CN101738326B - 气-气单喷嘴试验装置 - Google Patents
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Abstract
气-气单喷嘴试验装置。气-气喷注器试验研究的装置，包括氧化剂腔(4)、燃料腔(8)、氧化剂喷嘴(3)、燃料喷嘴(7)、密封件(5)和拆卸装置。能使方便气-气喷嘴的试验研究，节省实验经费和试验时间。氧化剂腔和燃料腔分别用于存储氧化剂和燃料，燃料喷嘴和燃料腔使用过盈配合，氧化剂喷嘴与燃料喷嘴也使用过盈配合，能保证试验时喷嘴的同轴度。氧化剂喷嘴和燃料喷嘴为可更换结构，能使用同一套氧化剂腔和燃料腔，而更换不同的喷嘴。
Description
【技术领域】
气-气单喷嘴试验装置，本发明是以气体为推进剂的液体火箭发动机单喷嘴试验装置。主要应用于液体火箭发动机的预燃室和主推力室单喷嘴试验。
【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。
通过试验对气-气喷嘴进行研究，是气-气喷注器技术的主要手段，气-气单喷嘴头部设计，对气-气喷嘴的研究有重要作用，合理的设计能方便试验研究，节省试验经费。本发明所提出的单喷嘴头部设计，将喷嘴设计为可更换形式，使用同一件氧化剂腔和一件燃料腔，更换不同的喷嘴，能方便喷嘴的安装和拆卸，结构简单，可操作性强。
【发明内容】
本发明设计出可更换喷嘴的单喷嘴试验装置。该装置包括：氧化剂腔、燃料腔、燃料喷嘴、氧化剂喷嘴、密封件和拆卸装置。
氧化剂腔和燃料腔用于存储管道中的氧化剂和燃料，容腔设计面积大于喷嘴面积的3倍，以减少喷嘴的压力损失。燃料喷嘴和燃料腔使用过盈配合，防止喷嘴安装倾斜；氧化剂喷嘴与燃料喷嘴使用过盈配合，保证燃料喷嘴与氧化剂喷嘴的同轴度。本发明中的燃料喷嘴和氧化剂设计为可更换形式，而不用更换燃料腔和氧化剂腔。本发明中的试验装置结构简单，加工工艺容易实现，能方面气-气喷嘴的试验研究和节省实验经费。
【附图说明】
图1是本发明带气-气单喷嘴试验装置剖视图
图2是本发明带气-气单喷嘴试验装置拆卸剖视图
【具体实施方式】
本发明设计出可更换喷嘴的单喷嘴试验装置。该装置包括：氧化剂腔(4)、燃料腔(8)、燃料喷嘴(7)、氧化剂喷嘴(3)、密封件(5)和拆卸装置。
气-气喷嘴试验装置使用不锈钢为材料，分别见图1。将氧化剂腔中心加工成容腔，通过进口(1)将气体氧化剂引入容腔(2)。容腔(2)截面积应大于氧化剂喷嘴出口面积的2倍，以降低氧化剂流动带来的压力损失。氧化剂腔的下底面设计有密封件安装环，密封圈可选用膨胀石墨或硅胶圈。根据所选用密封圈的要求设计密封槽深度，本发明中密封环深度为5mm。氧化剂喷嘴连接于氧化剂腔下端面，使氧化剂腔的容腔正对氧化剂喷嘴，氧化剂腔下端面与氧化剂喷嘴之间设置有密封件。燃料喷嘴套接于氧化剂喷嘴外侧。燃料由两个燃料进口(6)引入燃料容腔。燃料腔上设计有与燃料喷嘴配合的圆柱面(14)。该圆柱面(14)与燃料喷嘴的圆柱面(13)使用过盈配合，能保证燃料腔和燃料喷嘴的同轴度，要求配合紧度为0.02至0.05mm。燃料腔上端面和底部出口前设计有安放密封圈的密封槽和密封凸台。
燃料喷嘴(7)采用杯状结构，在燃料喷嘴上端设计有密封凸台，与燃料腔配合的圆柱段(13)设计长度大于5mm，保证有足够的紧配合长度。在燃料喷嘴中部，设计有燃料进气小孔(11)，燃料通过小孔引入燃料喷嘴通道(10)。小孔总面积必须大于燃料喷嘴喷注面积的3倍，以降低燃料的压力损失。燃料喷嘴(7)下部设计有密封凸台，与燃料腔的密封槽之间设置有密封件，与燃料腔的密封槽(9)配合，防止燃烧室的燃气回流到燃料腔。燃料喷嘴的下部的必须使用耐高温材料密封圈。燃料喷嘴上部的内圆(12)与氧喷嘴的配合面(15)，配合方式为过盈配合，紧度为0至0.03mm，保证燃料喷嘴和氧喷嘴的同轴度。内圆与上端面有垂直度要求。
氧化剂喷嘴(3)上端面设计有密封凸台和密封槽，与氧化剂腔之间设置有密封件，用于与氧化剂腔(4)和燃料喷嘴(7)配合，形成密封面。中间位置的外圆(15)与燃料喷嘴的内圆(12)形成过盈配合，保证氧喷嘴同轴度。氧喷嘴上部的外圆(17)直径小于燃料喷嘴的外圆直径(16)，本发明中氧喷嘴外圆直径(17)小于燃料喷嘴外圆(16)直径4至6mm；氧喷嘴入口的上部设计有螺纹(18)，且螺纹的名义直径大于氧喷嘴直径的1.4倍。使用细牙螺纹，螺纹孔深度为10mm左右。螺纹孔的作用是与拆卸装置中的螺栓配合，方便将与燃料喷嘴配合的氧喷嘴拔出。氧喷嘴使用流量公式计算氧喷嘴流通直径。
图2是气-气喷嘴拆卸示意图，拆卸装置由螺栓(1)、螺帽(2)、垫片和拆卸主件(4)组成。拆卸时，螺栓穿过螺帽(1)、拆卸主件(4)与氧化剂喷嘴(3)内壁连接，主件与燃料喷嘴通过接触面(5)固定住燃料喷嘴，拧螺帽(2)使氧化剂喷嘴向上移动，将燃料喷嘴拆出氧化剂喷嘴。燃料喷嘴可通过从底部敲打出燃料腔。
Claims (6)
1.气-气单喷嘴试验装置，由氧化剂腔、燃料腔、氧化剂喷嘴、燃料喷嘴、密封件和拆卸装置组成，其特征在于：氧化剂腔中心加工成容腔，通过进口将气体氧化剂引入容腔，氧化剂喷嘴连接于氧化剂腔的下端面，使氧化剂腔的容腔正对氧化剂喷嘴，氧化剂腔下端面与氧化剂喷嘴之间设置有密封件；燃料喷嘴套接于氧化剂喷嘴外侧，燃料喷嘴中部有进气小孔，燃料通过小孔进入燃料通道，燃料喷嘴的下部设计有密封凸台，与燃料腔的密封槽之间设置有密封件；氧化剂喷嘴上端面设计有密封凸台和密封槽，与氧化剂腔之间设置有密封件；所述的拆卸装置由螺栓、螺帽和拆卸主件组成，拆卸时，螺栓穿过螺帽、拆卸主件与氧化剂喷嘴内壁连接，拆卸主件与燃料喷嘴通过接触面固定住燃料喷嘴，拧螺帽使氧化剂喷嘴向上移动，拆出氧化剂喷嘴，将氧化剂喷嘴和燃料喷嘴设计为可更换结构。
2.根据权利要求1所述的气-气单喷嘴试验装置，其特征在于：燃料喷嘴与燃料腔采用分体加工。
3.根据权利要求1或2所述的气-气单喷嘴试验装置，其特征在于：燃料喷嘴与氧化剂喷嘴的配合为过盈配合，能保证燃料喷嘴与氧化剂喷嘴的同轴度。
4.根据权利要求1所述的气-气单喷嘴试验装置，其特征在于：燃料喷嘴与燃料腔的配合为过盈配合，保证燃料喷嘴与燃料腔的同轴度。
5.根据权利要求1所述的气-气单喷嘴试验装置，其特征在于：氧化剂腔和燃料截面流通面积分别是氧化剂喷嘴和燃料喷嘴面积的3倍以上。
6.根据权利要求1或2或4或5中任意一项所述的气-气单喷嘴试验装置，其特征在于：氧化剂喷嘴入口处设计有螺纹，方便螺栓的拆卸。
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