CN101737198A - 带收缩段气-气喷嘴 - Google Patents
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Abstract
带收缩段气-气喷嘴。在氧化剂通道中增加收缩段，带收缩段喷嘴包括：入口段(1)、收缩段(2)和喷嘴出口段(3)。使推进剂在燃烧室头部形成一定入口压降，降低氧化剂出口速度和燃料喷嘴压降，降低氧化剂出口速度，有利于推进剂在燃烧室内的燃烧和发动机供应系统的设计和提高推进剂燃烧效率。
Description
【技术领域】
本发明涉及液体火箭发动机喷嘴，尤其涉及一种氧化剂带收缩段的同轴剪切气-气喷嘴。
【背景技术】
喷嘴是液体火箭发动机中的重要部件，它的功能是将推进剂引入燃烧室，组织推进剂的燃烧，使混合物中燃料和氧化剂比例得当，组分沿燃烧室横截面分布均匀。
液体火箭发动机是推进剂为液体的发动机，但是，在某些种类的液体火箭发动机中，燃料和氧化剂在喷入燃烧室掺混燃烧之前已经转化为气态，因此需要对气-气喷嘴技术进行研究。比如在全流量补燃循环液体火箭发动机中，全部流量的液态推进剂先进入富氧预燃室和富燃预燃室初步燃烧，形成高温的富氧燃气和富燃燃气，然后两种燃气再进入主燃烧室继续掺混补燃，因此在全流量补燃循环发动机的主燃烧室中需要使用气-气喷嘴，即喷射的燃料和氧化剂均为气态的喷嘴。
当液态推进剂喷入燃烧室内时，推进剂液滴越小越有利于加快雾化和蒸发过程，提高燃烧效率。为使液体推进剂破碎成为直径小的液滴，需要液体推进剂以一定的速度喷射入燃烧室，需要氧喷嘴有较高的喷注压降，氧化剂喷嘴的压降通常取室压的15％至25％，而这会增加发动机供应系统的负担，提高发动机的密封和设计要求。
气体推进剂在燃烧室中只有掺混和燃烧过程，因此氧化剂可以取小的喷嘴速度，氧化剂喷射速度小，有利于增加氧化剂在燃烧室内的化学反应时间，使推进剂的燃烧效率升高。但是，若使用传统结构的同轴剪切喷嘴，当氧喷嘴出口速度过小时，导致氧化剂喷嘴压降过小，燃烧室的压力波动会传递至氧喷嘴头腔，影响发动机工作性能。
公知的是，在氧化剂喷嘴通道中增加收缩段，使氧化剂在收缩段有较高的流速，收缩段之后由于流通面积增大，使氧化剂流速降低。因此，在氧化剂喷嘴中增加收缩段，能使氧化剂在喷嘴进出口形成一定喷注压降，防止燃烧室压力波动传递至头腔；氧化剂出口处流速降低有利于提高燃烧效率。
【发明内容】
本发明创造性地提出了一种带收缩段的同轴剪切气-气喷嘴，采用在氧化剂通道中增加收缩段，使氧化剂在喷嘴进出口进剂一定压降，而氧化剂出口的流速较低，有利于推进剂的燃烧。
本发明带收缩段气-气喷嘴的结构如下所述。
带收缩段的气-气喷嘴，包括喷嘴入口短(1)、收缩段(2)和喷嘴出口段(3)。喷嘴入口段为圆柱状，其直径是收缩段直径的1.5至2倍；入口段长度5至10mm；收缩段与入口段采用锥形过渡，角度为90至120度。通过选定的氧化剂喷嘴压降和流量系数，由流量公式确定收缩段(2)的直径，收缩段长度设计为5至10mm；收缩段与喷嘴出口段采用锥形过渡，角度为30至90度。氧化剂出口段直径是收缩段直径的1.4至2倍。氧化出口的壁面厚度为0.5至1.5mm。氧化剂通道长度与直径的比值大于3；氧化剂内通道(4)与外壁面(5)的角度为直角，有利于推进剂在壁面出形成稳定的回流区，起到稳定燃烧火焰的作用。
本发明通过在氧化剂通道中增加收缩段，使推进剂形成一定压降，燃烧室压力波动传递入头腔；增大氧喷嘴出口面积，降低氧化剂出口速度，能提高推进剂的燃烧效率。本发明基于而不局限于液体火箭发动机，还可以用于其他涉及气-气喷注的装置或设备中
【附图说明】
图1是本发明带收缩段气-气喷嘴剖视图
【具体实施方式】
本发明首次提出带收缩段气-气喷嘴，能防止燃烧室压力波动传递入头腔，且使推进剂达到高的燃烧效率。提供了带收缩段气-气喷嘴及其设计方法，能保证推进剂能高效、稳定的燃烧，设计方法简单有效。
如图1所示的带收缩段气-气喷嘴，包括喷嘴入口短(1)、收缩段(2)、出口段(3)和燃料喷嘴(6)。喷嘴入口段为圆柱状，其面积是收缩段面积的1.5至2倍；入口段长度5至10mm；收缩段与入口段采用锥形过渡，角度为90至120度。通过选定的氧化剂喷嘴压降和流量系数，由流量公式确定收缩段(2)的直径，收缩段长度设计为5至10mm；收缩段与喷嘴出口段采用锥形过渡，角度为30至90度。氧化剂出口段直径是收缩段直径的1.4至2倍。出口段的壁面厚度为0.5至1.5mm。氧化剂通道长度与直径的比值大于3；氧化剂内通道(4)与外壁面(5)的角度为直角，有利于推进剂在壁面出形成稳定的回流区，起到稳定燃烧火焰的作用。根据面积公式确定外圈燃料喷嘴(6)的面积和直径。
Claims (5)
1.带收缩段气-气喷嘴，包括氧化剂喷射孔和燃烧环形喷射孔，其特征在于：氧化剂喷射孔分为3段：入口段(1)收缩段(2)和出口段(3)。
2.如权利要求1所述的带收缩段气-气喷嘴，其特征在于：收缩段(2)为圆柱状，其长度为5至10mm，直径通过流量公式确定。
3.如权利要求1或2所述的带收缩段气-气喷嘴，其特征在于：入口段(1)与收缩段(2)采用锥面过渡，过渡角度为90至120度，入口段(1)长度为5至10mm，其面积是收缩段面积的1.5至2倍。
4.如权利要求3所述的双同轴气-气喷嘴，其特征在于：氧化剂通道长度与直径的比值大于3，出口段与收缩段采用锥形过渡，角度为30至90度。出口段直径是收缩段直径的1.4至2倍。
5.如权利要求1-4任一权利要求所述的双同轴气-气喷嘴，其特征在于：出口段的壁面厚度为0.5至1.5mm出口段通道(4)与外端面(5)的角度为90度。
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2008
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