustion chamber and method of its operation
RU2527500C1 (en) * 2013-08-05 2014-09-10 Общество с ограниченной ответственностью "Спектралазер" Device for laser ignition of fuel in gas generator of liquid propellant rocket engine
RU2533262C1 (en) * 2013-08-05 2014-11-20 Общество с ограниченной ответственностью "Спектралазер" Device for fuel laser ignition in liquid-propellant rocket engine combustion chamber
RU2555021C1 (en) * 2013-12-24 2015-07-10 Открытое акционерное общество "НПО Энергомаш имени академика В.П. Глушко" Chamber of liquid-propellant engine or gas generator
RU2580232C1 (en) * 2015-05-07 2016-04-10 Акционерное общество "Конструкторское бюро химавтоматики" Method of ignition of fuel components in liquid rocket engine and laser ignition device for realising said method
RU2625076C1 (en) * 2016-02-08 2017-07-11 Николай Борисович Болотин Combustion chamber of gas turbine engine and means of air activation
RU2634972C1 (en) * 2017-01-26 2017-11-08 Николай Борисович Болотин Laser spark plug
CN109386400A (en) * 2018-12-07 2019-02-26 上海空间推进研究所 A kind of laser torch lighter for liquid oxygen/methane engine
RU2691704C1 (en) * 2018-08-13 2019-06-17 Акционерное общество "Конструкторское бюро химавтоматики" Method of igniting fuel components in liquid-propellent rocket engine
RU2770975C2 (en) * 2019-06-20 2022-04-25 Акционерное общество "НПО Энергомаш имени академика В.П. Глушко" Apparatus for laser ignition of fuel components in a combustion chamber or gas generator of a liquid rocket engine
CN115680942A (en) * 2022-09-20 2023-02-03 沈阳航天新光集团有限公司 A nitrous oxide/hydrogen torch igniter

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Г.Г.ГАХУН и др. Конструкция и проектирование жидкостных ракетных двигателей. - М.: Машиностроение, 1989, стр.74-78, рис.4.7. *

Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2451818C1 (en) * 2010-10-05 2012-05-27 Открытое акционерное общество "Конструкторское бюро химавтоматики" Laser device of fuel components ignition (versions)
RU2468543C1 (en) * 2011-08-01 2012-11-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) Method for organisation of working process in chamber of laser rocket engine, and laser rocket engine
RU2468240C1 (en) * 2011-11-03 2012-11-27 Государственный научный центр Российской Федерации - федеральное государственное унитарное предприятие "Исследовательский Центр имени М.В. Келдыша" Chamber of liquid-propellant rocket engine or gas generator with laser ignition device of fuel components, and its startup method
RU2505749C1 (en) * 2012-07-27 2014-01-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И. Баранова" Gas turbine engine combustion chamber and method of its operation
RU2513527C1 (en) * 2012-12-20 2014-04-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И. Баранова" Gas turbine engine combustion chamber and method of its operation
RU2527500C1 (en) * 2013-08-05 2014-09-10 Общество с ограниченной ответственностью "Спектралазер" Device for laser ignition of fuel in gas generator of liquid propellant rocket engine
RU2533262C1 (en) * 2013-08-05 2014-11-20 Общество с ограниченной ответственностью "Спектралазер" Device for fuel laser ignition in liquid-propellant rocket engine combustion chamber
RU2555021C1 (en) * 2013-12-24 2015-07-10 Открытое акционерное общество "НПО Энергомаш имени академика В.П. Глушко" Chamber of liquid-propellant engine or gas generator
RU2580232C1 (en) * 2015-05-07 2016-04-10 Акционерное общество "Конструкторское бюро химавтоматики" Method of ignition of fuel components in liquid rocket engine and laser ignition device for realising said method
RU2625076C1 (en) * 2016-02-08 2017-07-11 Николай Борисович Болотин Combustion chamber of gas turbine engine and means of air activation
RU2634972C1 (en) * 2017-01-26 2017-11-08 Николай Борисович Болотин Laser spark plug
RU2691704C1 (en) * 2018-08-13 2019-06-17 Акционерное общество "Конструкторское бюро химавтоматики" Method of igniting fuel components in liquid-propellent rocket engine
CN109386400A (en) * 2018-12-07 2019-02-26 上海空间推进研究所 A kind of laser torch lighter for liquid oxygen/methane engine
CN109386400B (en) * 2018-12-07 2021-01-12 上海空间推进研究所 Laser torch igniter for liquid oxygen/methane engine
RU2770975C2 (en) * 2019-06-20 2022-04-25 Акционерное общество "НПО Энергомаш имени академика В.П. Глушко" Apparatus for laser ignition of fuel components in a combustion chamber or gas generator of a liquid rocket engine
CN115680942A (en) * 2022-09-20 2023-02-03 沈阳航天新光集团有限公司 A nitrous oxide/hydrogen torch igniter

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2326263C1 (en) Method of inflammation of fuel components in rocket engine combustion chamber and device realising this method (variants)
US8616006B2 (en) Advanced optics and optical access for laser ignition for gas turbines including aircraft engines
US7096670B2 (en) Method for igniting the combustion chamber of a gas turbine unit and an ignition device for carrying out the method
US5367869A (en) Laser ignition methods and apparatus for combustors
JP5997434B2 (en) Improved laser igniter for gas turbines including aero engines.
EP1512913B1 (en) Injection system for air and fuel with means to produce cold plasma
RU2614754C1 (en) Excitation of an additional laser for combustion stability
RU2400644C1 (en) Low-thrust rocket engine running on non-self-igniting gaseous oxidiser and liquid fuel, and method of its starting
RU2468240C1 (en) Chamber of liquid-propellant rocket engine or gas generator with laser ignition device of fuel components, and its startup method
EP0816674A1 (en) Ignition methods and apparatus using broadband laser energy
RU2339840C2 (en) Method of igniting fuel mixture in engine combustion chamber and device to this effect
RU2451818C1 (en) Laser device of fuel components ignition (versions)
US20120000178A1 (en) Systems involving fiber optic igniters
Pletnev et al. Development and testing of the laser system of ignition of rocket engines
RU2477383C1 (en) Method of low-thrust rocket engine chamber operation
RU2580232C1 (en) Method of ignition of fuel components in liquid rocket engine and laser ignition device for realising said method
KR950001328B1 (en) Gas turbine engine photon ignition system
RU2406863C1 (en) Method of multiple laser ignition of rocket fuel mixtures and device for its implementation
RU2770975C2 (en) Apparatus for laser ignition of fuel components in a combustion chamber or gas generator of a liquid rocket engine
RU85620U1 (en) DEVICE OF MULTIPLE LASER IGNITION OF ROCKET FUEL FUEL MIXTURES
RU2691704C1 (en) Method of igniting fuel components in liquid-propellent rocket engine
RU2555021C1 (en) Chamber of liquid-propellant engine or gas generator
RU2679949C1 (en) Method for launching the camera of a liquid rocket engine or a gas generator with laser igniting fuel and device for its implementation
RU2397355C2 (en) Method of operating low-thrust rocket engine
RU2374560C1 (en) Igniting device