Газогенератор рідинного ракетного двигуна

Газогенератор рідинного ракетного двигуна, що містить колектор, патрубки підведення окислювача й пального, змішувальну головку, циліндричну камеру й фланець з установленим на його виході завихрювачем газу у вигляді циліндра із центральним каналом і одним або декількома рядами тангенціальних отворів в бічній поверхні, який відрізняється тим, що на вході в завихрювач установлене циліндричне днище з виконаними в торці на периферії наскрізними отворами й поздовжньою кільцевою глухою щілиною з боку порожнини завихрювача, при цьому циліндричне днище й кільцева глуха щілина в ньому виконані з довжинами, що становлять відповідно 0,8-0,9 і 0,4-0,45 діаметра центрального каналу завихрювача, а наскрізні отвори в днищі виконані із загальною прохідною площею, що становить не менше 0,2 прохідної площі центрального каналу завихрювача. Винахід належить до ракетної техніки й призначений для використання в ТНА рідинних ракетних двигунів (РРД). Однією з основних проблем при створенні рідинних газогенераторів (РГГ) для приводу турбіни ТНА є забезпечення високочастотної стійкості робочого процесу горіння в газогенераторі. Відомий газогенератор, що містить ущільнення, вузол підведення пального, зливальний кран, відцентрову форсунку, форсунку пального, форсунку окислювача, отвір для запалу (М.В. Добровольский. «Жидкостные ракетные двигатели», М. Машиностроение, 1968, стр.312, илл.7.47). Недоліком описаного газогенератора є нестійкість робочого процесу до високочастотних коливань і руйнування від них конструкції газогенератора. З відомих газогенераторів для РРД ближче всіх за технічною суттю є газогенератор рідинного ракетного двигуна, що містить колектор, патрубки підведення окислювача й пального, змішувальну головку, циліндричну камеру й фланець з установленим на його виході завихрювачем газу у вигляді циліндра із центральним каналом і одним або декількома рядами тангенціальних отворів в бічній поверхні (Бюлетень. "Промислова власність", №12, 2008 р. Україна, патент №83232, МПК F02K 9/62, Газогенератор рідинного ракетного двигуна) прототип. Недоліком описаного газогенератора є нестійкість процесу горіння до високочастотних поперечних коливань газу в порожнині завихрювача й пов'язані з нею руйнування конструкції елементів ТНА, що призводять до зниження надійності роботи РРД. Причиною цього недоліку є високий акустичний опір на вході й виході завихрювача, що перешкоджає виносу енергії хвилі збурювання тиску у порожнину циліндричної камери, який виникає в порожнині завихрювача від закручення й інтенсивного горіння газового потоку, що сприяє підживленню й подальшому розвитку високочастотної нестійкості. Задачею винаходу є виключення високочастотної нестійкості робочого процесу в газогенераторі й підвищення надійності роботи РРД. Поставлена задача вирішується тим, що в запропонованому газогенераторі рідинного ракетного двигуна, що містить колектор, патрубки підведення окислювача й пального, змішувальну головку, циліндричну камеру й фланець з установленим на його виході завихрювачем газу у вигля (19) UA (11) 96956 (13) C2 (21) a200903891 (22) 21.04.2009 (24) 26.12.2011 (46) 26.12.2011, Бюл.№ 24, 2011 р. (72) КУЧМА ІВАН МАКСИМОВИЧ, ШНЯКІН ВОЛОДИМИР МИКОЛАЙОВИЧ, КОВАЛЕНКО ВІКТОР МИКОЛАЙОВИЧ, ВЕРЬОВКІН ЮРІЙ ДМИТРОВИЧ, БОЖКО ГАЛИНА ГРИГОРІВНА, РОДЬКІН АНДРІЙ ВОЛОДИМИРОВИЧ (73) ДЕРЖАВНЕ ПІДПРИЄМСТВО "КОНСТРУКТОРСЬКЕ БЮРО "ПІВДЕННЕ" ІМ. М.К. ЯНГЕЛЯ" (56) UA 83232 C2, 25.06.2008. US 3712059, 23.01.1973. GB 989880, 22.04.1965. RU 70346 U1, 20.01.2008. RU 2191914 C2, 27.10.2002. RU 2191913 C2, 27.10.2002. RU 2105182 C1, 20.02.1998. 3 ді циліндра із центральним каналом і одним або декількома рядами тангенціальних отворів в бічній поверхні, на вході в завихрювач установлене циліндричне днище з виконаними в торці на периферії наскрізними отворами й поздовжньою кільцевою глухою щілиною з боку порожнини завихрювача, при цьому циліндричне днище й кільцева глуха щілина в ньому виконані з довжинами, що становлять відповідно 0,8-0,9 і 0,4-0,45 діаметра центрального каналу завихрювача, а наскрізні отвори в днищі виконані із загальною прохідною площею, що становить не менше 0,2 прохідної площі центрального каналу завихрювача. Новими відмітними істотними ознаками газогенератора рідинного ракетного двигуна є: 1. Установлення на вході в завихрювач циліндричного днища з виконаними в торці на периферії наскрізними отворами й поздовжньою кільцевою глухою щілиною з боку порожнини завихрювача. 2. Виконання циліндричного днища й поздовжньої кільцевої глухої щілини в ньому з довжинами, що становлять 0,8-0,9 і 0,4-0,45 діаметра центрального каналу завихрювача відповідно. 3. Виконання наскрізних отворів у циліндричному днищі із загальною прохідною площею, що становить не менше 0,2 прохідної площі центрального каналу завихрювача. Сукупність нових істотних відмітних ознак і відомих істотних ознак забезпечує одержання нового технічного результату, що виражається у виключенні високочастотної нестійкості робочого процесу в газогенераторі й підвищенні надійності роботи РРД. Суть винаходу ілюструється кресленнями, де на фіг. 1 показаний загальний вигляд газогенератора рідинного ракетного двигуна, на фіг. 2 - вигляд А з боку порожнини завихрювача. Газогенератор рідинного ракетного двигуна складається з колектора 1, патрубка підводу окислювача 2, патрубка підводу пального 3, змішувальної головки 4, циліндричної камери 5, яка має газову порожнину 6, фланця 7 і завихрювача 8. Завихрювач 8, виконаний у вигляді циліндра, має центральний канал 9 і в бічній поверхні тангенціальні отвори 10. На вході в завихрювач 8 установлене циліндричне днище 11, у торці якого на периферії виконані наскрізні отвори 12, а з боку порожнини завихрювача 8 виконана поздовжня кільцева глуха щілина 13. Циліндричне днище 11 виконане з довжиною, що становить 0,8-0,9 діаметра центрального каналу 9 завихрювача 8, а кільцева глуха щілина 13 виконана з довжиною, що становить 0,4-0,45 діаметра центрального каналу 9 завихрювача 8. Наскрізні отвори 12 у циліндричному днищі 11 виконані із загальною прохідною площею, що становить не менше 0,2 прохідної площі центрального каналу 9 завихрювача 8. При роботі газогенератора одна частина газу, що утворюється в порожнині 6 циліндричної камери 5, проходить через наскрізні отвори 12 циліндричного днища 11, а інша частина газу разом із парами надлишкового пального й продуктами пристінного шару скидається через один або декілька 96956 4 рядів тангенціальних отворів 10 у порожнину каналу 9 завихрювача 8. У результаті інтенсивного горіння й закручення газового потоку хвиля збурювання тиску із частотою, наприклад першої тангенціальної форми, що виникла в порожнині центрального каналу 9 завихрювача 8, поширюється вздовж каналів наскрізних отворів 12 і вздовж кільцевої глухої щілини 13. Виконання циліндричного днища 11 і каналів наскрізних отворів 12 із довжиною, що становить 0,8-0,9 діаметра центрального каналу 9 завихрювача 8, дозволяє розташувати вузли епюри тиску півхвилі поздовжніх коливань із зазначеною частотою на вході й виході каналів наскрізних отворів 12. Таке розташування вузлів епюри тиску, що характеризуються мінімальним акустичним опором і максимальною пульсуючою швидкістю, призводить до збільшення виносу енергії збурювання з порожнини центрального каналу 9 завихрювача 8 у газову порожнину 6 циліндричної камери 5, яка має низький акустичний опір, а також до зменшення амплітуди хвилі збурювання за рахунок втрат на тертя на вході й виході каналів наскрізних отворів 12. Виконання поздовжньої кільцевої глухої щілини 13 із довжиною, яка становить 0,4-0,45 діаметра центрального каналу 9 завихрювача 8, дозволяє розташувати вузол епюри тиску чвертьхвилі поздовжніх коливань із заданою частотою на вході в щілину 13 і тим самим, за рахунок втрат на тертя на вході в зазначену щілину, додатково зменшити амплітуду хвилі збурювання. Виконання наскрізних отворів 12 у циліндричному днищі 11 із загальною прохідною площею, що становить не менше 0,2 прохідної площі центрального каналу 9 завихрювача 8, забезпечує мінімальну проникність торця днища 11, необхідну для виносу енергії хвилі збурювання з порожнини центрального каналу 9 завихрювача 8 у порожнину 6 циліндричної камери 5 у широкому діапазоні частот. Виконання циліндричного днища 11 і поздовжньої кільцевої глухої щілини 13 із довжинами, що становлять відповідно менше 0,8 і більше 0,9, менше 0,4 і більше 0,45 діаметра центрального каналу 9 завихрювача 8, призводить до деформації епюри тиску напівхвилі й чвертьхвилі поздовжніх коливань, при якій величина акустичного опору на входах і виходах каналів наскрізних отворів 12, а також на вході в щілину 13 зростає, що перешкоджає виносу енергії збурювання з порожнини центрального каналу 9 завихрювача 8 у газову порожнину 6 циліндричної камери 5 і знижує запас стійкості робочого процесу. Розрахункова оцінка показала, що встановлення на вході в завихрювач циліндричного днища з виконаними в торці на периферії наскрізними отворами й поздовжньою кільцевою глухою щілиною з боку порожнини завихрювача, виконання днища й щілини з довжинами, що становлять відповідно 0,8-0,9 і 0,4-0,45 діаметра центрального каналу завихрювача, а наскрізних отворів в днищі - із загальною прохідною площею, що становить не менше 0,2 прохідної площі центрального каналу завихрювача, дозволяє збільшити ефективність 5 поглинання коливальної енергії в 10-15 разів і тим самим виключити високочастотну нестійкість ро Комп’ютерна верстка А. Крулевський 96956 6 бочого процесу в газогенераторі й підвищити надійність роботи РРД. Підписне Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601