CN101782028A - 全流量补燃循环发动机气氢气氧富燃预燃室 - Google Patents
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Abstract
气氢气氧富燃预燃室，用于全流量补燃循环发动机系统，属于火箭发动机结构设计领域。包括点火管1、氧头腔2、氧喷嘴部件3、氢喷嘴部件4、氢腔5、堵头6或点火管(6)、连接段7、身部8、螺纹法兰9、收敛段10。该预燃室采用燃烧氢气和氧气的氢氧气动谐振点火器，氧气和氢气分别由点氧路和点氢路供应。点火器有三种安装位置，从而构成了三种点火方案：一、头部点火；二、身部前段点火；三、身部后段点火。三种点火方案，均可构造氢-氧-氢的燃烧模式，利于推进剂的掺混燃烧。氧喷嘴部件3和氢喷嘴部件4均可拆卸，可更换，可满足不同流量要求。整个预燃室的长度可变，通过增加身部8的数量或增大身部8的尺寸进行调整。螺纹法兰的采用，有利于节约材料、减轻重量。预燃室整体结构方案，利于进行点火方案、氢-氧-氢燃烧模式以及扰流环对燃气均匀性影响等问题的深入研究。
Description
【技术领域】
本发明涉及一种用于全流量补燃循环发动机系统的气氢气氧富燃预燃室方案设计，属于火箭发动机结构设计领域。
【背景技术】
全流量补燃循环系统是一种新型的火箭发动机循环系统，是目前具有最高燃烧性能的分级燃烧技术，是液体火箭发动机技术的重要发展方向之一。在全流量补燃循环发动机系统中，由于其所有推进剂都将进入富燃预燃室和富氧预燃室燃烧，因此，它的富燃预燃室混合比很低。在如此低的混合比情况下，推进剂的掺混和燃烧是个大问题。
全流量补燃循环发动机其富燃预燃室，混合比远偏离当量混合比，在如此低的混合比下推进剂的点燃有一定的困难。目前在解决低混合比推进剂的点燃问题上，通常是在预燃室内创造一富氧或接近当量混合比的燃烧区，首先保证此主燃烧区点燃，由此区域来引燃其它区域的推进剂。此类主燃烧区的构建是在喷注面板上打很多喷注孔或者采用多喷嘴构型，中心区域喷注氧化剂，周围喷注燃料。如文献L.Schoenman，《(Fuel/Oxidizer-Rich High-Pressure Preburners》NASA 3-21753，1981所述，预燃室头部采用了多喷注孔的喷射模式，但是喷注孔排布不合理时，出现了喷注面板局部热载过大，个别情况下喷注面板局部烧蚀严重甚至预燃室整个头部都被烧掉。
传统的预燃室设计在部件的连接上往往采用焊接的方式，虽然能保证部件之间的密封性以及结构的强度要求，但是焊接时容易积存应力，在冷却之后出现变形，如喷注面板的变形问题。解决积存应力引起的变形问题，通常采用加大预燃室部件厚度的方式，这种做法必然造成预燃室重量的加大。需要指出的是，采用焊接方式，预然室各部件不可拆卸，不可更换，只能适用单一工况，不能满足不同流量的要求，不利于研究工作的开展。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种结构相对简单、点火方案可靠、部件可更换的气氢气氧富燃预燃室。
此气氢气氧富燃预燃室，包括点火管1、氧头腔2、氧喷嘴部件3、氢喷嘴部件4、氢腔5、堵头6或点火管(6)、连接段7、身部8、螺纹法兰9、收敛段10。该预燃室采用氢氧气动谐振点火器，点火器燃烧气体为氢气和氧气，分别从点氧路和点氢路供应，有三种点火方案：一、头部点火；二、身部前段点火；三、身部后段点火。
头部点火方案，点火管1安装于氧头腔中轴线上，外接氢氧气动谐振点火器，点火成功后，关闭点氧路，点氢路保持通氢状态，此时构成氢-氧-氢的燃烧模式。身部前端点火方案，点火管1接氢管路，点火管(6)取代堵头6安装于连接段7上，点火管(6)外接氢氧谐振点火器，此时依然构成氢-氧-氢的燃烧模式。身部后段点火方案，实际上是头部结构不变，将连接段后移至身部8与收敛段10之间，此处，推进剂混合较为均匀，更利于点火。
本发明的气氢气氧富燃预燃室具有的优点和积极效果在于：(1)三种点火方案，都构成了氢-氧-氢的燃烧模式，此燃烧模式利于推进剂的掺混燃烧；(2)氧喷嘴部件3和氢喷嘴部件4均可拆卸，可更换，可满足不同流量要求；(3)整个预燃室的长度可变，通过增加身部8的数量或增大身部8的尺寸进行调整；(4)螺纹法兰的采用，有利于节约材料、减轻重量；(5)预燃室整体方案，利于进行点火方案、氢-氧-氢燃烧模式以及扰流环对燃气均匀性影响等问题的深入研究。
【附图说明】
图1是富燃预燃室头部点火方案结构图
图2是富燃预燃室身部点火方案结构图
图3是富燃预燃室氧喷嘴部件、点火管与氢喷嘴部件的配合图
【具体实施方式】
下面结合附图来进一步说明本发明。
气氢气氧富燃预燃室采用了氢氧气动谐振点火器，点火器有点氢路和点氧路之分，分别通氢气和氧气，通过螺纹与富燃预燃室连接，内接点火管。
当采用头部点火时，堵头6安装于连接段7上起到密封作用，点火器点火成功后，关闭点火器点氧路的氧气供应，点氢路继续通氢，点火器转换为氢气喷注器。此时，点火管1喷氢与氧喷嘴部件3喷氧以及氢喷嘴部件4喷氢共同构成了氢-氧-氢的燃烧模式。
当采用身部前端点火方案时，点火管(6)取代堵头6的位置，点火成功后，点火器点氢路和点氧路的气源供应全部中断，而头部原本用于安装点火器的进口位置通过连接件连接氢分支管路通氢气，此时，点火管1喷氢与氧喷嘴部件3喷氧以及氢喷嘴部件4喷氢共同构成了氢-氧-氢的燃烧模式。
采用身部后段点火方案，实际上是头部结构不变，将连接段7整体后移至身部8与收敛段10之间，其他部件工作模式同采用身部前段点火方案。
氧喷嘴部件3与氢喷嘴部件4以及氢喷嘴部件4与氢腔5的配合均采用间隙配合，同时采用密封圈达到密封效果。氧喷嘴部件3和氢喷嘴部件4独立设计，可拆卸，可根据不同的推进剂流量需求进行部件的更换。
螺纹法兰9和身部8、收敛段10的配合采用螺纹连接。通过增加身部8的数量可改变气氢气氧预燃室的长度。
Claims (6)
1.气氢气氧富燃预燃室，包括点火管1、氧头腔2、氧喷嘴部件3、氢喷嘴部件4、氢腔5、堵头6或点火管(6)、连接段7、身部8、螺纹法兰9、收敛段10。其特征在于：该预燃室采用氢氧气动谐振点火器，有三种点火方案：一、头部点火；二、身部前段点火；三、身部后段点火。
2.根据权利要求1所述的气氢气氧富燃预燃室，其特征在于：三种点火方案，均可构造氢-氧-氢的燃烧模式，利于推进剂的掺混燃烧。
3.根据权利要求1～2所述的气氢气氧富燃预燃室，其特征在于氧喷嘴部件3和氢喷嘴部件4均可拆卸，可更换，可满足不同流量的要求。
4.根据权利要求1～3所述的气氢气氧富燃预燃室，其特征在于：螺纹法兰9与身部8和收敛段10分离，通过螺纹连接，有利于节约材料、减轻结构质量。
5.根据权利要求1～4所述的气氢气氧富氧预燃室，其特征在于：整个预燃室的长度可变，通过增加身部8的数量或增大身部8的尺寸进行调整。
6.根据权利要求1～5所述的气氢气氧富氧预燃室，其特征在于：预燃室整体方案，利于进行点火方案、氢-氧-氢燃烧模式以及扰流环对燃气均匀性影响等问题的深入研究。
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