RU2770975C2 - Apparatus for laser ignition of fuel components in a combustion chamber or gas generator of a liquid rocket engine - Google Patents
Apparatus for laser ignition of fuel components in a combustion chamber or gas generator of a liquid rocket engine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2770975C2 RU2770975C2 RU2019119175A RU2019119175A RU2770975C2 RU 2770975 C2 RU2770975 C2 RU 2770975C2 RU 2019119175 A RU2019119175 A RU 2019119175A RU 2019119175 A RU2019119175 A RU 2019119175A RU 2770975 C2 RU2770975 C2 RU 2770975C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- mixing chamber
- cylindrical
- fuel components
- gas generator
- fuel
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02K—JET-PROPULSION PLANTS
- F02K9/00—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof
- F02K9/95—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof characterised by starting or ignition means or arrangements
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Lasers (AREA)
- Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области жидкостных ракетных двигателей (ЖРД), и может быть использовано для многократного запуска камер сгорания или газогенераторов, работающих на жидких компонентах топлива.The invention relates to the field of liquid propellant rocket engines (LRE) and can be used for repeated launch of combustion chambers or gas generators operating on liquid propellant components.
Одной из основных проблем, возникающих при разработке камер сгорания и газогенераторов ЖРД, работающего на жидких несамовоспламеняющихся компонентах топлива, является создание системы зажигания, обеспечивающей их надежный запуск и имеющий минимальные размеры и вес.One of the main problems that arise in the development of combustion chambers and gas generators of LRE operating on liquid non-self-igniting fuel components is the creation of an ignition system that ensures their reliable start and has minimal dimensions and weight.
Предшествующий уровень техникиPrior Art
Известен способ воспламенения компонентов топлива в ЖРД и устройство лазерного воспламенения для реализации этого способа, заключающегося в том, что в полости одной из форсунки многофорсуночной смесительной головки фокусированием одной или несколькими линзами лазерного луча осуществляется оптический пробой с воспламенением смеси компонентов топлива в этой полости форсунки и последующим воспламенением, всего расхода топлива, поступающего из смесительной головки, продуктами сгорания из форсунки (патент РФ №2580232, МПК: F02K 9/95 - прототип).A known method of igniting fuel components in a liquid-propellant rocket engine and a laser ignition device for implementing this method, which consists in the fact that in the cavity of one of the nozzles of a multi-injector mixing head, by focusing one or more lenses of the laser beam, an optical breakdown is carried out with ignition of the mixture of fuel components in this cavity of the nozzle and subsequent ignition, total fuel consumption from the mixing head, combustion products from the nozzle (RF patent No. 2580232, IPC:
Основным недостатком данного способа воспламенения компонентов топлива является необходимость установки фокусирующего устройства в полости смесительной головки, заполненной оптически прозрачным компонентом топлива.The main disadvantage of this method of igniting fuel components is the need to install a focusing device in the cavity of the mixing head filled with an optically transparent fuel component.
Другим недостатком является ненадежное крепление трубчатого узла фокусировки к наружному днищу смесительной головки (консольный вид крепления). Сильные вибрации, которые действуют при работе ЖРД, могут привести к поломке корпуса трубчатого узла фокусировки.Another disadvantage is the unreliable fastening of the tubular focusing unit to the outer bottom of the mixing head (cantilever type of fastening). Strong vibrations that occur during the operation of the LRE can lead to breakage of the body of the tubular focus assembly.
Задачей изобретения является устранение указанных недостатков и обеспечение надежного воспламенения жидких несамовоспламеняющихся компонентов топлива в камере сгорания или газогенераторе ЖРД.The objective of the invention is to eliminate these shortcomings and ensure reliable ignition of liquid non-self-igniting fuel components in the combustion chamber or gas generator of the rocket engine.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Решение указанной задачи достигается тем, что устройство лазерного воспламенения компонентов топлива в камере сгорания или газогенераторе жидкостного ракетного двигателя включает в себя узел фокусировки лазерного излучения, выполненный в виде трубки с фланцем на одном конце и фокусирующей линзой на другом конце, причем устройство содержит цилиндрический корпус со сквозным осевым каналом, при этом с одной стороны корпуса выполнен фланец, а с другой стороны к корпусу прикреплена цилиндрическая камера смешения, причем трубка узла фокусировки вставлена в сквозной осевой канал цилиндрического корпуса и герметично соединена с ним, кроме того, в корпусе выполнены каналы подвода окислителя и горючего в камеру смешения, цилиндрический корпус вместе с узлом фокусировки с помощью фланцев прикреплены к наружному днищу смесительной головки, а камера смешения через пилоны, закрепленные на цилиндрической поверхности камеры смешения, прикреплена к огневому днищу смесительной головки, а фокусировка лазерного луча выполнена таким образом, что оптический пробой осуществляется в заполненной смесью компонентов топлива внутренней полости цилиндрической камеры смешения.The solution to this problem is achieved by the fact that the device for laser ignition of fuel components in the combustion chamber or gas generator of a liquid-propellant rocket engine includes a laser radiation focusing unit made in the form of a tube with a flange at one end and a focusing lens at the other end, and the device contains a cylindrical body with a through axial channel, while a flange is made on one side of the body, and a cylindrical mixing chamber is attached to the body on the other side, and the tube of the focusing unit is inserted into the through axial channel of the cylindrical body and is hermetically connected to it, in addition, oxidizer supply channels are made in the body and fuel into the mixing chamber, the cylindrical body, together with the focusing unit, is attached to the outer bottom of the mixing head with the help of flanges, and the mixing chamber is attached to the firing bottom of the mixing head through pylons fixed on the cylindrical surface of the mixing chamber, and the focusing laser The black beam is designed in such a way that the optical breakdown is carried out in the internal cavity of the cylindrical mixing chamber filled with a mixture of fuel components.
Другими отличиями являются:Other differences are:
- подвод окислителя в камеру смешения осуществляется через тангенциальные отверстия, выполненные на наружной поверхности корпуса устройства и через кольцевой канал;- the oxidant is supplied to the mixing chamber through tangential holes made on the outer surface of the device body and through the annular channel;
- подвод горючего в камеру смешения осуществляется через радиальные отверстия, выполненные в патрубке, прикрепленному к наружной поверхности корпуса устройства через кольцевой канал, тангенциальные отверстия и кольцевой дополнительный канал.- fuel is supplied to the mixing chamber through radial holes made in the branch pipe attached to the outer surface of the device housing through an annular channel, tangential holes and an additional annular channel.
Предлагаемая конструкция устройства лазерного воспламенения компонентов топлива в камере сгорания или газогенераторе ЖРД, за счет своих отличительных признаков, обеспечивает решение поставленной технической задачи - обеспечение надежного воспламенения жидких несамовоспламеняющихся компонентов топлива в камере сгорания или газогенераторе ЖРД.The proposed design of the device for laser ignition of fuel components in the combustion chamber or LRE gas generator, due to its distinctive features, provides a solution to the set technical problem - ensuring reliable ignition of liquid non-self-igniting fuel components in the LRE combustion chamber or gas generator.
Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 показан продольный разрез газогенератора, на фиг. 2 - продольный разрез устройства.The essence of the invention is illustrated in the drawings, where in Fig. 1 shows a longitudinal section of the gas generator, FIG. 2 is a longitudinal section of the device.
Предлагаемое устройство может быть использовано в составе газогенератора ЖРД, имеющего следующую конструкцию.The proposed device can be used as part of a LRE gas generator having the following design.
Газогенератор состоит из смесительной головки 1 и корпус 2.The gas generator consists of a
Смесительная головка 1 газогенератора состоит из форсунок 3, расположенных равномерно по концентрическим окружностям, огневого днища 4, среднего днища 5 и наружного днища 6.The mixing
Корпус 2 газогенератора состоит из охлаждаемой окислителем проставки 7, которая формирует полость камеры 8 и сферического коллектора 9. На оси смесительной головки 1 газогенератора установлено устройство лазерного воспламенения компонентов топлива в камере сгорания или газогенераторе ЖРД 10, содержащее цилиндрический корпус 11 с фланцем 12, и сквозной осевой канал 13. На торце корпуса 11 установлена цилиндрическая камера смешения 14. Устройство также содержит узел фокусирования лазерного излучения 15, выполненный в виде трубки 16 с фланцем 17, трубка которого вставлена в сквозной осевой канал 13 корпуса 11. На торцевой поверхности фланца 17 установлен лазер 18.The
На внутренней поверхности камеры смешения 14 равномерно по окружности расположены тангенциальные отверстия 19, через которые осуществляется подвод окислителя в камеру смешения 14. В выходной части камеры смешения выполнены продольные пазы 20, находящиеся между пилонами 21. При этом между корпусом 11 и камерой смешения выполнен кольцевой канал 22, выходящий в камеру смешения 14.On the inner surface of the
На наружной поверхности корпуса 11 закреплен патрубок 23, в котором выполнены радиальные отверстия 24, через которые осуществляется подвод горючего в камеру смешения 14. При этом выход из отверстий 24 соединен с кольцевым каналом 25, который через тангенциальные отверстия 26 соединен с кольцевым дополнительным каналом 27, который соединен с камерой смешения 14.A
Узел фокусировки лазерного излучения 15 содержит фокусирующую линзу 28, закрепленную на торце трубки 16. При этом фокус 29 линзы 28 расположен в объеме камеры смешения.The focusing unit of
В предлагаемом устройстве корпус 11, узел фокусировки 15 через фланцы 12 и 17, герметично соединены с наружным днищем 6 смесительной головки 1 камеры 8.In the proposed device, the
Это позволяет исключить поломку узла фокусировки при высоких вибрациях и повысить надежность предлагаемого устройства. Кроме того, применение трубчатого фокусирующего узла на входе в камеру смешения позволяет защитить фокусирующую линзу от контакта с компонентами топлива, поступающие в камеру смешения.This makes it possible to exclude breakage of the focusing unit at high vibrations and to increase the reliability of the proposed device. In addition, the use of a tubular focusing assembly at the inlet to the mixing chamber makes it possible to protect the focusing lens from contact with the fuel components entering the mixing chamber.
Работа устройстваDevice operation
Горючее поступает в полость, образованную наружным днищем 6 и средним днищем 5 смесительной головки 1 и распределяется между форсунками 3 и устройством 10. Горючее поступает в устройство 10 через радиальные отверстия 24, кольцевой канал 25, тангенциальные отверстия 26 и затем направляется в дополнительный кольцевой канал 27, а из него горючее поступает в камеру смешения 14.The fuel enters the cavity formed by the
Окислитель поступает в коллектор 9 и распределяется между корпусом 2 и смесительной головкой 1 газогенератора.The oxidizer enters the
Из полости смесительной головки, образованной средним днищем 5 и огневым днищем 4, окислитель поступает в форсунки 3 и устройство 10. Большая часть окислителя, поступающего в устройство направляется через продольные пазы 20 в камеру сгорания 8, оставшаяся часть окислителя - через тангенциальные отверстия 19 поступает в полость камеры смешения 14.From the cavity of the mixing head formed by the
В полости камеры смешения 14 компоненты топлива смешиваются между собой. Лазерный луч, выходящий из лазера 18 и проходящий через узел фокусировки 15, фокусируется с помощью линзы 28, при этом фокус излучения 29, при этом фокус лазерного излучения находится в объеме камеры смешения. После этого включают лазер 18, в результате чего в камере смешения происходит оптический пробой с возникновением плазмы оптической искры, воспламеняющей топливную смесь. Образовавшиеся высокотемпературные продукты сгорания выходят из смесительной камеры и через продольные пазы вместе с кислородом поступают в камеру сгорания 8 газогенератора и производят воспламенение компонентов топлива в камере сгорания.In the cavity of the
Промышленное применениеIndustrial Application
Предложенное техническое решение найдет применение в ЖРД, работающих на несамовоспламеняющихся компонентах топлива, таких как жидкий кислород с керосином, и позволит обеспечить их надежное воспламенение в камере сгорания или газогенераторе ЖРД.The proposed technical solution will find application in LREs operating on non-self-igniting fuel components, such as liquid oxygen with kerosene, and will ensure their reliable ignition in the LRE combustion chamber or gas generator.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019119175A RU2770975C2 (en) | 2019-06-20 | 2019-06-20 | Apparatus for laser ignition of fuel components in a combustion chamber or gas generator of a liquid rocket engine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019119175A RU2770975C2 (en) | 2019-06-20 | 2019-06-20 | Apparatus for laser ignition of fuel components in a combustion chamber or gas generator of a liquid rocket engine |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2019119175A RU2019119175A (en) | 2020-12-21 |
RU2019119175A3 RU2019119175A3 (en) | 2022-02-15 |
RU2770975C2 true RU2770975C2 (en) | 2022-04-25 |
Family
ID=74062157
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019119175A RU2770975C2 (en) | 2019-06-20 | 2019-06-20 | Apparatus for laser ignition of fuel components in a combustion chamber or gas generator of a liquid rocket engine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2770975C2 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5109669A (en) * | 1989-09-28 | 1992-05-05 | Rockwell International Corporation | Passive self-contained auto ignition system |
RU2326263C1 (en) * | 2007-05-14 | 2008-06-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Исследовательский центр имени М.В. Келдыша" (ФГУП "Центр Келдыша") | Method of inflammation of fuel components in rocket engine combustion chamber and device realising this method (variants) |
RU2580232C1 (en) * | 2015-05-07 | 2016-04-10 | Акционерное общество "Конструкторское бюро химавтоматики" | Method of ignition of fuel components in liquid rocket engine and laser ignition device for realising said method |
WO2020196579A1 (en) * | 2019-03-28 | 2020-10-01 | 株式会社Ihi | Laser ignition device, space engine, and aircraft engine |
-
2019
- 2019-06-20 RU RU2019119175A patent/RU2770975C2/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5109669A (en) * | 1989-09-28 | 1992-05-05 | Rockwell International Corporation | Passive self-contained auto ignition system |
RU2326263C1 (en) * | 2007-05-14 | 2008-06-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Исследовательский центр имени М.В. Келдыша" (ФГУП "Центр Келдыша") | Method of inflammation of fuel components in rocket engine combustion chamber and device realising this method (variants) |
RU2580232C1 (en) * | 2015-05-07 | 2016-04-10 | Акционерное общество "Конструкторское бюро химавтоматики" | Method of ignition of fuel components in liquid rocket engine and laser ignition device for realising said method |
WO2020196579A1 (en) * | 2019-03-28 | 2020-10-01 | 株式会社Ihi | Laser ignition device, space engine, and aircraft engine |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
RU 246824. C1, 27.11.2012. * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2019119175A (en) | 2020-12-21 |
RU2019119175A3 (en) | 2022-02-15 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2326263C1 (en) | Method of inflammation of fuel components in rocket engine combustion chamber and device realising this method (variants) | |
US8616006B2 (en) | Advanced optics and optical access for laser ignition for gas turbines including aircraft engines | |
CA2478876C (en) | Air/fuel injection system with cold-plasma generation capability | |
EP4019838B1 (en) | Torch ignitor sytem for a combustor of a gas turbine engine and method of operating the same | |
RU2614754C1 (en) | Excitation of an additional laser for combustion stability | |
RU2527500C1 (en) | Device for laser ignition of fuel in gas generator of liquid propellant rocket engine | |
CN113309635B (en) | Multi-start igniter and method for solid-liquid hybrid engine | |
Rein et al. | Time-resolved in-situ absorption spectroscopy of a hydrocarbon-air rotating detonation engine using a fiber-coupled tunable laser system | |
RU2468240C1 (en) | Chamber of liquid-propellant rocket engine or gas generator with laser ignition device of fuel components, and its startup method | |
RU2770975C2 (en) | Apparatus for laser ignition of fuel components in a combustion chamber or gas generator of a liquid rocket engine | |
RU2339840C2 (en) | Method of igniting fuel mixture in engine combustion chamber and device to this effect | |
US20140238038A1 (en) | Gas turbine variable focus laser ignition | |
US20120000178A1 (en) | Systems involving fiber optic igniters | |
RU2383764C1 (en) | Solid propellant rocket engine | |
RU2451818C1 (en) | Laser device of fuel components ignition (versions) | |
RU2580232C1 (en) | Method of ignition of fuel components in liquid rocket engine and laser ignition device for realising said method | |
RU2533262C1 (en) | Device for fuel laser ignition in liquid-propellant rocket engine combustion chamber | |
RU2674090C1 (en) | Combustion chamber of gas turbine engine, ignition system of chamber for combustion of gas turbine engine and method for igniting combustion chamber of gas turbine engine | |
RU2672986C2 (en) | Two-zone gas generator with the fuel components laser ignition | |
RU2691704C1 (en) | Method of igniting fuel components in liquid-propellent rocket engine | |
RU2406863C1 (en) | Method of multiple laser ignition of rocket fuel mixtures and device for its implementation | |
RU85620U1 (en) | DEVICE OF MULTIPLE LASER IGNITION OF ROCKET FUEL FUEL MIXTURES | |
RU2555021C1 (en) | Chamber of liquid-propellant engine or gas generator | |
KR20200028324A (en) | Propulsion device of liquid propellant rocket engine | |
RU2623610C1 (en) | Hydrogen-oxygen low thrust engine |