[go: up one dir, main page]

RU2774754C1 - Liquid-propellant rocket engine chamber - Google Patents

Liquid-propellant rocket engine chamber Download PDF

Info

Publication number
RU2774754C1
RU2774754C1 RU2022105397A RU2022105397A RU2774754C1 RU 2774754 C1 RU2774754 C1 RU 2774754C1 RU 2022105397 A RU2022105397 A RU 2022105397A RU 2022105397 A RU2022105397 A RU 2022105397A RU 2774754 C1 RU2774754 C1 RU 2774754C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
nozzle
cooling path
combustion chamber
inlet
manifold
Prior art date
Application number
RU2022105397A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Виктор Дмитриевич Горохов
Николай Васильевич Подгорный
Андрей Викторович Гуменный
Original Assignee
Акционерное общество "Конструкторское бюро химавтоматики"
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Конструкторское бюро химавтоматики" filed Critical Акционерное общество "Конструкторское бюро химавтоматики"
Application granted granted Critical
Publication of RU2774754C1 publication Critical patent/RU2774754C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: rocket technology.
SUBSTANCE: invention relates to rocket technology. A chamber of a liquid-propellant rocket engine containing a combustion chamber equipped with a cooling path with longitudinal channels with transverse bridges, an inlet manifold for supplying the missing component in the gas generator with a minimum cross section towards the nozzle exit, and an outlet manifold located at the mixing head and connected by a pipeline to the inlet manifold cooling path with longitudinal channels and transverse bridges of the nozzle, by the outlet manifold of the cooling path of the latter connected by a pipeline with a mixing head, while the sections of the transverse jumpers in the interface zone of the inlet manifolds of the nozzle and the combustion chamber are discontinuous and placed alternately between the longitudinal channels in the circumferential direction, the inlet manifold of the nozzle is located between the minimum section of the nozzle and the inlet manifold of the cooling path combustion chambers, and the longitudinal channels of the cooling paths of the combustion chamber and nozzle in the interface zone with the inlet manifolds are connected at the transverse jumpers alternately by radial channels with the same inlet manifolds. The walls of the discontinuous transverse jumpers in the zone of conjugation of the inlet manifolds in the radial direction are made of a V-shaped profile and are oriented with their vertices in the directions opposite from the radial channels.
EFFECT: invention provides a reduction in the hydraulic resistance of the cooling path by reducing the temperature of the nozzle in the area of ​​the transverse bridges and reducing the temperature unevenness of the nozzle wall and the combustion chamber, as well as reducing the inlet pressure of the fuel at the inlet to the cooling path and reducing the weight of the nozzle and chamber.
2 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к ракетной технике, в которой создание камер жидкостных ракетных двигателей, предназначенных для установки в отсеках двигательных установок верхних ступеней с камерами больших степеней расширения, является актуальной задачей.The invention relates to rocket technology, in which the creation of chambers of liquid rocket engines intended for installation in the compartments of the propulsion systems of the upper stages with chambers of large expansion ratios is an urgent task.

Известны камеры жидкостных ракетных двигателей, содержащие камеру сгорания, снабженную трактом охлаждения с продольными каналами с поперечными перемычками входным для компонента коллектором за минимальным сечением по направлению к срезу сопла и выходным коллектором, размещенным у смесительной головки и соединенным трубопроводом со смесительной головкой (книга: «Добровольский М.В. Основы проектирования жидкостных ракетных двигателей, Учебник для вузов, - 2-е изд., перераб. и дополн./под ред. Д.А. Ягодникова, -М., Изд-во МГТУ им Н.Э.Баумана, 2005. Стр 149, рис. 4.3).Known chambers of liquid rocket engines, containing a combustion chamber equipped with a cooling path with longitudinal channels with transverse jumpers, an input manifold for the component behind a minimum cross section towards the nozzle exit and an output manifold located at the mixing head and connected by a pipeline to the mixing head (book: "Dobrovolsky M.V. Fundamentals of the design of liquid rocket engines, Textbook for universities, - 2nd ed., revised and supplemented / edited by D.A. Yagodnikov, -M., Bauman Moscow State Technical University Publishing House , 2005. P. 149, Fig. 4.3).

В такой камере жидкостного ракетного двигателя, из-за неоптимального использования охладителя, когда охладитель подводится к коллектору на выходном участке сопла, а затем к самому теплонапряженному участку тракта охлаждения в минимальном сечении сопла подводится после охлаждения выходного участка сопла с повышенной температурой, приходится минимизировать проходное сечение тракта охлаждения для достижения высокой скорости охладителя, как правило, горючего, что приводит к необходимости повышать давление на входе в тракт охлаждения выходного участка сопла, из-за чего приходится увеличивать толщину стенок и ребер тракта охлаждения для повышения прочности с увеличением массы выходного участка сопла.In such a chamber of a liquid rocket engine, due to the non-optimal use of the coolant, when the coolant is supplied to the manifold at the outlet section of the nozzle, and then to the most heat-stressed section of the cooling path in the minimum section of the nozzle is supplied after cooling the outlet section of the nozzle with an increased temperature, it is necessary to minimize the flow area of the cooling path to achieve a high speed of the coolant, usually fuel, which leads to the need to increase the pressure at the inlet to the cooling path of the outlet section of the nozzle, due to which it is necessary to increase the thickness of the walls and ribs of the cooling path to increase strength with an increase in the mass of the outlet section of the nozzle.

Известна также камера жидкостного ракетного двигателя, содержащая камеру сгорания, снабженную трактом охлаждения с продольными каналами с поперечными перемычками входным для подвода недостающего в газогенераторе компонента коллектором за минимальным сечением по направлению к срезу сопла и выходным коллектором, размещенным у смесительной головки и соединенным трубопроводом с входным коллектором тракта охлаждения с продольными каналами и поперечными перемычками сопла, выходным коллектором тракта охлаждения последнего соединенным трубопроводом со смесительной головкой (описание патента РФ 2556091 от 10.06.2014 г., МПК F02K 9/42, фиг. 1-3 на стр. 9, 10 и 11 соответственно - прототип).Also known is a chamber of a liquid-propellant rocket engine, containing a combustion chamber equipped with a cooling path with longitudinal channels with transverse jumpers, an inlet for supplying the missing component in the gas generator by a manifold with a minimum cross section towards the nozzle exit and an outlet manifold located at the mixing head and connected by a pipeline to the inlet manifold cooling path with longitudinal channels and transverse jumpers of the nozzle, the outlet manifold of the cooling path of the latter connected by a pipeline with a mixing head (description of the patent of the Russian Federation 2556091 dated 10.06.2014, IPC F02K 9/42, Fig. 1-3 on pages 9, 10 and 11, respectively - the prototype).

В такой камере жидкостного ракетного двигателя недостающий в газогенераторе компонент, горючее, подводится к тракту охлаждения минимального сечения сопла с пониженной температурой сразу после насоса, обеспечивая охлаждение стенки сопла в минимальном сечении. Однако место соединения стенок трактов охлаждения в месте последовательного расположения двух соединенных общим корпусом коллекторов сопла и камеры сгорания является проблемным, так как относительно жесткий узел двух входных коллекторов при вакуумной пайке внутренней оребренной стенки с наружным корпусом препятствует достаточному прижатию охлаждаемой стенки с корпусом, препятствует качественной пайке, появляются проблемы с использованием камер с повышенным давлением горючего в тракте охлаждения и, следовательно, продуктов сгорания в камере сгорания. Некачественная пайка ребер из-за недостаточного прижатия фрезерованной стенки и корпуса в этом месте обнаруживается, как правило, на раннем этапе изготовления и контроля при гидроопрессовке тракта охлаждения на гидравлических «холодных» испытаниях, и по результатам таких испытаний приходится снижать рабочее давление горючего в тракте охлаждения и продуктов сгорания в камере сгорания. Это является одной из причин снижения степени расширения продуктов сгорания в сопле и снижения экономичности. Это требует новых технологических процессов пайки, как например, без установленных коллекторов (так называемая, безколлекторная пайка (патент РФ 2465483 от 31.03.2011)) с последующей сваркой коллекторов и контролем температур свариваемых паяных деталей для гарантии целостности припоя паяного соединения, что несколько усложняет технологический процесс. Тепловое состояние стенки усугубляется наличием кольцевой не оребренной перегородки под коллекторами между трактами охлаждения минимального сечения сопла и выходного сечения сопла. Из-за повышенной температуры этого перегородочного соединения, связанного с дефицитом охлаждения при большей толщине приходится повышать скорость течения охладителя, увеличивая потери давления в тракте охлаждения в районе перегородки, увеличивая входное давление в тракт охлаждения сопла, что неизбежно повышает массу сопла за счет усиления связей в тракте охлаждения сопла, или снижать поверхностную плотность теплового потока нанесением покрытий со стороны газа, таким образом несколько усложняя технологический процесс изготовления. При такой конструкции появляется неравномерное поле температур на перегородке, так как с одной стороны на нее воздействует охладитель с пониженной температурой после насоса, а с другой стороны - охладитель с повышенной температурой после тракта охлаждения самого теплонапряженного участка камеры, а именно участка минимального сечения сопла и цилиндрической части камеры сгорания. В результате появляющегося градиента температуры на перегородке возможны термические деформации охлаждаемой оболочки, искажение профиля даже при незначительных температурных градиентах. Кроме того, при наземном испытании камеры с высотным соплом в составе высотного двигателя тепловое воздействие продуктов сгорания в месте отрыва продуктов сгорания, совпадающем с местом расположения перегородки дополнительно ухудшает тепловое состояние сопла.In such a chamber of a liquid-propellant rocket engine, the component missing in the gas generator, fuel, is supplied to the cooling path of the minimum section of the nozzle with a reduced temperature immediately after the pump, providing cooling of the nozzle wall in the minimum section. However, the junction of the walls of the cooling paths at the place of the sequential location of two collectors of the nozzle and the combustion chamber connected by a common housing is problematic, since the relatively rigid assembly of the two input manifolds during vacuum soldering of the inner finned wall with the outer housing prevents sufficient pressing of the cooled wall with the housing, prevents high-quality soldering , there are problems with the use of chambers with increased fuel pressure in the cooling path and, consequently, combustion products in the combustion chamber. Poor-quality soldering of the ribs due to insufficient pressing of the milled wall and the body in this place is usually detected at an early stage of manufacture and control during hydraulic pressure testing of the cooling path in hydraulic “cold” tests, and based on the results of such tests, it is necessary to reduce the operating pressure of the fuel in the cooling path and combustion products in the combustion chamber. This is one of the reasons for reducing the degree of expansion of combustion products in the nozzle and reducing efficiency. This requires new soldering processes, such as, for example, without installed collectors (the so-called collectorless soldering (RF patent 2465483 dated March 31, 2011)) with subsequent welding of the collectors and temperature control of the welded soldered parts to ensure the integrity of the solder of the solder joint, which somewhat complicates the technological process. process. The thermal state of the wall is exacerbated by the presence of an annular non-finned baffle under the collectors between the cooling paths of the minimum section of the nozzle and the exit section of the nozzle. Due to the increased temperature of this baffle connection, associated with a lack of cooling at a greater thickness, it is necessary to increase the coolant flow rate, increasing the pressure loss in the cooling path in the area of the baffle, increasing the inlet pressure to the nozzle cooling path, which inevitably increases the mass of the nozzle due to the strengthening of connections in the nozzle cooling path, or to reduce the surface heat flux density by applying coatings from the gas side, thus somewhat complicating the manufacturing process. With this design, an uneven temperature field appears on the partition, since on the one hand it is affected by a cooler with a low temperature after the pump, and on the other hand, by a cooler with an increased temperature after the cooling path of the most heat-stressed section of the chamber, namely, the section of the minimum section of the nozzle and cylindrical parts of the combustion chamber. As a result of the emerging temperature gradient on the baffle, thermal deformations of the cooled shell and profile distortion are possible even at insignificant temperature gradients. In addition, during ground testing of a chamber with a high-altitude nozzle as part of a high-altitude engine, the thermal effect of combustion products at the place of separation of combustion products, which coincides with the location of the baffle, further worsens the thermal state of the nozzle.

Задачей предполагаемого изобретения является устранение вышеуказанных недостатков, снижение гидравлического сопротивления тракта охлаждения за счет снижения температуры сопла в зоне поперечных перемычек и снижения температурной неравномерности стенки сопла и камеры сгорания, следовательно, снижение входного давления горючего на входе в тракт охлаждения и снижение массы сопла и камеры.The objective of the proposed invention is to eliminate the above disadvantages, reduce the hydraulic resistance of the cooling path by reducing the temperature of the nozzle in the area of the transverse bridges and reduce the temperature unevenness of the nozzle wall and the combustion chamber, therefore, reducing the inlet pressure of the fuel at the inlet to the cooling path and reducing the mass of the nozzle and chamber.

Указанная выше задача изобретения решается тем, что в известной камере жидкостного ракетного двигателя, содержащей камеру сгорания, снабженную трактом охлаждения с продольными каналами с поперечными перемычками входным для подвода недостающего в газогенераторе компонента коллектором за минимальным сечением по направлению к срезу сопла и выходным коллектором, размещенным у смесительной головки и соединенным трубопроводом с входным коллектором тракта охлаждения с продольными каналами и поперечными перемычками сопла, выходным коллектором тракта охлаждения последнего соединенным трубопроводом со смесительной головкой, в ней участки поперечных перемычек в зоне сопряжения входных коллекторов сопла и камеры сгорания выполнены прерывистыми и размещены поочередно между продольными каналами в окружном направлении, входной коллектор сопла размещен между минимальным сечением сопла и входным коллектором тракта охлаждения камеры сгорания, а продольные каналы трактов охлаждения камеры сгорания и сопла в зоне сопряжения с входными коллекторами соединены у поперечных перемычек поочередно радиальными каналами с одноименными входными коллекторами.The above objective of the invention is solved by the fact that in a known chamber of a liquid-propellant rocket engine containing a combustion chamber equipped with a cooling path with longitudinal channels with transverse jumpers, the input manifold for supplying the missing component in the gas generator has a minimum cross section towards the nozzle exit and the output manifold located at of the mixing head and a pipeline connected to the inlet manifold of the cooling path with longitudinal channels and transverse bridges of the nozzle, the outlet manifold of the cooling path of the latter is connected by a pipeline to the mixing head, in it sections of the transverse jumpers in the interface zone of the inlet manifolds of the nozzle and the combustion chamber are discontinuous and are placed alternately between the longitudinal channels in the circumferential direction, the inlet manifold of the nozzle is located between the minimum section of the nozzle and the inlet manifold of the combustion chamber cooling path, and the longitudinal channels of the combustion chamber cooling paths and nozzles and in the interface zone with the input manifolds, they are connected at the transverse jumpers alternately by radial channels with the input manifolds of the same name.

Указанная выше задача изобретения решается также тем, что в известной камере жидкостного ракетного двигателя стенки прерывистых поперечных перемычек в зоне сопряжения входных коллекторов в радиальном направлении выполнены V-образного профиля и ориентированы вершинами в обратных от радиальных каналов направлениях.The above objective of the invention is also solved by the fact that in the well-known chamber of a liquid-propellant rocket engine, the walls of intermittent transverse jumpers in the input manifold interface zone in the radial direction are made of a V-shaped profile and oriented with their vertices in the opposite directions from the radial channels.

Предлагаемая камера жидкостного ракетного двигателя приведена на чертеже (фиг. 1-4, фиг. 1 - конструктивная схема функционирования камеры жидкостного ракетного двигателя с изображением направления движения охладителя, изображение соединений участков тракта охлаждения камеры сгорания и сопла, в том числе его участков: участка минимального сечения и выходного участка сопла, коллекторов; фиг. 2 - вид сверху и продольный разрез камеры; фиг. 3 - поперечный разрез камеры в плоскости коллектора подвода охладителя к тракту охлаждения выходного участка сопла и продольный разрез по осям каналов в коллекторе; фиг. 4 - поперечный разрез камеры в плоскости коллектора подвода охладителя к тракту охлаждения камеры сгорания и продольный разрез по осям каналов в коллекторе; фиг. 5 - вид сбоку на оребрение оболочки сопла 34 тракта охлаждения 2 в районе коллекторов 5 и 12 подвода охладителя со снятым корпусом 36), где показаны следующие агрегаты:The proposed chamber of the liquid rocket engine is shown in the drawing (Fig. 1-4, Fig. 1 is a structural diagram of the operation of the chamber of the liquid rocket engine with the image of the direction of movement of the cooler, the image of the connections of the sections of the cooling path of the combustion chamber and the nozzle, including its sections: the section of the minimum Fig. 2 - top view and longitudinal section of the chamber; Fig. 3 - cross-section of the chamber in the plane of the coolant supply manifold to the cooling path of the nozzle outlet section and a longitudinal section along the axes of the channels in the manifold; Fig. 4 - cross-section of the chamber in the plane of the coolant supply manifold to the combustion chamber cooling path and a longitudinal section along the axes of the channels in the manifold Fig. 5 is a side view of the fins of the shell of the nozzle 34 of the cooling path 2 in the area of the collectors 5 and 12 of the coolant supply with the housing 36 removed), where the following units are shown:

1. Камера сгорания;1. Combustion chamber;

2. Тракт охлаждения;2. Cooling path;

3. Продольный канал;3. Longitudinal channel;

4. Поперечная перемычка;4. Cross jumper;

5. Входной коллектор камеры сгорания;5. Inlet manifold of the combustion chamber;

6. Минимальное сечение сопла;6. The minimum section of the nozzle;

7. Срез сопла;7. Nozzle cut;

8. Сопло;8. Nozzle;

9. Выходной коллектор камеры сгорания;9. Combustion chamber outlet manifold;

10. Смесительная головка;10. Mixing head;

11. Трубопровод;11. Pipeline;

12. Входной коллектор сопла;12. Nozzle inlet manifold;

13. Продольный канал сопла;13. Longitudinal channel of the nozzle;

14. Выходной коллектор сопла;14. Nozzle outlet manifold;

15. Трубопровод;15. Pipeline;

16. Участок поперечных перемычек;16. Section of transverse jumpers;

17. Зона сопряжения входных коллекторов камеры сгорания и сопла;17. The zone of interface of the inlet manifolds of the combustion chamber and the nozzle;

18. Прерывистый участок поперечной перемычки;18. Intermittent section of the transverse bridge;

19. Продольный канал тракта охлаждения камеры сгорания;19. Longitudinal channel of the combustion chamber cooling path;

20. Продольный канал тракта охлаждения сопла;20. Longitudinal channel of the nozzle cooling path;

21. Радиальный канал входного коллектора сопла;21. Radial channel of the inlet manifold of the nozzle;

22. Радиальный канал входного коллектора камеры сгорания;22. Radial channel of the inlet manifold of the combustion chamber;

23. Участок минимального сечения сопла;23. Plot of the minimum section of the nozzle;

24. V-образный профиль поперечной перегородки;24. V-shaped profile of the transverse partition;

25. Вершина V-образного профиля поперечной перегородки;25. The top of the V-shaped profile of the transverse partition;

26. Участок сопрягаемого продольного канала тракта охлаждения камеры сгорания;26. Section of the mating longitudinal channel of the combustion chamber cooling path;

27. Участок сопрягаемого продольного канала тракта охлаждения сопла;27. Section of the mating longitudinal channel of the nozzle cooling path;

28, 29. Продольное радиальное ребро;28, 29. Longitudinal radial rib;

30 Стенка поперечной прерывистой перемычки V-образного профиля;30 Wall of a transverse intermittent bulkhead of a V-shaped profile;

31. Стенка поперечной прерывистой перемычки V-образного профиля;31. The wall of the transverse intermittent bridge of the V-shaped profile;

32. Выходной участок сопла;32. Outlet section of the nozzle;

33. Стыковочная часть оболочки сопла;33. Docking part of the nozzle shell;

34. Оболочка сопла;34. Nozzle shell;

35. Накладка;35. Overlay;

36. Корпус выходного участка сопла;36. The body of the outlet section of the nozzle;

37. Подколлекторная стенка тракта охлаждения сопла;37. Under-collector wall of the nozzle cooling path;

38. Подколлекторная стенка тракта охлаждения камеры сгорания;38. Under-collector wall of the combustion chamber cooling path;

39. Корпус второго компонента.39. Housing of the second component.

Камера жидкостного ракетного двигателя содержит камеру сгорания 1, снабженную трактом охлаждения 2 с продольными каналами 3 с поперечными перемычками 4 для подвода первого компонента входным коллектором 5 за минимальным сечением 6 по направлению к срезу 7 сопла 8 и выходным коллектором 9, размещенным у смесительной головки 10 и соединенным трубопроводом 11 с входным коллектором 12 тракта охлаждения 2 сопла 8 с продольными каналами 13 и поперечными перемычками 4 сопла 8. Выходной коллектор 14 тракта охлаждения 2 сопла 8 соединен трубопроводом 15 со смесительной головкой 10 камеры сгорания 1.Участки 16 поперечных перемычек 4 в зоне сопряжения 17 входного коллектора 12 тракта охлаждения 2 сопла 8 и входного коллектора 5 камеры сгорания 1 выполнены прерывистыми 18 и размещены поочередно между продольными каналами 13 в окружном направлении. Входной коллектор 12 тракта охлаждения 2 сопла 8 размещен между минимальным сечением 6 сопла 8 и входным коллектором 5 тракта охлаждения 2 камеры сгорания 1, а продольные каналы 19 тракта охлаждения 2 камеры сгорания 1 и продольные каналы 20 тракта охлаждения сопла 8 в зоне сопряжения 17 с входным коллектором 12 и входным коллектором 5 соединены у поперечных перемычек 4 поочередно радиальными каналами 21 с одноименными входным коллектором 12 сопла 8, а радиальными каналами 22 с входным коллектором 5 камеры сгорания 1. Следует сказать, что замена узла двух входных коллекторов 5 и 12, расположенных под одним корпусом на разнесенные вдоль продольной оси камеры отдельные коллектора 5 и 12, независимо от местоположения относительно участка минимального сечения 19 сопла 8 уже снижает жесткость участка корпуса камеры и способствует повышению надежности паяной оболочки в районе входных коллекторов 5 и 12. Однако именно расположение входного коллектора 12 сопла ближе к участку 23 минимального сечения 6 сопла 8 дает комплекс улучшений конструкции камеры как по снижению градиентов температур на участках 16 прерывистых перемычек 4, так и по улучшению пайки из-за снижения жесткости корпуса камеры при пайке. Участки 16 прерывистых поперечных перемычек 4 в зоне сопряжения 17 входного коллектора 12 камеры сгорания 1 входного коллекторов радиальном направлении выполнены V- образного профиля 24 и ориентированы вершинами 25 в обратных от радиальных каналов 22 и 23 направлениях. Каждый сопрягаемый продольный канал 19 тракта охлаждения камеры сгорания 1 на участке 26 и каждый сопрягаемый канал 20 тракта охлаждения сопла 8 на участке 27 имеет общее продольное радиальное ребро 28 с одной стороны и общее продольное радиальное ребро 29 с другой стороны. Общее продольное ребро 28 сопрягается со стенкой 30 поперечной прерывистой перемычки 4 V-образного профиля 24, а общее продольное ребро 29 сопрягается со стенкой 31 поперечной прерывистой перемычки 4 V-образного профиля 24. Продольное ребро 28, также как и V-образный профиль 24 с одной стороны контактирует с горючим на входе во входном коллекторе 5 камеры сгорания 1, а с другой стороны контактирует с горючим на выходе из тракта охлаждения камеры сгорания (на входе во входной коллектор 12 сопла 8). Продольное ребро 29, также как и V-образный профиль 24 с одной стороны контактирует с горючим на входе входного коллектора 5 камеры сгорания 1, ас другой стороны контактирует с горючим на выходе из тракта охлаждения камеры сгорания (на входе во входной коллектор сопла 12). Одна группа поперечных перемычек 4 V-образного профиля 24, связанная с радиальными каналами 22 входного коллектора 5 камеры сгорания 1 ориентирована к срезу 7 сопла 8, а вторая группа поперечных перемычек 4 V-образного профиля 24, связанная с радиальными каналами 21 входного коллектора 12 сопла 8, ориентирована к участку 23 минимального сечения 6 сопла 8. Выходной участок 32 сопла 8, начиная от участка V-образного профиля 24 камеры сгорания 1, соединен сваркой по стыковочной части 33 оболочки 34 сопла 8 (под входным коллектором 5 камеры сгорания 1), а с помощью накладки 35 с корпусом 36 выходной части сопла. При использовании аддитивных технологий при изготовлении коллекторного узла камеры и подколлекторной стенки 37 тракта охлаждения 2 сопла, подколлекторной стенки тракта 3 8 охлаждения 2 камеры сгорания 1 с V-образным профилем 24 поперечных прерывистых перемычек 4, по предлагаемой камере жидкостного ракетного двигателя отпадает необходимость в операциях пайки, в сварочных и фрезерных операциях по изготовлению каналов тракта охлаждения 2. Подвод генераторного газа к камере сгорания 1 обеспечивается с помощью корпуса 39 второго компонента, являющегося частью смесительной головки 10.The liquid-propellant rocket engine chamber contains a combustion chamber 1 equipped with a cooling path 2 with longitudinal channels 3 with transverse jumpers 4 for supplying the first component with an inlet manifold 5 behind a minimum section 6 towards the cut 7 of the nozzle 8 and an outlet manifold 9 located at the mixing head 10 and connected by pipeline 11 to the inlet manifold 12 of the cooling path 2 nozzles 8 with longitudinal channels 13 and transverse jumpers 4 of the nozzle 8. The outlet manifold 14 of the cooling path 2 nozzles 8 is connected by a pipeline 15 to the mixing head 10 of the combustion chamber 1. Sections 16 of the transverse jumpers 4 in the interface zone 17 of the inlet manifold 12 of the cooling path 2 of the nozzle 8 and the inlet manifold 5 of the combustion chamber 1 are discontinuous 18 and placed alternately between the longitudinal channels 13 in the circumferential direction. The inlet manifold 12 of the cooling path 2 of the nozzle 8 is placed between the minimum section 6 of the nozzle 8 and the inlet manifold 5 of the cooling path 2 of the combustion chamber 1, and the longitudinal channels 19 of the cooling path 2 of the combustion chamber 1 and the longitudinal channels 20 of the cooling path of the nozzle 8 in the interface zone 17 with the inlet collector 12 and inlet manifold 5 are connected at the transverse jumpers 4 alternately by radial channels 21 with the same inlet manifold 12 of the nozzle 8, and by radial channels 22 with the inlet manifold 5 of the combustion chamber 1. It should be said that the replacement of the assembly of two inlet manifolds 5 and 12 located under one housing on separate manifolds 5 and 12 spaced along the longitudinal axis of the chamber, regardless of the location relative to the section of the minimum section 19 of the nozzle 8, already reduces the rigidity of the section of the chamber housing and improves the reliability of the brazed shell in the area of the inlet manifolds 5 and 12. However, it is the location of the inlet manifold 12 nozzles closer to section 23 of the minimum c The cross-section 6 of the nozzle 8 provides a set of improvements in the design of the chamber both to reduce temperature gradients in the areas 16 of intermittent jumpers 4, and to improve soldering due to a decrease in the rigidity of the chamber body during soldering. Sections 16 of discontinuous transverse bridges 4 in the interface zone 17 of the inlet manifold 12 of the combustion chamber 1 of the inlet manifold in the radial direction are made of a V-shaped profile 24 and are oriented with their tops 25 in the opposite directions from the radial channels 22 and 23. Each mating longitudinal channel 19 of the cooling path of the combustion chamber 1 in section 26 and each mating channel 20 of the cooling path of the nozzle 8 in section 27 has a common longitudinal radial rib 28 on one side and a common longitudinal radial rib 29 on the other side. The common longitudinal rib 28 mates with the wall 30 of the transverse intermittent web 4 of the V-shaped profile 24, and the common longitudinal rib 29 mates with the wall 31 of the transverse intermittent web 4 of the V-shaped profile 24. The longitudinal rib 28, as well as the V-shaped profile 24 with one side is in contact with the fuel at the inlet to the inlet manifold 5 of the combustion chamber 1, and on the other side it is in contact with the fuel at the outlet of the cooling path of the combustion chamber (at the inlet to the inlet manifold 12 of the nozzle 8). The longitudinal rib 29, as well as the V-shaped profile 24, on the one hand, is in contact with the fuel at the inlet of the inlet manifold 5 of the combustion chamber 1, and on the other hand, it is in contact with the fuel at the outlet of the cooling path of the combustion chamber (at the inlet to the inlet manifold of the nozzle 12). One group of transverse jumpers 4 V-shaped profile 24 associated with the radial channels 22 of the inlet manifold 5 of the combustion chamber 1 is oriented to the cut 7 of the nozzle 8, and the second group of transverse jumpers 4 V-shaped profile 24 associated with the radial channels 21 of the inlet manifold 12 of the nozzle 8 is oriented to section 23 of the minimum section 6 of nozzle 8. The outlet section 32 of nozzle 8, starting from the section of the V-shaped profile 24 of the combustion chamber 1, is connected by welding along the mating part 33 of the shell 34 of the nozzle 8 (under the inlet manifold 5 of the combustion chamber 1), and with the help of the lining 35 with the body 36 of the outlet part of the nozzle. When using additive technologies in the manufacture of the collector assembly of the chamber and the subcollector wall 37 of the cooling path 2 nozzles, the subcollector wall of the cooling path 3 8 2 of the combustion chamber 1 with a V-shaped profile 24 transverse discontinuous jumpers 4, there is no need for soldering operations on the proposed chamber of a liquid rocket engine , in welding and milling operations for the manufacture of channels of the cooling path 2. The supply of generator gas to the combustion chamber 1 is provided using the housing 39 of the second component, which is part of the mixing head 10.

Камера жидкостного ракетного двигателя на установившемся режиме работает следующим образом. Окислительный генераторный газ (второй компонент) поступает к камере сгорания 1 через корпус второго компонента 39 в смесительную головку 10. Горючее (первый компонент), поступает в входной коллектор 5 камеры сгорания 1, охлаждая стенки тракта охлаждения 2 камеры сгорания 1, поступает в выходной коллектор 9, а с помощью трубопровода 11 поступает во входной коллектор 12 сопла 8. После охлаждения сопла 8 горючее поступает через выходной коллектор 14 сопла 8 и трубопровод 15 в смесительную головку 10 камеры сгорания 1. По мере движения из входного коллектора камеры сгорания 5 в радиальных каналах 22 и далее горючее попадает только в продольные каналы 19 тракта охлаждения 2 камеры сгорания 1, чему способствуют поперечные прерывистые участки 18 поперечных перемычек 4, выполненные в подколлекторной стенке 38 тракта охлаждения 2 камеры сгорания 1, охлаждая подколлекторную стенку 38 тракта охлаждения 2 камеры сгорания 1 и (с одной стороны) продольные радиальные ребра 28, далее смешивается с такими же потоками горючего в соседних продольных каналах и по продольным каналам 19 поступает в выходной коллектор 9 камеры сгорания 1. Расположение внутренних частей V-образных профилей 24 поперечных перегородок под крайними радиальными каналами 22 и в непосредственной близости от радиальных каналов 22 входного коллектора 5 камеры сгорания 1 обеспечивает минимальный участок застойной зоны горючего, а выполнение перегородки V-образного профиля еще и способствует охлаждению внешней части его стенки 30 горючим, поступающим по продольным каналам 20 в тракте охлаждения 2 сопла 8. Причем, вдоль одних сторон продольных радиальных ребер 28 горючее охлаждения камеры сгорания 1 движется в одну сторону, а вдоль других сторон продольных радиальных ребер 28 горючее охлаждения сопла 8 движется в другую сторону. Оба потока горючего подвержены нагреву, но усредненная температура продольного ребра, как омываемая горючим с разной температурой, близка к одинаковой на всем протяжении подколлекторной стенки 37 тракта охлаждения 2 сопла 8 и подколлекторной стенки 38 тракта охлаждения 2 камеры сгорания 1.The camera liquid rocket engine in steady state operates as follows. The oxidizing generator gas (the second component) enters the combustion chamber 1 through the body of the second component 39 into the mixing head 10. The fuel (the first component) enters the inlet manifold 5 of the combustion chamber 1, cooling the walls of the cooling path 2 of the combustion chamber 1, enters the outlet manifold 9, and with the help of pipeline 11 enters the inlet manifold 12 of the nozzle 8. After cooling the nozzle 8, the fuel enters through the outlet manifold 14 of the nozzle 8 and the pipeline 15 into the mixing head 10 of the combustion chamber 1. As it moves from the inlet manifold of the combustion chamber 5 in radial channels 22 and further, the fuel enters only the longitudinal channels 19 of the cooling path 2 of the combustion chamber 1, which is facilitated by transverse intermittent sections 18 of the transverse bridges 4 made in the subcollector wall 38 of the cooling path 2 of the combustion chamber 1, cooling the subcollector wall 38 of the cooling path 2 of the combustion chamber 1 and (on one side) longitudinal radial ribs 28, then mixed with that with the same fuel flows in adjacent longitudinal channels and through longitudinal channels 19 enters the outlet manifold 9 of the combustion chamber 1. The location of the internal parts of the V-shaped profiles 24 of the transverse partitions under the extreme radial channels 22 and in close proximity to the radial channels 22 of the inlet manifold 5 of the combustion chamber 1 provides a minimum portion of the stagnant fuel zone, and the implementation of the V-shaped partition wall also contributes to the cooling of the outer part of its wall 30 by fuel entering through the longitudinal channels 20 in the cooling path 2 of the nozzle 8. Moreover, along one side of the longitudinal radial ribs 28, the fuel is cooled by the chamber combustion 1 moves in one direction, and along the other sides of the longitudinal radial ribs 28, the fuel cooling nozzle 8 moves in the other direction. Both fuel flows are subject to heating, but the average temperature of the longitudinal rib, as being washed by fuel with different temperatures, is close to the same throughout the sub-collector wall 37 of the cooling path 2 of the nozzle 8 and the sub-collector wall 38 of the cooling path 2 of the combustion chamber 1.

Аналогично приведенной выше схеме движения горючего по участку подколлекторной стенки 38 тракта охлаждения 2 камеры сгорания 1, происходит движение горючего по участку подколлекторной стенки 37 тракта охлаждения 2 сопла 8. По мере движения из входного коллектора 12 сопла 8 в радиальных каналах 21 и далее горючее попадает только в продольные каналы 20 тракта охлаждения 2 сопла 8, чему способствуют поперечные прерывистые участки 18 поперечных перемычек 4, выполненные в подколлекторной стенке 37 тракта охлаждения 2 сопла 8, охлаждая подколлекторную стенку 37 тракта охлаждения 2 сопла 8 и продольные радиальные ребра 29 (с одной стороны), далее смешивается с такими же потоками горючего в соседних продольных каналах и по продольным каналам 20 поступает в выходной коллектор 14 сопла 8. Расположение внутренних частей V-образных профилей 24 поперечных перегородок под крайними радиальными каналами 22 и в непосредственной близости от радиальных каналов 21 входного коллектора 12 сопла 8 обеспечивает минимальный участок застойной зоны горючего, а выполнение перегородки V-образного профиля еще и способствует охлаждению внешней части его стенки 30 горючим, поступающим по продольным каналам 19 тракта охлаждения 2 камеры сгорания 1. Причем, вдоль одних сторон продольных радиальных ребер 29 горючее охлаждения сопла 8 движется в одну сторону, а вдоль других сторон продольных радиальных ребер 29 горючее охлаждения камеры сгорания 1 движется в другую сторону. Оба потока горючего подвержены нагреву, но усредненная температура продольного радиального ребра 29, как омываемая горючим с разной температурой, близка к одинаковой на всем протяжении подколлекторной стенки 37 тракта охлаждения 2 сопла 8 и подколлекторной стенки 3 8 тракта охлаждения 2 камеры сгорания 1.Similarly to the above diagram of the movement of fuel along the section of the subcollector wall 38 of the cooling path 2 of the combustion chamber 1, the fuel moves along the section of the subcollector wall 37 of the cooling path 2 of the nozzle 8. As it moves from the inlet manifold 12 of the nozzle 8, only into the longitudinal channels 20 of the cooling path 2 of the nozzle 8, which is facilitated by the transverse intermittent sections 18 of the transverse bridges 4 made in the subcollector wall 37 of the cooling path 2 of the nozzle 8, cooling the subcollector wall 37 of the cooling path 2 of the nozzle 8 and the longitudinal radial ribs 29 (on one side) , then mixes with the same fuel flows in adjacent longitudinal channels and enters the outlet manifold 14 of the nozzle 8 through the longitudinal channels 20. 12 nozzles 8 providing there is a minimum section of the stagnant fuel zone, and the implementation of the V-shaped partition wall also contributes to the cooling of the outer part of its wall 30 by the fuel coming through the longitudinal channels 19 of the cooling path 2 of the combustion chamber 1. Moreover, along one side of the longitudinal radial ribs 29 fuel cooling of the nozzle 8 moves in one direction, and along the other sides of the longitudinal radial ribs 29, the fuel cooling of the combustion chamber 1 moves in the other direction. Both fuel flows are subject to heating, but the average temperature of the longitudinal radial rib 29, as being washed by fuel with different temperatures, is close to the same throughout the sub-collector wall 37 of the cooling path 2 of the nozzle 8 and the sub-collector wall 3 8 of the cooling path 2 of the combustion chamber 1.

За счет такой конструкции камеры пониженная и равномерная температура стенки, продольных радиальных ребер 28 и 29 и поперечных прерывистых перемычек 4 достигается при меньшей скорости течения горючего в продольных каналах 19 тракта охлаждения 2 камеры сгорания 1 и продольных каналах 20 тракта охлаждения 2 сопла 8, что позволит снизить гидравлическое сопротивление горючего в тракте охлаждения 2.Due to this chamber design, a reduced and uniform temperature of the wall, longitudinal radial ribs 28 and 29 and transverse intermittent bridges 4 is achieved at a lower fuel flow rate in the longitudinal channels 19 of the cooling path 2 of the combustion chamber 1 and the longitudinal channels 20 of the cooling path 2 of the nozzle 8, which will allow reduce the hydraulic resistance of the fuel in the cooling path 2.

Применение предлагаемого изобретения является устранение вышеуказанных недостатков, снижение гидравлического сопротивления тракта охлаждения за счет снижения температуры сопла в зоне поперечных перемычек, снижения температурной неравномерности стенки сопла и камеры сгорания.The application of the invention is to eliminate the above disadvantages, reduce the hydraulic resistance of the cooling path by reducing the temperature of the nozzle in the area of the transverse bridges, reducing the temperature unevenness of the wall of the nozzle and the combustion chamber.

Claims (2)

1. Камера жидкостного ракетного двигателя, содержащая камеру сгорания, снабженную трактом охлаждения с продольными каналами с поперечными перемычками, входным для подвода недостающего в газогенераторе компонента коллектором за минимальным сечением по направлению к срезу сопла, и выходным коллектором, размещенным у смесительной головки и соединенным трубопроводом с входным коллектором тракта охлаждения с продольными каналами и поперечными перемычками сопла, выходной коллектор тракта охлаждения последнего соединен трубопроводом со смесительной головкой, отличающаяся тем, что в ней участки поперечных перемычек в зоне сопряжения входных коллекторов сопла и камеры сгорания выполнены прерывистыми и размещены поочередно между продольными каналами в окружном направлении, входной коллектор сопла размещен между минимальным сечением сопла и входным коллектором тракта охлаждения камеры сгорания, а продольные каналы трактов охлаждения камеры сгорания и сопла в зоне сопряжения с входными коллекторами соединены у поперечных перемычек поочередно радиальными каналами с одноименными входными коллекторами.1. The chamber of a liquid rocket engine, containing a combustion chamber, equipped with a cooling path with longitudinal channels with transverse jumpers, an input manifold for supplying the component missing in the gas generator with a minimum cross section towards the nozzle exit, and an output manifold located at the mixing head and connected by a pipeline with the inlet manifold of the cooling path with longitudinal channels and transverse jumpers of the nozzle, the outlet manifold of the cooling path of the latter is connected by a pipeline to the mixing head, characterized in that in it sections of the transverse jumpers in the interface zone of the inlet manifolds of the nozzle and the combustion chamber are discontinuous and placed alternately between the longitudinal channels in in the circumferential direction, the inlet manifold of the nozzle is located between the minimum section of the nozzle and the inlet manifold of the combustion chamber cooling path, and the longitudinal channels of the combustion chamber and nozzle cooling paths in the interface zone with the inlet manifolds and are connected at the transverse jumpers alternately by radial channels with the same input manifolds. 2. Камера жидкостного ракетного двигателя по п. 1, отличающаяся тем, что стенки прерывистых поперечных перемычек в зоне сопряжения входных коллекторов в радиальном направлении выполнены V-образного профиля и ориентированы вершинами в обратных от радиальных каналов направлениях.2. The chamber of the liquid-propellant rocket engine according to claim 1, characterized in that the walls of the discontinuous transverse jumpers in the input manifold interface zone in the radial direction are made of a V-shaped profile and are oriented with their vertices in the opposite directions from the radial channels.
RU2022105397A 2022-02-28 Liquid-propellant rocket engine chamber RU2774754C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2774754C1 true RU2774754C1 (en) 2022-06-22

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3120101A (en) * 1962-03-05 1964-02-04 Edward F Baehr Channel-type shell construction for rocket engines and the like
RU2392477C1 (en) * 2008-12-17 2010-06-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" Liquid-propellant engine annular chamber
RU148623U1 (en) * 2013-12-30 2014-12-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" LIQUID ROCKET CAMERA CAMERA
RU2556091C1 (en) * 2014-06-10 2015-07-10 Открытое акционерное общество "Конструкторское бюро химавтоматики" Liquid-propellant engine
WO2020123601A1 (en) * 2018-12-11 2020-06-18 Stratolaunch, Llc Combustion chamber liner with spiral cooling channels

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3120101A (en) * 1962-03-05 1964-02-04 Edward F Baehr Channel-type shell construction for rocket engines and the like
RU2392477C1 (en) * 2008-12-17 2010-06-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" Liquid-propellant engine annular chamber
RU148623U1 (en) * 2013-12-30 2014-12-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" LIQUID ROCKET CAMERA CAMERA
RU2556091C1 (en) * 2014-06-10 2015-07-10 Открытое акционерное общество "Конструкторское бюро химавтоматики" Liquid-propellant engine
WO2020123601A1 (en) * 2018-12-11 2020-06-18 Stratolaunch, Llc Combustion chamber liner with spiral cooling channels

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6890148B2 (en) Transition duct cooling system
US4191011A (en) Mount assembly for porous transition panel at annular combustor outlet
US10823511B2 (en) Manufacturing a heat exchanger using a material buildup process
US6523350B1 (en) Fuel injector fuel conduits with multiple laminated fuel strips
CA2268402C (en) A method of reducing the gap between a liner and a turbine distributor of a turbojet engine
US4195475A (en) Ring connection for porous combustor wall panels
US20190186361A1 (en) Recuperator for gas turbine engine
US7299622B2 (en) Component for being subjected to high thermal load during operation and a method for manufacturing such a component
EP0780563B1 (en) Rocket thrust chamber
JP2008523347A (en) Heat exchanger
RU2764489C2 (en) Aircraft power plant containing heat exchangers of air-liquid type
US20180051935A1 (en) Panel based heat exchanger
US6715293B2 (en) Scram jet engine design
US4312625A (en) Hydrogen cooled turbine
US5318110A (en) Heat exchanger having internally cooled spacer supports for heat exchange tubes
US20230046525A1 (en) Aircraft Heat Exchanger Assembly
JP2966888B2 (en) Gas turbine engine / power unit
US2935841A (en) Thrust chamber with integrated cooling and structural members
RU2774754C1 (en) Liquid-propellant rocket engine chamber
US7895823B2 (en) Heat exchanger for a rocket engine
US5226598A (en) Nozzle wall
RU2392477C1 (en) Liquid-propellant engine annular chamber
RU2278294C2 (en) Exhaust nozzle and method of its manufacture
US20100300067A1 (en) Component configured for being subjected to high thermal load during operation
RU2514863C1 (en) Liquid-propellant rocket engine combustion chamber cooling system