RU2139439C1

RU2139439C1 - Chamber nozzle of liquid-propellant rocket engine

Info

Publication number: RU2139439C1
Application number: RU98109068/06A
Authority: RU
Inventors: В.П. Космачева; В.Р. Рубинский; С.П. Хрисанфов; В.В. Черниченко
Original assignee: Федеральное государственное унитарное предприятие "Конструкторское бюро химавтоматики"
Priority date: 1998-05-20
Filing date: 1998-05-20
Publication date: 1999-10-10

Abstract

FIELD: liquid-propellant rocket engines. SUBSTANCE: nozzle has outer and inner envelopes forming cooling duct which is communicated with supply collector, longitudinal and U-shaped fins located inside cooling duct. Circular radial bore is provided between longitudinal and U-shaped fins under collector for mixing the jets. Width of this bore is no less than 0.4 of width of slot between longitudinal fins before U-shaped fins and no more than width of slot between U-shaped fins at nozzle exit section. EFFECT: enhanced reliability due to reduced irregularity of distribution of coolant among of cooling duct. 3 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к области ракетной техники и может быть использовано при создании сопл жидкостных ракетных двигателей (ЖРД). The invention relates to the field of rocket technology and can be used to create nozzles for liquid rocket engines (LRE).

В настоящее время одной из основных проблем при создании фрезерованных сварно-паяных сопл ЖРД является обеспечение прочности сопла в зоне размещения коллекторов, т.к. именно в этом месте отсутствует связь между оболочками и ребрами. At present, one of the main problems in creating milled welded-soldered nozzles of the rocket engine is to ensure the strength of the nozzle in the area of the collectors, because it is in this place that there is no connection between the shells and ribs.

Известно сопло камеры сгорания жидкостного ракетного двигателя, содержащее наружную и внутреннюю оболочки с продольными основными ребрами, между которыми равно расположены дополнительные ребра меньшей длины, образующие тракт охлаждения, сообщенный сквозными отверстиями через радиальную канавку со сборным коллектором, размещенным перед конической отбортовкой, выполненной на срезе сопла, при этом концы основных ребер в зоне радиальной канавки выполнены П-образной формы, а сквозные отверстия расположены внутри них (Патент России N 2095609 от 03.08.89, МКИ: F 02 K 9.97 - прототип). A nozzle of a combustion chamber of a liquid propellant rocket engine is known, comprising an outer and inner shell with longitudinal main ribs, between which additional fin ribs of shorter length are equally arranged, forming a cooling path communicated through holes through a radial groove with an assembly manifold located before the conical flange made on the nozzle exit while the ends of the main ribs in the zone of the radial groove are U-shaped, and the through holes are located inside them (Russian Patent N 2095609 from 03.08.89, MKI: F 02 K 9.97 - prototype).

В данном сопле ребра выполнены на одной из оболочек, а оболочки соединены между собой при помощи пайки по ребрам. Повышение прочности сопла в зоне радиальной канавки обеспечивается выполнением концов ребер П-образной формы, что позволяет увеличить поверхность под пайку. Охладитель подается из межрубашечного тракта в сборный коллектор, расположенный на срезе сопла, через сквозные отверстия, расположенные внутри П-образных ребер. In this nozzle, the ribs are made on one of the shells, and the shells are interconnected by soldering along the ribs. Increasing the strength of the nozzle in the zone of the radial groove is provided by the execution of the ends of the ribs of a U-shape, which allows to increase the surface for soldering. The cooler is supplied from the inter-tube path to the prefabricated manifold located on the nozzle exit through the through holes located inside the U-shaped ribs.

Однако, в ряде случаев, при использовании ребер с П-образными концами для повышения прочности сопла в зоне подводящего коллектора, расположенного, например, в центральной части сопла, необходимо не только усилить сопло в зоне коллектора, но и обеспечить перемешивание и равномерное распределение потоков охладителя по каналам. После выхода из П-образных ребер потоки охладителя частично перемешиваются друг с другом в радиальной канавке, что не обеспечивает необходимой неравномерности распределения. В исполнении, когда один из концов П-образного ребра соединен с конической отбортовкой, потоки охладителя после выхода из П-образных ребер не перемешиваются друг с другом, а поступают дальше в тракт в виде отдельных параллельных потоков, идущих по обе стороны одного ребра. However, in some cases, when fins with U-shaped ends are used to increase the strength of the nozzle in the zone of the supply manifold located, for example, in the central part of the nozzle, it is necessary not only to strengthen the nozzle in the zone of the collector, but also to ensure mixing and uniform distribution of coolant flows through the channels. After leaving the U-shaped ribs, the coolant flows are partially mixed with each other in the radial groove, which does not provide the necessary uneven distribution. In the design, when one of the ends of the U-shaped rib is connected with a conical flanging, the coolant flows after leaving the U-shaped ribs do not mix with each other, but proceed further into the tract in the form of separate parallel flows going on both sides of one rib.

Это приводит к неравномерности в распределении расхода охладителя по каналам и к образованию локальных зон перегрева в зоне меньших диаметров сопла и увеличенных тепловых потоков, что снижает надежность работы сопла. This leads to uneven distribution of the cooler flow over the channels and to the formation of local overheating zones in the zone of smaller nozzle diameters and increased heat fluxes, which reduces the reliability of the nozzle.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков и повышение надежности работы сопла. The objective of the invention is to remedy these disadvantages and increase the reliability of the nozzle.

Поставленная задача достигается тем, что в предложенном сопле камеры жидкостного ракетного двигателя, содержащем наружную и внутреннюю оболочки, образующие тракт охлаждения, сообщенный с коллектором, размещенным на наружной оболочке, продольные и П-образные ребра, расположенные внутри тракта охлаждения, между продольными и П-образными ребрами под коллектором выполнена кольцевая радиальная проточка. The problem is achieved in that in the proposed nozzle of the chamber of a liquid propellant rocket engine containing the outer and inner shells forming a cooling path communicated with a collector located on the outer shell, longitudinal and U-shaped ribs located inside the cooling path, between the longitudinal and U- with shaped ribs under the collector an annular radial groove is made.

Целесообразно, чтобы ширина кольцевой радиальной проточки составляла величину не менее 0,4 ширины паза между продольными ребрами перед П-образными ребрами и не более ширины паза между П-образными ребрами на срезе сопла. It is advisable that the width of the annular radial groove is not less than 0.4 of the groove width between the longitudinal ribs in front of the U-shaped ribs and not more than the width of the groove between the U-shaped ribs on the nozzle exit.

Нижний предел указанного значения выбирается, исходя из того, что при дальнейшем его уменьшении происходит значительное возрастание гидравлического сопротивления тракта, снижается равномерность распределения охладителя по каналам, а при значении, равном 0, в каналах не обеспечивается перемешивание потоков охладителя, идущих по обе стороны ребра, что может привести к локальному перегреву охладителя в канале с последующим прогаром стенки оболочки. The lower limit of the specified value is selected based on the fact that with a further decrease in it, the hydraulic resistance of the duct increases significantly, the distribution of the cooler along the channels decreases, and when the value is 0, the channels do not mix the cooler flows on both sides of the rib, which can lead to local overheating of the cooler in the channel with subsequent burnout of the shell wall.

Верхний предел указанного соотношения выбирается, исходя из того, что при дальнейшем его возрастании происходит увеличение длины неподкрепленного участка, что приводит к потере работоспособности сопла. The upper limit of the specified ratio is selected based on the fact that with its further increase there is an increase in the length of the unsupported section, which leads to a loss in nozzle operability.

Сравнение предложенного технического решения с прототипом и другими известными техническими решениями в данной области техники показало, что данная совокупность признаков в предложенном сочетании неизвестна и применена впервые. Comparison of the proposed technical solution with the prototype and other known technical solutions in the art showed that this combination of features in the proposed combination is unknown and applied for the first time.

Проведенный сравнительный анализ предложенного технического решения с прототипом и другими известными техническими решениями в данной области показал, что данное техническое решение не следует явным образом из достигнутого уровня техники, не является очевидным для среднего специалиста в данной области промышленности и превосходит достигнутый уровень техники за счет того, что выполнение кольцевой радиальной канавки между продольными и П-образными ребрами позволяет обеспечить требуемую равномерность в распределении охладителя при сохранении увеличенной поверхности ребер, и соответственно, необходимой прочности сопла в зоне коллекторов. A comparative analysis of the proposed technical solution with the prototype and other known technical solutions in this field showed that this technical solution does not follow explicitly from the achieved level of technology, is not obvious to the average person skilled in the industry and exceeds the achieved level of technology due to the fact that the implementation of an annular radial groove between the longitudinal and U-shaped ribs allows you to provide the required uniformity in the distribution of the cooler at ohranenii increased surface edges, and accordingly, the necessary strength of the nozzle in the collector zone.

Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показан продольный разрез предложенного сопла, на фиг. 2 -вид А, на фиг.3 - вид Б, на фиг. 4 - вид В. На фиг.5 и 6 соответственно указан вид сверху Г в варианте, когда концы ребер расположены по центру перемычки П-образного профиля и в варианте, когда концы ребер смещены от центра перемычки П-образного профиля. The invention is illustrated by drawings, where in Fig.1 shows a longitudinal section of the proposed nozzle, in Fig. 2 — view A, in FIG. 3 — view B, in FIG. 4 is a view B. FIGS. 5 and 6 respectively show a top view of D in the embodiment where the ends of the ribs are located in the center of the bridge of the U-shaped profile and in the variant when the ends of the ribs are offset from the center of the bridge of the U-shaped profile.

Основными элементами предложенного сопла являются:
1 - внутренняя оболочка;
2 - продольные ребра;
3 - П-образные ребра;
4 - кольцевая радиальная проточка;
5 - дополнительные продольные ребра;
6 - наружная оболочка;
7 - тракт охлаждения;
8 - подводящий коллектор;
9 - отводящий коллектор;
10 - отверстия;
11 - отверстия.The main elements of the proposed nozzle are:
1 - inner shell;
2 - longitudinal ribs;
3 - U-shaped ribs;
4 - annular radial groove;
5 - additional longitudinal ribs;
6 - outer shell;
7 - cooling path;
8 - inlet collector;
9 - outlet manifold;
10 - holes;
11 - holes.

На внутренней оболочке 1 расположены продольные ребра 2 и П-образные ребра 3. Между продольными ребрами 2 и П-образными ребрами 3 выполнена кольцевая радиальная проточка 4. Между продольными ребрами 2 могут быть выполнены дополнительные продольные ребра 5, имеющие меньшую длину, чем ребра 2. На внутреннюю оболочку 1 одета наружная оболочка 6 и соединена с ней при помощи пайки по ребрам 2,5, образуя при этом тракт охлаждения 7. На наружной оболочке 6 установлены подводящий 8 и отводящий 9 коллекторы. Подводящий 8 и отводящий 9 коллекторы соединены с полостью тракта охлаждения 7 при помощи отверстий 10 и 11 соответственно, выполненных в наружной оболочке 6. On the inner shell 1 are longitudinal ribs 2 and U-shaped ribs 3. Between the longitudinal ribs 2 and U-shaped ribs 3 there is made an annular radial groove 4. Between the longitudinal ribs 2 can be made additional longitudinal ribs 5 having a shorter length than the ribs 2 The outer shell 6 is dressed on the inner shell 1 and is connected to it by soldering along the ribs 2.5, forming a cooling path 7. On the outer shell 6, a supply 8 and a discharge 9 collectors are installed. The inlet 8 and outlet 9 collectors are connected to the cavity of the cooling path 7 by means of holes 10 and 11, respectively, made in the outer shell 6.

Предложенное сопло работает следующим образом. The proposed nozzle works as follows.

Охладитель подается в подводящий коллектор 8 и по отверстиям 10, выполненным в наружной оболочке 6, подается внутрь П-образных ребер 3. Из П-образных ребер охладитель поступает к срезу сопла и по каналам снаружи П-образных ребер в виде отдельных изолированных струй пода тся к началу П-образных ребер. На выходе из каналов между П-образными ребрами 3 охладитель поступает в кольцевую радиальную проточку 4. В кольцевой радиальной проточке 4 отдельные изолированные струи охладителя перемешиваются между собой, перераспределяются по сечению проточки и поступают в каналы между ребрами 2, 5. Из указанных каналов охладитель по отверстиям 11 поступает внутрь отводящего коллектора 9 и из него отводится для дальнейшего использования. Работа устройства по варианту на фиг. 6 аналогична работе на фиг.5. The cooler is fed into the inlet manifold 8 and through the holes 10 made in the outer shell 6, it is fed into the U-shaped ribs 3. From the U-shaped ribs, the cooler enters the nozzle exit and through the channels outside the U-shaped ribs are fed as separate isolated jets to the beginning of the U-shaped ribs. At the outlet of the channels between the U-shaped ribs 3, the cooler enters the annular radial groove 4. In the annular radial groove 4, the individual isolated jets of the cooler are mixed together, redistributed along the cross section of the groove and enter the channels between the ribs 2, 5. From the indicated channels, the cooler holes 11 enters the outlet manifold 9 and is diverted from it for further use. The operation of the device according to the embodiment of FIG. 6 is similar to the operation in FIG.

Использование предложенного технического решения позволило повысить надежность работы сопла за счет уменьшения неравномерности распределения охладителя по пазам охлаждающего тракта. Using the proposed technical solution allowed to increase the reliability of the nozzle by reducing the uneven distribution of the cooler along the grooves of the cooling path.

Claims

1. The nozzle of the chamber of a liquid propellant rocket engine containing the outer and inner shells forming a cooling path communicated with a collector located on the outer shell, longitudinal and U-shaped ribs located inside the cooling path, characterized in that between the longitudinal and U-shaped ribs an annular radial groove is made.

2. The nozzle according to claim 1, characterized in that the groove width is not less than 0.4 of the groove width between the longitudinal ribs in front of the U-shaped ribs and not more than the groove width between the U-shaped ribs on the nozzle exit.

3. The nozzle according to claim 1, characterized in that the annular radial groove is located under the collector.