RU2472962C2

RU2472962C2 - Liquid-propellant rocket engine and method of cooling its chamber high-heat areas

Info

Publication number: RU2472962C2
Application number: RU2011105218/06A
Authority: RU
Inventors: Николай Александрович Братухин; Сергей Иванович Ларин; Виталий Романович Рубинский; Владимир Викторович Черниченко
Original assignee: Открытое акционерное общество "Конструкторское бюро химавтоматики"
Priority date: 2011-02-11
Filing date: 2011-02-11
Publication date: 2013-01-20
Also published as: RU2011105218A

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: proposed engine comprises, at least, one chamber with regenerative cooling, device to feed working medium to turbo pump unit turbine, supply and control units. Said chamber comprises mixing head, shaped shell consisting of shaped inner and outer rings welded together by ribs made on outer shell. Shaped shell has, at least, one belt of curtain composed of annular shaped groove in inner shell communicated via channels with cooler, e.g. kerosene, feed chamber. Axes of said channels are arranged tangentially to curtain annular chamber. Chamber is provided with, at least, one curtain belt wherein axes of larger part of, preferably, all tangential channels are located outside the plane perpendicular to chamber axis to cross it. In compliance with another version, axes of tangential channels cross said plane at 4-10°, preferably 6°, while channel length-to-diameter makes 3 to 8. Invention covers also method of cooling high-heat areas of combustion chamber.

EFFECT: higher reliability at minimum thrust pulse minimum losses for cooling.

7 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к области энергетических установок, а именно к жидкостным ракетным двигателям (ЖРД), и может быть использовано при создании и разработке ЖРД, преимущественно кислородно-керосиновых, с предельно высокими тепловыми потоками в стенку камеры и с обеспечением высокой степени совершенства внутрикамерных процессов.The invention relates to the field of power plants, and in particular to liquid rocket engines (LRE), and can be used to create and develop LRE, mainly oxygen-kerosene, with extremely high heat fluxes into the chamber wall and with a high degree of perfection of the chamber processes.

Одной из основных задач, возникающих при создании современных высокоэкономичных ЖРД, особенно кислородно-керосиновых, является организация надежной защиты стенок камеры при минимально возможных потерях удельного импульса тяги на охлаждение.One of the main tasks arising in the creation of modern highly economical liquid propellant rocket engines, especially oxygen-kerosene, is the organization of reliable protection of the chamber walls with the minimum possible loss of specific thrust impulse for cooling.

Одним из способов защиты внутренних стенок камеры является организация внутреннего охлаждения, заключающаяся в подаче жидкого компонента, как правило, горючего, на внутреннюю поверхность огневой стенки камеры через отверстия или щели в специальном поясе завесы охлаждения.One way to protect the inner walls of the chamber is to organize internal cooling, which consists in supplying a liquid component, usually fuel, to the inner surface of the fire wall of the chamber through openings or slots in a special belt of the cooling curtain.

Наиболее распространенными конструкциями пояса завесы являются такие, в которых коллектор пояса завесы отделен от охлаждающего тракта и расход в него поступает по самостоятельному трубопроводу. В большинстве конструкций поясов завесы жидкий компонент подается из полости пояса завесы на внутреннюю стенку при помощи тангенциальных отверстий, для придания жидкой пленке вращательного движения, благодаря чему пленка, прижимаясь центробежными силами к поверхности стенки, меньше разбрызгивается и позже разрушается. Жидкая пленка, двигаясь по стенке, прогревается, затем испаряется или разлагается, и, перемешиваясь с ближайшими слоями продуктов сгорания, постепенно выгорает, образуя при этом низкотемпературный слой газа. Ввиду сравнительно слабого поперечного перемешивания продуктов сгорания при их движении вдоль стенок камеры пристеночный слой, созданный завесой, получается достаточно устойчивым и может сохраняться на значительном протяжении, защищая при этом стенки камеры.The most common designs of the curtain belt are those in which the collector of the curtain belt is separated from the cooling tract and the flow enters it through an independent pipeline. In most curtain-belt designs, the liquid component is supplied from the cavity of the curtain-belt to the inner wall using tangential holes to impart a rotational movement to the liquid film, due to which the film, being pressed by centrifugal forces to the wall surface, sprays less and later collapses. The liquid film, moving along the wall, warms up, then evaporates or decomposes, and, mixing with the nearest layers of combustion products, gradually burns out, forming a low-temperature gas layer. Due to the relatively weak transverse mixing of the combustion products during their movement along the walls of the chamber, the wall layer created by the curtain turns out to be quite stable and can remain for a considerable length, while protecting the walls of the chamber.

Известен пояс завесы камеры жидкостного ракетного двигателя, состоящий из частей профилированных внутренней и наружной оболочек камеры, скрепленных между собой, например, при помощи пайки по ребрам, выполненным на внутренней оболочке, и образующих тракт регенеративного охлаждения камеры, при этом на профилированной внутренней оболочке выполнена кольцевая профилированная проточка, соединенная каналами с полостью подачи охладителя, например, керосина, причем оси указанных каналов расположены тангенциально по отношению к кольцевой полости пояса завесы (Гахун Г.Г. и др., Конструкция и проектирование жидкостных ракетных двигателей, М., Машиностроение, 1989, 422 с., рис.6.30а, стр.118).A well-known belt of the curtain of a chamber of a liquid propellant rocket engine, consisting of parts of profiled inner and outer shells of the chamber, fastened together, for example, by soldering along the fins made on the inner shell, and forming a path of regenerative cooling of the chamber, while on the shaped inner shell there is an annular profiled groove connected by channels to the supply cavity of a cooler, for example, kerosene, and the axes of these channels are located tangentially with respect to the annular floor awnings of the curtain belt (Gakhun G.G. et al., Design and design of liquid-propellant rocket engines, M., Mechanical Engineering, 1989, 422 pp., Fig. 6.30a, p. 118).

Данный пояс завесы работает следующим образом.This belt curtain works as follows.

Жидкий компонент подается из полости пояса завесы на огневую внутреннюю стенку при помощи тангенциальных отверстий. Благодаря такой подаче, пленка жидкости, прижимаясь центробежными силами к поверхности стенки, меньше разбрызгивается и позже разрушается. Жидкая пленка, двигаясь по стенке, прогревается, затем испаряется или разлагается, и, перемешиваясь с ближайшими слоями продуктов сгорания, постепенно выгорает, образуя при этом низкотемпературный слой газа, дополнительно защищающий огневую стенку камеры.The liquid component is supplied from the cavity of the curtain belt to the firing inner wall using tangential holes. Due to this supply, the liquid film, being pressed by centrifugal forces to the surface of the wall, sprays less and later collapses. The liquid film, moving along the wall, warms up, then evaporates or decomposes, and, mixed with the nearest layers of combustion products, gradually burns out, forming a low-temperature gas layer, which additionally protects the fire wall of the chamber.

Основными недостатками указанного пояса завесы является то, что при такой подаче не обеспечиваются условия охлаждения входной кромки кольцевой полости пояса завесы, что приводит к прогару огневой стенки внутренней обечайки именно в этом месте. Кроме этого, при таком расположении осей тангенциальных отверстий невозможно уменьшить толщину входной стенки кольцевой профилированной проточки при сохранении требуемых прочностных характеристик камеры, что также приводит к ухудшению условий охлаждения камеры.The main disadvantages of this curtain belt is that with this supply the cooling conditions of the input edge of the annular cavity of the curtain belt are not provided, which leads to burnout of the fire wall of the inner shell in this place. In addition, with such an arrangement of the axes of the tangential holes, it is impossible to reduce the thickness of the entrance wall of the annular profiled groove while maintaining the required strength characteristics of the chamber, which also leads to a deterioration in the cooling conditions of the chamber.

Известен жидкостный ракетный двигатель, содержащий одну регенеративно охлаждаемую камеру, газогенератор, турбонасосный агрегат, агрегаты питания и регулирования, причем регенеративно охлаждаемая камера включает смесительную головку, профилированную оболочку, состоящую из профилированных внутренней и наружной обечаек, скрепленных между собой, например, при помощи пайки по ребрам, выполненным на внутренней обечайке, при этом на профилированной оболочке выполнен, как минимум, один пояс завесы, представляющий собой кольцевую профилированную проточку во внутренней обечайке, соединенную каналами с полостью подачи охладителя, причем оси указанных каналов расположены тангенциально по отношению к кольцевой полости завесы (Гахун Г.Г. и др., Конструкция и проектирование жидкостных ракетных двигателей, М., Машиностроение, 1989, 422 с. Двигатель РД-119, рис.5.2а, стр.82-23 - прототип).A liquid-propellant rocket engine is known, comprising one regeneratively cooled chamber, a gas generator, a turbopump unit, power and control units, the regeneratively cooled chamber comprising a mixing head, a profiled shell consisting of profiled inner and outer shells fastened together, for example, by soldering by the ribs made on the inner shell, while at least one belt of the curtain is made on the profiled shell, which is an annular profile an aperture in the inner shell, connected by channels to the cooler supply cavity, the axes of these channels being located tangentially with respect to the annular cavity of the curtain (Gakhun G.G. et al., Design and engineering of liquid rocket engines, M., Mechanical Engineering, 1989, 422 S. Engine RD-119, Fig.5.2a, p. 82-23 - prototype).

Данный двигатель работает следующим образом.This engine operates as follows.

Компоненты топлива при помощи турбонасосного агрегата, приводимого в действие продуктами сгорания, получаемыми в газогенераторе, поступают в смесительную головку камеры. В смесительной головке компоненты топлива перемешиваются, воспламеняются и сгорают. Поток продуктов сгорания компонентов топлива, имеющий высокую температуру, движется вдоль огневой стенки внутренней обечайки к срезу сопла. Для защиты внутренней обечайки от воздействия высоких температур, по тракту охлаждения, образованному внутренней, наружной обечайками и ребрами, подается охладитель, который снимает часть тепловых потоков, нагреваясь при этом сам.The components of the fuel using a turbopump unit, driven by the combustion products obtained in the gas generator, enter the mixing head of the chamber. In the mixing head, the fuel components are mixed, ignited and burned. The flow of combustion products of fuel components having a high temperature moves along the fire wall of the inner shell to the nozzle exit. To protect the inner shell from the effects of high temperatures, a cooler is supplied along the cooling path formed by the inner and outer shells and fins, which removes part of the heat fluxes, while heating itself.

В наиболее теплонапряженных местах камеры, для дополнительной защиты внутренних стенок, выполнен один пояс завесы. В поясе завесы в кольцевую профилированную проточку, выполненную во внутренней обечайке, при помощи тангенциальных каналов, подается охладитель. Такая подача охладителя позволяет сообщить каждой струе охладителя тангенциальную скорость. Наличие тангенциальной скорости позволяет придать жидкой пленке охладителя вращательное движение, благодаря чему пленка, прижимаясь центробежными силами к поверхности огневой стенки внутренней обечайки, меньше разбрызгивается, позже разрушается и на большей длине дополнительно защищает стенку.In the most heat-stressed places of the chamber, for additional protection of the inner walls, one curtain belt is made. In the belt of the curtain, a cooler is fed into the annular profiled groove made in the inner shell using tangential channels. Such a supply of cooler allows you to inform each stream of the cooler tangential speed. The presence of tangential velocity makes it possible to impart rotational motion to the liquid film of the cooler, due to which the film, being pressed by centrifugal forces to the surface of the fire wall of the inner shell, is less sprayed, later collapses and additionally protects the wall.

Основными недостатками указанного ЖРД является то, что при такой подаче не обеспечиваются условия охлаждения входной кромки кольцевой полости пояса завесы, т.к. вся пленка уходит по потоку к выходной кромке кольцевой проточки пояса завесы. Это приводит к прогару огневой стенки внутренней обечайки именно в этом месте, и, соответственно, прогару оболочки камеры ЖРД и выходу ЖРД из строя.The main disadvantages of this rocket engine are that with this supply, the cooling conditions of the input edge of the annular cavity of the curtain belt are not provided, because the entire film flows downstream to the outlet edge of the annular groove of the curtain belt. This leads to burnout of the fire wall of the inner shell in this place, and, accordingly, burnout of the shell of the LRE chamber and the failure of the LRE.

Кроме этого, при таком расположении осей тангенциальных отверстий невозможно уменьшить толщину входной стенки кольцевой профилированной проточки при сохранении требуемых прочностных характеристик камеры, что также приводит к ухудшению условий охлаждения камеры.In addition, with such an arrangement of the axes of the tangential holes, it is impossible to reduce the thickness of the entrance wall of the annular profiled groove while maintaining the required strength characteristics of the chamber, which also leads to a deterioration in the cooling conditions of the chamber.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков и создание ЖРД, в камере которого применение пояса завесы позволит обеспечить надежную защиту стенок камеры при минимальных потерях удельного импульса тяги на охлаждение.The objective of the invention is to remedy these drawbacks and create a rocket engine, in the chamber of which the use of a curtain belt will provide reliable protection of the walls of the chamber with minimal loss of specific impulse for draft thrust.

Решение указанной задачи достигается тем, что в предложенном жидкостном ракетном двигателе, преимущественно кислородно-керосиновом, содержащем как минимум одну регенеративно охлаждаемую камеру, устройство для подачи рабочего тела на турбину турбонасосного агрегата, турбонасосный агрегат, агрегаты питания и регулирования, причем камера включает смесительную головку, профилированную оболочку, состоящую из профилированных внутренней и наружной обечаек, скрепленных между собой, например, при помощи пайки по ребрам, выполненным на внутренней обечайке, при этом на профилированной оболочке выполнен, как минимум, один пояс завесы, представляющий собой кольцевую профилированную проточку во внутренней обечайке, соединенную каналами с полостью подачи охладителя, например, керосина, причем оси указанных каналов расположены тангенциально по отношению к кольцевой полости завесы, согласно изобретению в камере выполнен как минимум один пояс завесы, в котором продольные оси большей части, предпочтительно всех, тангенциальных каналов расположены вне плоскости, перпендикулярной оси камеры, и пересекают ее.The solution to this problem is achieved by the fact that in the proposed liquid propellant rocket engine, mainly oxygen-kerosene, containing at least one regeneratively cooled chamber, a device for supplying a working fluid to a turbine of a turbopump unit, a turbopump unit, power and control units, the chamber including a mixing head, profiled shell, consisting of profiled inner and outer shells, fastened together, for example, by soldering along the ribs made on the inside at the same time, at the same time, at least one curtain belt is made on the profiled shell, which is an annular profiled groove in the inner shell connected by channels to the coolant supply cavity, for example, kerosene, and the axes of these channels are located tangentially with respect to the annular cavity of the curtain, according to the invention, at least one curtain belt is made in the chamber, in which the longitudinal axes of most, preferably all, tangential channels are located outside a plane perpendicular axis of the camera, and cross it.

Наиболее оптимальные условия охлаждения достигаются в варианте выполнения, если оси тангенциальных каналов пересекают указанную плоскость под углом 4-10°, предпочтительно 6°, а отношение длины канала к его диаметру составляет от 3 до 8.The most optimal cooling conditions are achieved in the embodiment if the axes of the tangential channels intersect the specified plane at an angle of 4-10 °, preferably 6 °, and the ratio of the channel length to its diameter is from 3 to 8.

Выполнение осей тангенциальных каналов под углом 4-10°, предпочтительно 6°, позволяет дополнительно сообщить осевую составляющую скорости каждой струе охладителя, что в значительной степени улучшает условия работы входной части кольцевой проточки, т.к. в этом случае часть расхода попадает на кромку, обеспечивая при этом дополнительный теплосъем. Кроме этого, выполнение осей тангенциальных каналов под углом позволяет значительно уменьшить толщину входной стенки проточки, что также позволяет улучшить условия охлаждения камеры.The execution of the axes of the tangential channels at an angle of 4-10 °, preferably 6 °, allows you to additionally report the axial component of the velocity to each cooler stream, which greatly improves the working conditions of the inlet of the annular groove, because in this case, part of the flow enters the edge, while providing additional heat removal. In addition, the execution of the axes of the tangential channels at an angle can significantly reduce the thickness of the inlet wall of the groove, which also improves the cooling conditions of the chamber.

Нижнее значение указанного соотношения выбрано, исходя из того, что при дальнейшем его понижении оси тангенциальных каналов будут располагаться практически перпендикулярно к кольцевой полости завесы, что ухудшит условия охлаждения входной части кольцевой проточки за счет увеличения ее толщины и снижения части расхода, подаваемого для ее охлаждения.The lower value of this ratio is chosen based on the fact that with a further decrease in the axis of the tangential channels they will be located almost perpendicular to the annular cavity of the curtain, which will worsen the cooling conditions of the inlet part of the annular groove due to an increase in its thickness and a decrease in the flow rate supplied for its cooling.

Верхнее значение указанного соотношения выбрано, исходя из того, что при дальнейшем его повышении часть расхода охладителя будет использоваться не эффективно, что приведет к увеличению расхода на завесу, и, соответственно, увеличению потерь удельного импульса тяги, связанного с охлаждением.The upper value of the specified ratio is selected based on the fact that with a further increase in it, part of the flow rate of the cooler will not be used efficiently, which will lead to an increase in the flow rate of the curtain, and, accordingly, an increase in the loss of specific thrust impulse associated with cooling.

Нижнее значение указанного соотношения для отношения длины канала к его диаметру выбрано, исходя из того, что при дальнейшем его уменьшении струя охладителя не приобретет требуемую форму и направление.The lower value of the indicated ratio for the ratio of the channel length to its diameter is selected on the basis that with a further decrease in the stream the cooler will not acquire the desired shape and direction.

Верхнее значение указанного соотношения для отношения длины канала к его диаметру выбрано, исходя из того, что дальнейшее его повышение приводит к значительному усложнению изготовления тангенциальных каналов.The upper value of the indicated ratio for the ratio of the channel length to its diameter is selected on the basis that its further increase leads to a significant complication of the manufacture of tangential channels.

Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показан общий вид двигателя, на фиг.2 - общий вид камеры, на фиг.3 - продольный разрез пояса завесы, на фиг.4 - поперечный разрез пояса завесы, на фиг.5 - вид тангенциального канала сверху.The invention is illustrated by drawings, where figure 1 shows a General view of the engine, figure 2 is a General view of the camera, figure 3 is a longitudinal section of the belt curtain, figure 4 is a transverse section of the belt curtain, figure 5 is a view tangential channel from above.

Основными элементами предложенного двигателя являются:The main elements of the proposed engine are:

1 - жидкостный ракетный двигатель;1 - liquid rocket engine;

2 - камера;2 - camera;

3 - устройство для подачи рабочего тела на турбину турбонасосного агрегата;3 - a device for supplying a working fluid to a turbine of a turbopump unit;

4 - турбонасосный агрегат;4 - turbopump unit;

5 - агрегаты питания и регулирования;5 - power supply and regulation;

6 - общая рама;6 - common frame;

7 - смесительная головка;7 - mixing head;

8 - профилированная оболочка;8 - profiled shell;

9 - внутренняя обечайка;9 - inner shell;

10 - наружная обечайка;10 - outer shell;

11 - ребра;11 - ribs;

12 - пояс завесы;12 - curtain belt;

13 - кольцевая профилированная проточка;13 - annular shaped groove;

14 - канал;14 - channel;

15 - полость подачи охладителя.15 - cavity supply cooler.

Жидкостный ракетный двигатель 1 содержит четыре камеры 2, устройство 3 для подачи рабочего тела на турбину турбонасосного агрегата, турбонасосный агрегат 4, агрегаты питания и регулирования 5, установленные в одной общей раме 6. Каждая камера 2 содержит смесительную головку 7, профилированную оболочку 8, состоящую из профилированных внутренней 9 и наружной обечаек 10, скрепленных между собой при помощи пайки по ребрам 11, выполненным на внутренней обечайке 9. На профилированной оболочке 8 выполнен как минимум один пояс завесы 12, представляющий собой кольцевую профилированную проточку 13 во внутренней обечайке 9, соединенную каналами 14 с полостью подачи охладителя 15. Оси указанных каналов 14 расположены тангенциально по отношению к кольцевой полости завесы в виде кольцевой профилированной проточки 13. В поясе завесы 12 продольные оси большей части, предпочтительно всех, тангенциальных каналов 14 расположены вне плоскости, перпендикулярной оси камеры, и пересекают ее под углом 4-10°, предпочтительно 6°, при этом отношение длины канала к его диаметру составляет от 3 до 8.A liquid-propellant rocket engine 1 contains four chambers 2, a device 3 for supplying a working fluid to a turbine of a turbopump unit, a turbopump unit 4, power supply and regulation units 5 installed in one common frame 6. Each chamber 2 contains a mixing head 7, a profiled shell 8 consisting of from the profiled inner 9 and outer shell 10, fastened together by soldering along the ribs 11 made on the inner shell 9. At least one belt of the curtain 12 is made on the profiled shell 8, representing battle the profiled groove 13 in the inner shell 9, connected by channels 14 to the supply cavity of the cooler 15. The axes of these channels 14 are located tangentially to the annular cavity of the curtain in the form of an annular profiled groove 13. In the girdle belt 12, the longitudinal axes of most, preferably all, tangential channels 14 are located outside a plane perpendicular to the axis of the chamber and intersect it at an angle of 4-10 °, preferably 6 °, while the ratio of the length of the channel to its diameter is from 3 to 8.

Предложенный двигатель работает следующим образом.The proposed engine operates as follows.

Компоненты топлива при помощи турбонасосного агрегата 4, приводимого в действие продуктами сгорания, получаемыми в устройстве 3 для подачи рабочего тела на турбину турбонасосного агрегата, поступают в смесительную головку 7 камеры 2. В смесительной головке 7 компоненты топлива перемешиваются, воспламеняются и сгорают. Поток продуктов сгорания компонентов топлива, имеющий высокую температуру, движется вдоль огневой стенки внутренней обечайки 9 к срезу сопла. Для защиты внутренней обечайки 9 от воздействия высоких температур по тракту охлаждения, образованному внутренней 9, наружной 10 обечайками и ребрами 11, подается охладитель, который снимает часть тепловых потоков, нагреваясь при этом сам. В наиболее теплонапряженных местах камеры, для дополнительной защиты внутренних стенок, выполняется, как минимум, один пояс завесы 12. В поясе завесы 12 в кольцевую профилированную проточку 13, выполненную во внутренней обечайке 9, при помощи тангенциальных каналов 14, продольные оси которых расположены вне плоскости, перпендикулярной оси камеры 2, подается охладитель. Такая подача охладителя позволяет сообщить каждой струе охладителя не только тангенциальную, но и осевую составляющую скорости.The fuel components using the turbopump unit 4, driven by the combustion products obtained in the device 3 for supplying the working fluid to the turbine of the turbopump unit, enter the mixing head 7 of the chamber 2. In the mixing head 7, the fuel components are mixed, ignited and burned. The flow of combustion products of fuel components having a high temperature moves along the fire wall of the inner shell 9 to the nozzle exit. To protect the inner shell 9 from the effects of high temperatures, a cooler is supplied along the cooling path formed by the inner 9, outer 10 shells and fins 11, which removes part of the heat fluxes while heating itself. In the most heat-stressed places of the chamber, for additional protection of the inner walls, at least one belt of the curtain 12 is made. In the belt of the curtain 12, in an annular profiled groove 13 made in the inner shell 9, with the help of tangential channels 14, the longitudinal axes of which are located outside the plane perpendicular to the axis of the chamber 2, a cooler is supplied. Such a supply of a cooler allows informing each stream of a cooler not only the tangential, but also the axial velocity component.

Наличие тангенциальной составляющей скорости позволяет придать жидкой пленке охладителя вращательное движение, благодаря чему пленка, прижимаясь центробежными силами к поверхности огневой стенки внутренней обечайки 9, меньше разбрызгивается, позже разрушается и на большей длине дополнительно защищает стенку.The presence of the tangential component of the velocity makes it possible to impart rotational motion to the liquid film of the cooler, due to which the film, being pressed by centrifugal forces to the surface of the fire wall of the inner shell 9, sprays less, later collapses and additionally protects the wall.

Наличие осевой составляющей позволяет в значительной степени улучшить условия работы входной части кольцевой профилированной проточки 13, т.к. в этом случае часть расхода попадает на входную кромку, обеспечивая при этом дополнительный теплосъем.The presence of the axial component can significantly improve the working conditions of the input part of the annular profiled groove 13, because in this case, part of the flow enters the inlet edge, while providing additional heat removal.

Дополнительно выполнение тангенциальных каналов 14 под указанным углом к продольной оси камеры позволяет значительно уменьшить толщину входной стенки кольцевой профилированной проточки 13 при сохранении требуемых прочностных характеристик камеры, что также позволяет улучшить условия охлаждения камеры. Кроме этого, выполнение тангенциальных каналов 14 под указанным углом к продольной оси камеры улучшает условия сборки и соединения элементов пояса завесы между собой, т.к. в этом случае входное отверстие завесы оказывается удаленным на требуемое расстояние от элементов пояса завесы 12.In addition, the execution of tangential channels 14 at a specified angle to the longitudinal axis of the chamber can significantly reduce the thickness of the input wall of the annular shaped groove 13 while maintaining the required strength characteristics of the chamber, which also improves the cooling conditions of the chamber. In addition, the implementation of the tangential channels 14 at a specified angle to the longitudinal axis of the chamber improves the conditions for the assembly and connection of the elements of the curtain belt to each other, because in this case, the inlet of the curtain is remote to the required distance from the elements of the belt belt 12.

Способ защиты теплонапряженных участков камеры данного двигателя реализуется следующим образом.A method of protecting heat-stressed sections of the chamber of this engine is implemented as follows.

Компоненты топлива поступают в смесительную головку 7 камеры 2 жидкостного ракетного двигателя 1. В смесительной головке 7 компоненты топлива перемешиваются, воспламеняются и сгорают. Поток продуктов сгорания компонентов топлива, имеющий высокую температуру, движется вдоль огневой стенки внутренней обечайки 9 к срезу сопла. Для защиты внутренней обечайки 9 от воздействия высоких температур по тракту охлаждения, образованному внутренней 9, наружной 10 обечайками и ребрами 11, подают охладитель, который снимает часть тепловых потоков, нагреваясь при этом сам.The fuel components enter the mixing head 7 of the chamber 2 of the liquid propellant rocket engine 1. In the mixing head 7, the fuel components are mixed, ignited and burned. The flow of combustion products of the fuel components having a high temperature moves along the fire wall of the inner shell 9 to the nozzle exit. To protect the inner shell 9 from the effects of high temperatures, a cooler is supplied along the cooling path formed by the inner 9, outer 10 shells and fins 11, which removes part of the heat fluxes while heating itself.

В наиболее теплонапряженных местах камеры, для дополнительной защиты внутренних стенок, выполняют как минимум один пояс завесы 12. В поясе завесы 12 в кольцевую профилированную проточку 13, выполненную во внутренней обечайке 9, при помощи тангенциальных каналов 14, продольные оси которых расположены вне плоскости, перпендикулярной оси камеры 2, подают охладитель из полости подачи охладителя 15. Такая подача охладителя позволяет сообщить каждой струе охладителя не только тангенциальную, но и осевую составляющую скорости.In the most heat-stressed places of the chamber, for additional protection of the inner walls, at least one belt of the curtain 12 is made. In the belt of the curtain 12, in an annular profiled groove 13 made in the inner shell 9, by means of tangential channels 14, the longitudinal axes of which are located outside the plane perpendicular the axis of the chamber 2, serves the cooler from the cavity supply of the cooler 15. This supply of the cooler allows you to inform each stream of the cooler is not only tangential, but also the axial component of the speed.

Наличие осевой составляющей скорости позволяет в значительной степени улучшить условия работы входной части кольцевой профилированной проточки 13, т.к. в этом случае часть расхода попадает на входную кромку, обеспечивая при этом дополнительный теплосъем.The presence of the axial component of the speed can significantly improve the working conditions of the input part of the annular profiled groove 13, because in this case, part of the flow enters the inlet edge, while providing additional heat removal.

Выполнение тангенциальных каналов 14 под указанным углом к продольной оси камеры дополнительно позволяет значительно уменьшить толщину входной стенки кольцевой профилированной проточки 13 при сохранении требуемых прочностных характеристик камеры, что также позволяет улучшить условия охлаждения камеры. Кроме этого, выполнение тангенциальных каналов 14 под указанным углом к продольной оси камеры улучшает условия сборки и соединения элементов пояса завесы между собой, т.к. в этом случае входное отверстие завесы оказывается удаленным на требуемое расстояние от элементов пояса завесы 12.The implementation of the tangential channels 14 at a specified angle to the longitudinal axis of the chamber additionally significantly reduces the thickness of the input wall of the annular profiled groove 13 while maintaining the required strength characteristics of the chamber, which also improves the cooling conditions of the chamber. In addition, the implementation of the tangential channels 14 at a specified angle to the longitudinal axis of the chamber improves the conditions for the assembly and connection of the elements of the curtain belt to each other, because in this case, the inlet of the curtain is remote to the required distance from the elements of the belt belt 12.

Успешно проведенные авторами и заявителем многократные стендовые и летные огневые испытания камеры, для защиты огневой стенки которой применен предложенный способ охлаждения теплонапряженных участков камеры, подтвердили правильность заложенных конструкторско-технологических решений.Multiple bench and flight fire tests of the chamber, successfully carried out by the authors and the applicant, to protect the fire wall of which the proposed method of cooling the heat-stressed sections of the chamber was applied, confirmed the correctness of the laid design and technological solutions.

Успешно проведенные авторами и заявителем неоднократные огневые стендовые и летные испытания полноразмерного кислородно-керосинового ЖРД подтвердили правильность заложенных конструкторско-технологических решений.Successfully carried out by the authors and the applicant, multiple fire bench and flight tests of the full-size oxygen-kerosene liquid propellant rocket engine confirmed the correctness of the design and technological solutions.

Использование предложенного технического решения позволит обеспечить надежную защиту внутренних стенок камеры при обеспечении высокой степени совершенства внутрикамерных процессов.Using the proposed technical solution will provide reliable protection of the inner walls of the chamber while ensuring a high degree of perfection of the chamber processes.

Claims

1. Жидкостный ракетный двигатель, преимущественно кислородно-керосиновый, содержащий как минимум одну регенеративно охлаждаемую камеру, устройство для подачи рабочего тела на турбину турбонасосного агрегата, турбонасосный агрегат, агрегаты питания и регулирования, причем камера включает смесительную головку, профилированную оболочку, состоящую из профилированных внутренней и наружной обечаек, скрепленных между собой, например, при помощи пайки по ребрам, выполненным на внутренней обечайке, при этом на профилированной оболочке выполнен как минимум один пояс завесы, представляющий собой кольцевую профилированную проточку во внутренней обечайке, соединенную каналами с полостью подачи охладителя, предпочтительно керосина, причем оси указанных каналов расположены тангенциально по отношению к кольцевой полости завесы, отличающийся тем, что как минимум в одной камере выполнен как минимум один пояс завесы, в котором продольные оси большей части, предпочтительно всех, тангенциальных каналов, расположены вне плоскости, перпендикулярной оси камеры, и пересекают ее.1. A liquid rocket engine, mainly oxygen-kerosene, containing at least one regeneratively cooled chamber, a device for supplying a working fluid to a turbine of a turbopump unit, a turbopump unit, power and control units, the chamber including a mixing head, a profiled shell consisting of profiled inner and the outer shells fastened together, for example, by soldering along the ribs made on the inner shell, while on the shaped shell is made at least one curtain belt is provided, which is an annular shaped groove in the inner shell connected by channels to the supply cavity of a cooler, preferably kerosene, and the axes of these channels are located tangentially to the annular cavity of the curtain, characterized in that at least in one chamber is made as at least one belt of the curtain, in which the longitudinal axes of most, preferably all, tangential channels are located outside the plane perpendicular to the axis of the chamber and intersect it.

2. Жидкостный ракетный двигатель по п.1, отличающийся тем, что оси тангенциальных каналов пересекают указанную плоскость под углом 4-10°, предпочтительно 6°.2. The liquid rocket engine according to claim 1, characterized in that the axis of the tangential channels intersect the specified plane at an angle of 4-10 °, preferably 6 °.

3. Жидкостный ракетный двигатель по п.1, отличающийся тем, что отношение длины канала к его диаметру составляет от 3 до 8.3. The liquid rocket engine according to claim 1, characterized in that the ratio of the length of the channel to its diameter is from 3 to 8.

4. Способ охлаждения теплонапряженных участков камеры жидкостного ракетного двигателя, заключающийся в подаче охладителя на внутреннюю поверхность огневой стенки камеры сгорания из кольцевых проточек, выполненных в огневой стенке камеры сгорания и соединенных тангенциальными каналами с полостью подачи охладителя, отличающийся тем, что, при подаче охладителя в кольцевую полость, струям охладителя дополнительно к радиальной составляющей скорости придают осевую составляющую.4. The method of cooling the heat-stressed sections of the chamber of a liquid propellant rocket engine, which consists in supplying a cooler to the inner surface of the fire wall of the combustion chamber from annular grooves made in the fire wall of the combustion chamber and connected by tangential channels to the coolant supply cavity, characterized in that, when the cooler is fed into annular cavity, to the jets of the cooler, in addition to the radial component of the velocity, an axial component is attached.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что осевую составляющую скорости струям охладителя придают за счет расположения продольных осей большей части, предпочтительно всех, тангенциальных каналов, вне плоскости, перпендикулярной оси камеры.5. The method according to claim 4, characterized in that the axial component of the velocity to the jets of the cooler is due to the location of the longitudinal axes of most of, preferably all, the tangential channels, outside a plane perpendicular to the axis of the chamber.

6. Способ по п.4, отличающийся тем, что оси тангенциальных каналов направляют к указанной плоскости под углом 4-10°, предпочтительно 6°.6. The method according to claim 4, characterized in that the axes of the tangential channels are directed to the specified plane at an angle of 4-10 °, preferably 6 °.

7. Способ по п.4, отличающийся тем, что отношение длины канала к его диаметру выбирают в пределах от 3 до 8. 7. The method according to claim 4, characterized in that the ratio of the length of the channel to its diameter is selected in the range from 3 to 8.