Детонаційний рідинний ракетний двигун

Реферат: Винахід стосується рідинних ракетних двигунів. Двигун складається з камери згорання з охолоджуючими трактами і високонапірними магістралями подачі компонентів палива в основну камеру згорання, турбонасосного агрегату з турбіною активного типу, газогенератора турбінного газу з надлишком пального. Також, містить вихлопний колектор турбіни, з'єднаний газоводом з кільцевим газовим колектором подачі генераторного газу до пристрою допалювання, який за допомогою колектора з'єднано з високонапірною магістраллю окислюючого компонента палива. Пристрій допалювання виконано у вигляді трубчастої кільцевої детонаційної камери згорання, що має у своєму складі кільцеві колектори генераторного газу та окислюючого компонента палива, кільцеву форсункову головку, кільцеву форкамеру, запальник-ініціатор кільцевої детонаційної хвилі з можливістю стаціонарно обертатися. Принцип роботи засновано на допалюванні генераторного газу в пристрої допалювання, виконаного у вигляді трубчастої камери згорання. Кожна трубка камери згорання працює в імпульсному режимі детонації для забезпечення повноти згорання і високого питомого імпульсу при малих тисках подачі генераторного газу і окислюючого компонента палива. UA 115370 C2 (12) UA 115370 C2 UA 115370 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до ракетно-космічної техніки і може бути використаний в двигунних установках літальних апаратів. Відомі рідинні ракетні двигуни з турбонасосним агрегатом, подачі палива в камеру згорання, у яких відпрацьований на турбіні генераторний газ, що має великий надлишок пального без його допалювання направляється в в профільовані надзвукові реактивні сопла, з метою створення додаткового імпульсу тяги [1-3]. Відомо, що тиск газогенераторного газу у вихлопному колекторі турбіни як правило не перевищує (0,2-0,3) МПа, а в зоні допалювання тиск в декілька разів менший. При традиційному горінні палива (використовується термодинамічний цикл при постійному тиску), і такому тиску отримується низький термодинамічний коефіцієнт корисної дії, що є значним недоліком відомих аналогів. Для підвищення питомого імпульсу двигуна в цілому висунуто ідею і ведуться розробки ракетних двигунів з допалюванням генераторного газу в спеціальному пристрої допалювання в детонаційному режимі з реалізацією термодинамічного циклу при постійному об'ємі [4]. Найбільш близьким аналогом винаходу, який вибрано за прототип, є винахід № 107274 [4], де описано спосіб допалювання відпрацьованого генераторного газу турбіни та пристрій для його здійснення, який містить в собі кільцеву детонаційну камеру згорання з кільцевими колекторами генераторного газу та окислюючого компонента палива, кільцеву форсункову головку подачі в камеру генераторного газу та окислюючого компонента, запальник-ініціатор спінової детонаційної хвилі, з її можливістю стаціонарно обертатися. Недоліками прототипу є не визначена конструкція детонаційної камери та пристрою ініціювання детонації палива і напрямку її розповсюдження, що прямим чином впливатиме на енергетичні характеристики двигуна. До загальних істотних ознак прототипу і винаходу, що заявляється є наявність основної камера згорання з надзвуковим соплом, що мають охолоджувальні тракти, високо-напірні магістралі подачі компонентів палива в основну камеру згорання, турбонасосний агрегат з турбіною активного типу і газогенератором турбінного газу. Вихлопний колектор турбіни з'єднаний газоводом з газовим кільцевим колектором подачі генераторного газу до пристрою допалювання, який за допомогою колектора також з'єднано з високонапірною магістраллю окислюючого компонента палива. Пристрій допалювання містить кільцеву детонаційну камеру згорання з кільцевими колекторами генераторного газу та окислюючого компонента палива, кільцеву форсункову головку подачі в камеру генераторного газу та окислюючого компонента, запальник-ініціатор спінової детонаційної хвилі з її можливістю стаціонарно обертатися. В основу виходу поставлено задачу уточнення і удосконалення конструкції пристрою допалювання генераторного газу в детонаційній хвилі. Поставлена задача вирішується наступними технічними рішеннями. З метою підвищення економічності двигуна за рахунок вдосконалення газодинамічного процесу, шляхом спрямовування розповсюдження детонаційної хвилі паралельно осі двигуна в пристрої допалювання генераторного газу турбіни, кільцева детонаційна камера згорання виготовляється як сукупність послідовно з'єднаних між собою в кільце продовжувальних трубок, кожна з яких є імпульсною детонаційною камерою згорання. З метою вдосконалення конструкції кільцевої трубчастої детонаційної камери згорання пристрою допалювання та системи ініціювання детонаційного процесу спалювання вихлопного газу турбіни, кільцева форсункова головка кільцевої трубчастої детонаційної камери згорання виготовлена з кільцевою форкамерою, в якій ініціюється спінова детонаційна хвиля, з можливістю обертатися в просторі кільцевої форкамери, з'єднаної з кільцевою трубчастою детонаційною камерою згорання. З метою підвищення надійності процесу ініціювання детонаційної хвилі в кільцевій трубчастій детонаційній камері згорання, запальник ініціатор спінової детонації виготовлено з пристроєм управління процесом ініціювання спінової детонаційної хвилі. З метою ущільнення компоновки двигуна і зменшення впливу технологічних похибок при складанні на напрямок вектору тяги, кільцева трубчаста детонаційна камера згорання виготовлена із внутрішнім діаметром, рівним зовнішньому діаметру вихідної частини сопла двигуна, і розміщена навколо надзвукової вихідної частини сопла, та з'єднана з силовими елементами основної камери згорання двигуна. Суть винаходу показана на Фіг. 1 і Фіг. 2. Двигун складається з основної камери згорання (1) з трактами охолодження (2) і високонапірними магістралями подачі компонентів палива (3) в основну камеру згорання, турбонасосного агрегату (4) з турбіною активного типу (5), газогенератора (6) турбінного газу з надлишком пального, вихлопного колектору турбіни (7), з'єднаного газоводом (8) з кільцевим 1 UA 115370 C2 5 10 15 20 25 30 35 газовим колектором вдуву генераторного газу (9) до пристрою допалювання (10), який за допомогою колектора з'єднано з високонапірною магістраллю окислюючого компонента палива. Пристрій допалювання виконано у вигляді трубчастої кільцевої детонаційної камери згорання (11), що має у своєму складі кільцеві колектори генераторного газу та окислюючого компонента палива (12), кільцеву форсункову головку (13), кільцеву форкамеру (14), запальник ініціатор кільцевої детонаційної хвилі з можливістю стаціонарно обертатися (15), пристрій управління процесом ініціювання спінової детонаційної хвилі (16), надзвукове кільцеве сопло (17). Щільна компоновка двигуна з пристроєм допалювання, камера згорання якого виготовлена із внутрішнім діаметром, рівним зовнішньому діаметру вихідної частини сопла двигуна і розміщена навколо надзвукової вихідної частини сопла, та з'єднана з силовими елементами основної камери згорання двигуна, проілюстрована на Фіг. 2. Пристрій працює наступним чином. Компоненти палива після насосів пального і окислювача надходять в тракти охолодження пального і окислювача, а потім в форсункову головку основної камери згорання двигуна. Отриманий в газогенераторі, і відпрацьований на турбіні активного типу газ направляється по газоводу до газового кільцевого колектору. Генераторний газ і окислюючий компонент палива подається в кільцеву форсункову головку пристрою допалювання, виконаного у вигляді трубчастої кільцевої камери згорання. Після заповнення форкамери і трубок готовою сумішшю генераторного газу і розпиленого в ньому окислювача, в ній ініціюється спінова детонаційна хвиля. Періодичність процесу ініціювання залежить від глибини дроселювання тяги основної камери, а фактично, - витрат генераторного газу і його тиску в пристрої допалювання. Кожна трубка камери згорання працює в режимі імпульсної детонаційної камери, тим самим забезпечується більш високий термодинамічний коефіцієнт корисної дії процесу спалювання, а як наслідок, - більш високий питомий імпульс тяги двигуна. Нові ознаки в сукупності з відомими ознаками дозволяють уточнити конструкцію пристрою опалювання і підвищити масово-енергетичні характеристики рідкопаливних ракетних двигунів із допалюванням генераторного газу у вихлопних соплах турбіни в цілому. Джерела інформації: 1. Жидкостные ракетные двигатели / М.В. Добровольский. - М: Машиностроение - 1968. 396 с. 2. Конструкция и проектирование жидкостных ракетних двигателей / под редакцией Г.Г. Гахуна. - М: Машиностроение, 1989. - 424 с. 3. Призваны временем. От противостояния к международному сотрудничеству: научное издание / под редакцией С.Н. Конюхова. - Д.: Арт-Пресс, 2004. - 768 с. - ISBN 966-7985-82-2 4. Патент на винахід № 107274 Україна, МПК F02K9/00. Спосіб допалювання відпрацьованого генераторного газу турбіни турбонасосного агрегату рідинного ракетного двигуна та пристрій для його здійснення (варіанти) / / Коваленко М.Д., Стрельников Г.О., Золотько О.Є., Золотько О.В., Коваленко Г.М., Сироткіна Н.П.; заявник і патентоволодар ІТМ НАНУ і ДКАУ. - а201306882; заявл. 01.06.2013; опубл. 10.12.2014, Бюл. № 23-10 с. 40 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 45 50 55 60 1. Рідинний ракетний двигун з допалюванням відпрацьованого генераторного газу турбіни турбонасосного агрегату, до складу якого входять основна камера згорання з надзвуковим соплом, що мають охолоджуючі тракти, високонапірні магістралі подачі компонентів палива в основну камеру, турбонасосний агрегат з турбіною активного типу і газогенератором турбінного газу, вихлопний колектор турбіни з'єднаний газоводом з газовим кільцевим колектором подачі генераторного газу до пристрою допалювання, який за допомогою колектора з'єднано з високонапірною магістраллю окислюючого компонента палива і який містить кільцеву детонаційну камеру згорання з кільцевими колекторами генераторного газу та окислюючого компонента палива, кільцеву форсункову головку подачі в камеру генераторного газу та окислюючого компонента, запальник-ініціатор спінової детонаційної хвилі з її можливістю стаціонарно обертатися, який відрізняється тим, що кільцева детонаційна камера виготовляється як сукупність послідовно з'єднаних між собою в кільце продовжувальних трубок, кожна з яких є імпульсною детонаційною камерою згорання. 2. Рідинний ракетний двигун з допалюванням відпрацьованого генераторного газу турбіни турбонасосного агрегату за п. 1, який відрізняється тим, що кільцева форсункова головка кільцевої трубчастої детонаційної камери згорання виготовлена з кільцевою форкамерою, в якій ініціюється спінова детонаційна хвиля, з можливістю обертатися в просторі кільцевої форкамери, з'єднаної з кільцевою трубчастою детонаційною камерою згорання. 2 UA 115370 C2 5 3. Рідинний ракетний двигун з допалюванням відпрацьованого генераторного газу турбіни турбонасосного агрегату за пп. 1, 2, який відрізняється тим, що запальник-ініціатор спінової детонації виготовлено з пристроєм управління процесом ініціювання спінової детонаційної хвилі. 4. Рідинний ракетний двигун з допалюванням відпрацьованого генераторного газу турбіни турбонасосного агрегату за пп. 1-3, який відрізняється тим, що кільцева трубчаста детонаційна камера згорання виготовлена із внутрішнім діаметром, рівним зовнішньому діаметру вихідної частини сопла двигуна, і розміщена навколо надзвукової вихідної частини сопла та з'єднана з силовими елементами основної камери згорання двигуна. 3 UA 115370 C2 Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4