Основные агрегаты и узлы двигателя

Камера двигателя (основная)

Камера двигателя (КД) – основной силовой элемент двигателя, создающий тягу, в котором химическая энергия топлива преобразуется в кинетическую энергию истекающей струи. Как известно, тяга ЖРД – реактивная сила, создаваемая КД, т.е. это равнодействующая гидрогазодинамических сил, действующих на внутренние поверхности камеры при истечении из нее вещества и сил давления окружающей среды, действующей на её внешние поверхности, за исключением сил внешнего аэродинамического сопротивления.

КД представляет собой паяно-сварную неразъемную конструкцию и состоит из цилиндрической камеры сгорания с плоской форсуночной головкой, докритической и закритической части сопла.

Форсуночная головка обеспечивает требуемое распределение компонентов топлива по сечению. На форсуночной головке (рис. 4) установлены 277 двухкомпонентных тангенциальных центробежных форсунок открытого типа с внутренним смешением и 60 однокомпонентных центробежных форсунок горючего «Г» в периферийном ряду.

Двухкомпонентные центробежные форсунки (рис. 3)  подают компоненты топлива в соотноше­нии, обеспечивающем высокий удельный импульс двигателя, при этом темпера­тура газа в ядре потока КС составляет порядка 3500 К. Во избежание перегрева стенок КС недо­пустимо, чтобы они омывались газами такой температуры. Поэтому по периферии форсуночной головки установлен внешний ряд однокомпонентных форсунок горючего, который создает пристеночный слой с избытком восстановительных элементов, температура которого значительно ниже, чем в ядре потока.

Рис. 3. Двухкомпонентные центробежные форсунки

Рис.4. Форсуночная головка: 1 — днище среднее; 2 — фланец с патрубком подвода окислителя; 3 — перегородки соединительные; 4 — секции на­ружного сферического днища; 5 — форсунка двухкомпонентная; 6 — форсунка однокомпонентная; 7 — днище внутреннее; 8 — силовое кольцо головки; 9 — втулки; 10 — штифт

В центробежной форсунке жидкость подается через тангенциальный входной канал поэтому момент количества движения струи жидкости на входе в форсунку относительно оси сопла не равен нулю, и жидкость течет по форсунке вращаясь. На выходе из сопла струя преобразуется в коническую пленку, которая дальше распадается на капли.

В КС установлены двухкомпонентные тангенциальные центробежные форсунки с внутренним смешением компонентов (рис. 3). Форсунки этого типа состоят из двух центробежных форсунок окислителя и горючего, связанных конструктивно в один смесительный элемент. Окислитель «О» поступает в форсунку через четыре тангенциальных отверстия, горючее через три (рис. 3). Особенностью является то, что сопло внутренней форсунки (окислителя) углублено относительно сопла внешней форсунки (горючего) настолько, что обеспечивается устойчивое взаимодействие компонентов на внутренней поверхности сопла внешней форсунки.

Все двухкомпонентные форсунки одинаковы по конструкции и расположены равномерно по девяти концентрическим окружностям (плюс одна форсунка в центре головки). Двухкомпонентные форсунки по точности изготовления (по расходу через них) разбиты на девять классов – для каждой из полостей «Г» и «О» устанавливаются по три градации расхода (размеров). Форсунки различных классов достаточно равномерно распределяются по площади головки. Такая компоновка головки позволила получить стабильные характеристики системы смесеобразования и явилась достаточно эффективным методом подавления высокочастотных пульсаций давления в КС.

Все форсунки припаяны к плоским внутреннему 7 (рис. 4) и среднему 1 днищам, между которыми находится полость горючего.

Полость окислителя образована средним днищем 1 и наружным сферическим днищем 4. Для увеличения прочности между средним 1 и наружным 4 днищами установлены две кольцевые перегородки 3 с отверстиями для прохода окислителя.

В КД применяется два варианта конструктивного исполнения охлаждающих трактов. Наименее теплонапряженные места КД, а именно цилиндрическая КС (1, рис.5), начальный участок докритической части сопла и второй участок расширяющейся части сопла (3, рис.5) состоят из двух оболочек – гладкой внутренней (огневой) и наруж­ной, соединенных между собой через гофрированную проставку посред­ством пайки.

Наиболее теплонапряженный участок КД – район критического сечения сопла (2, рис.5). Для его охлаждения используется каналы, образованные фрезерованием огневой стенки КД. По вершинам ребер стенка припаивается к наружной оболочке камеры.

Рис. 5. Схема охлаждения КД

Для уменьшения габаритов двигателя подвод горючего осуществляется на некотором удалении от среза сопла. При этом на входе в охлаждающий тракт горючее делится на два потока (рис 5). Один поток по каналам между рубашкой и гофрированной проставкой направляется в сторону форсуночной головки, второй по таким же каналам доходит до среза сопла и возвращается обратно по каналам, образованным гофрированной проставкой и огневой стенкой. В месте стыка гофрированных проставок оба потока соединяются и продолжают движение в сторону форсуночной головки.

Таблица 3.