RU2793869C1 - Камера жидкостного ракетного двигателя (жрд) с неохлаждаемым насадком - Google Patents
Камера жидкостного ракетного двигателя (жрд) с неохлаждаемым насадком Download PDFInfo
- Publication number
- RU2793869C1 RU2793869C1 RU2022111597A RU2022111597A RU2793869C1 RU 2793869 C1 RU2793869 C1 RU 2793869C1 RU 2022111597 A RU2022111597 A RU 2022111597A RU 2022111597 A RU2022111597 A RU 2022111597A RU 2793869 C1 RU2793869 C1 RU 2793869C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cccm
- carbon
- panels
- nozzle
- power
- Prior art date
Links
- 239000007788 liquid Substances 0.000 title abstract description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 9
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims abstract description 6
- CREMABGTGYGIQB-UHFFFAOYSA-N carbon carbon Chemical compound C.C CREMABGTGYGIQB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 239000011203 carbon fibre reinforced carbon Substances 0.000 claims abstract description 5
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 claims abstract description 4
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 claims abstract description 4
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims abstract description 4
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 3
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 3
- 238000003466 welding Methods 0.000 claims abstract description 3
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims abstract description 3
- 239000003380 propellant Substances 0.000 claims description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 6
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 2
- 241001183351 Sisymbrium volgense Species 0.000 description 1
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000005087 graphitization Methods 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Изобретение относится к жидкостным ракетным двигателям (ЖРД). Камера ЖРД с неохлаждаемым насадком из углерод-углеродного композитного материала (УУКМ), содержащая охлаждаемую часть с каналами охлаждения и неохлаждаемый насадок из УУКМ или углерод-керамического композитного материала (УККМ), согласно изобретению насадок из УУКМ выполнен из панелей, имеющих внутренний профиль камеры, соединенных по торцу между собой в замок с прокладкой из терморасширенного графита, а на наружных поверхностях панелей в упор с уступом установлены из УУКМ силовые бандажи, закрепленные между собой фланцевыми соединениями, и соединение панелей с охлаждаемой частью сопла обеспечивается разъемной накладкой с помощью сварки. Силовые бандажи представляют собой намотку нитей из углеродного волокна. По всей наружной поверхности панелей нанесен силовой слой углеродной нити. Изобретение обеспечивает улучшение энергетических и массовых характеристик. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.
Description
В настоящее время к разрабатываемым жидкостным ракетным двигателям предъявляются предельно высокие требования по экономичности и массовым характеристикам.
Обеспечение высокой экономичности требует выполнение сверхзвуковой части сопла с высокой степенью расширения (отношение площади выходного сечения сопла к площади критического сечения) порядка ~250 и выше. В результате выходное сечение сопла может достигать двух и более метров.
Для улучшения массовых характеристик используются неохлаждаемые насадки из углерод-углеродных композиционных материалов (УУКМ) и углерод-керамических композиционных материалов (УККМ). Они обладают высокими физико-механическими свойствами, низким удельным весом ~1,4÷1,7 г/см3 и способностью сохранять работоспособность при высоких температурах порядка 2000 К и выше.
Насадок из углерод-углеродного композиционного материала с большой степенью расширения используется в американском двигателе RL-10(принятый за прототип), величина выходного сечения сопла которого составляет ~2,2 м.
Получение уникальных физико-механических свойств насадком из УУКМ или УККМ больших размеров требует колоссальных материальных затрат.
Необходимо иметь дорогостоящее крупногабаритное оборудование и выполнить очень трудоемкую и затратную технологию изготовления:
- получение 2D или 3D-каркаса из плетеных углеродных волокон;
- обеспечение пропитки каркаса горячим пеком;
- выполнение карбонизации под давлением в газостате при Т≈530°С;
- выполнение графитизации при температуре 2000-2800°С в течение 15-20 часов, для чего требуются колоссальные затраты электроэнергии.
Кроме того, требуется большое количество механической, термической обработки и выполнение контрольных операций.
Из-за большой трудоемкости, длительности изготовления и колоссальных материальных затрат, сравнимых с изготовлением самого двигателя, крупногабаритные неохлаждаемые насадки не нашли применения в российских ЖРД.
Поставленная задача внедрения крупногабаритных насадков из УУКМ в ЖРД достигается тем, что камера жидкостного ракетного двигателя (ЖРД) с неохлаждаемым насадком, содержащая охлаждаемую часть с каналами охлаждения и неохлаждаемый насадок из углерод-углеродных композиционных материалов (УУКМ) или углерод-керамических композиционных материала (УУКМ), согласно изложению, насадок из УУКМ или УККМ выполнен из панелей, имеющих внутренний профиль камеры, соединенных по торцу между собой в замок с прокладкой из терморасширенного графита, а на наружных поверхностях панелей в упор с уступом установлены из УУКМ силовые бандажи, закрепленные между собой фланцевыми соединениями, и соединение панелей с охлаждаемой частью сопла обеспечивается разъемной накладкой с помощью сварки, согласно изложению:
- силовые бандажи представляют собой намотку нитей из углеродного волокна;
- по всей наружной поверхности панелей нанесен силовой слой углеродной нити.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется схемами, показанными на фиг.1, 2, 3, 4, 5.
На фиг.1 показана охлаждаемая часть камеры 1, соединенная с панелями насадка 2 с помощью накладки 4, где силовые бандажи 5 закрепляют панели.
На фиг.2 показана охлаждаемая часть камеры 1 и панели из УУКМ или УККМ 2, образующие неохлаждаемый насадок.
На фиг.3 показано соединение панелей 2 между собой в замок 6 с использованием прокладки из терморасширенного графита 7.
На фиг.4 показано фланцевое соединение 8 силовых бандажей 5, закрепляющих панели 2.
На фиг.5 показано изометрическое изображение панели 2 с ребрами для упора 9 бандажей 5, где 10 - канавка для укладки терморасширенного графита.
Камера работает следующим образом. По соответствующей команде компоненты топлива подаются в камеру, и происходит их воспламенение. Образуется процесс сгорания топлива. Продукты сгорания из камеры сгорания поступают в сверхзвуковую часть сопла. Пройдя охлаждаемую часть сопла, они обтекают неохлаждаемый насадок с давлением на стенках, как правило, на входе 0,5÷0,45 кгс/см2 и на выходе 0,2÷0,18 кгс/см2.
При этом от действия распределенного давления на стенку насадка будет действовать общее усилие на силовые бандажи ~50÷56 т., которые без особых напряжений воспринимаются, например, 4 силовыми бандажами. По торцу панелей в замке с прокладкой из терморасширенного графита реализуется герметичность стыка, работоспособность которого обеспечивается наличием силовых бандажей.
Использование предложенного технического решения позволяет обеспечить предельно высокие энергетические и массовые характеристики при большом снижении трудоемкости изготовления, времени изготовления и уменьшении в 40-50 раз материальных затрат на изготовление сверхзвуковых насадков больших размеров.
Claims (3)
1. Камера жидкостного ракетного двигателя (ЖРД) с неохлаждаемым насадком, содержащая охлаждаемую часть с каналами охлаждения и неохлаждаемый насадок из углерод-углеродных композиционных материалов (УУКМ) или углерод-керамических композиционных материалов (УККМ), отличающаяся тем, что насадок из УУКМ или УККМ выполнен из панелей, имеющих внутренний профиль камеры, соединенных по торцу между собой в замок с прокладкой из терморасширенного графита, а на наружных поверхностях панелей в упор с уступом установлены из УУКМ силовые бандажи, закрепленные между собой фланцевыми соединениями, и соединение панелей с охлаждаемой частью сопла обеспечивается разъемной накладкой с помощью сварки.
2. Камера ЖРД по п. 1, отличающаяся тем, что силовые бандажи представляют собой намотку нитей из углеродного волокна.
3. Камера ЖРД по п. 1, отличающаяся тем, что по всей наружной поверхности панелей нанесен силовой слой углеродной нити.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2793869C1 true RU2793869C1 (ru) | 2023-04-07 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2266424C2 (ru) * | 2003-06-06 | 2005-12-20 | Открытое акционерное общество Научно-производственное объединение "Искра" | Сопло ракетного двигателя |
| EP2454466A1 (fr) * | 2009-07-17 | 2012-05-23 | Snecma | Moteur-fusee a ergols cryotechniques |
| RU2626617C1 (ru) * | 2016-05-11 | 2017-07-31 | Акционерное общество "Конструкторское бюро химавтоматики" | Жидкостный ракетный двигатель для первой ступени ракетоносителя |
| RU2657400C1 (ru) * | 2017-07-10 | 2018-06-13 | Акционерное общество "Конструкторское бюро химавтоматики" | Жидкостный ракетный двигатель с насадком из углерод-углеродного композиционного материала (уукм) |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2266424C2 (ru) * | 2003-06-06 | 2005-12-20 | Открытое акционерное общество Научно-производственное объединение "Искра" | Сопло ракетного двигателя |
| EP2454466A1 (fr) * | 2009-07-17 | 2012-05-23 | Snecma | Moteur-fusee a ergols cryotechniques |
| EP2454465A1 (fr) * | 2009-07-17 | 2012-05-23 | Snecma | Moteur-fusee a ergols cryotechniques |
| RU2626617C1 (ru) * | 2016-05-11 | 2017-07-31 | Акционерное общество "Конструкторское бюро химавтоматики" | Жидкостный ракетный двигатель для первой ступени ракетоносителя |
| RU2657400C1 (ru) * | 2017-07-10 | 2018-06-13 | Акционерное общество "Конструкторское бюро химавтоматики" | Жидкостный ракетный двигатель с насадком из углерод-углеродного композиционного материала (уукм) |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CA2659980C (en) | A gas turbine combustion chamber having inner and outer walls subdivided into sectors | |
| US8771604B2 (en) | Gasifier liner | |
| EP1869145B1 (en) | Process and device for gasifying and quenching with a CMC liner adapted to form a protective slag layer | |
| CA2605858C (en) | Dump cooled gasifier | |
| KR20090105880A (ko) | 세라믹 매트릭스 복합재료로 제작되고 섹터로 분할된 가스터빈용 연소챔버 | |
| RU2793869C1 (ru) | Камера жидкостного ракетного двигателя (жрд) с неохлаждаемым насадком | |
| US11904290B2 (en) | Device comprising a pressure-bearing device shell and an interior scaffolding system | |
| CA1231240A (en) | Varying thickness thermal barrier for combustion turbine baskets | |
| RU2258150C1 (ru) | Камера сгорания для прямоточного воздушно-реактивного двигателя и прямоточный воздушно-реактивный двигатель, содержащий такую камеру сгорания | |
| US3372735A (en) | Rotary heat-exchangers and hot-gas engines | |
| US6920836B2 (en) | Regeneratively cooled synthesis gas generator | |
| US11268698B2 (en) | Combustor and gas turbine including the same | |
| RU2118685C1 (ru) | Однокомпонентный жидкостный ракетный двигатель | |
| EP2949730B1 (en) | Feed injector system | |
| US20170030582A1 (en) | Combustor for a gas turbine engine | |
| Bouquet et al. | Composite technologies development status for scramjet | |
| KR101067692B1 (ko) | 메탈 벨로우즈 고열 실링장치 | |
| US20200032703A1 (en) | Supercritical water generator and reactor | |
| RU2774753C1 (ru) | Камера жрд со сверхзвуковой частью сопла из алюминиевого сплава | |
| RU2345240C1 (ru) | Узел крепления неохлаждаемого насадка | |
| Baker et al. | Low cost, low erosion throat material for solid rocket motors | |
| RU2728279C1 (ru) | Охлаждаемая стенка реактора высокотемпературных процессов | |
| CN113564751B (zh) | 碳化炉密封腔结构 | |
| RU2065122C1 (ru) | Устройство для забора высокотемпературных топочных газов | |
| Takegoshi et al. | Evaluation of Metallic-tube-cooled C/C Composite Structure by Rocket Combustor |