CN101956981B - 一种气液组元高室压大范围变工况燃烧器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种气液组元高室压大范围变工况燃烧器，包括喷注器、喷管和电火花点火器，喷注器包括氧化剂进口管、燃烧剂进口管、气液双组元喷嘴、喷注器面板和燃烧剂腔，气液双组元喷嘴包括节流孔、喷注器面板、设置在气液双组元喷嘴中部且开口于喷注器面板中心的氧化剂直流喷嘴以及设置在氧化剂直流喷嘴侧壁上的三个燃烧剂自击直流喷嘴；节流孔设置在氧化剂进口管和氧化剂直流喷嘴之间；燃烧剂腔为环绕在氧化剂直流喷嘴的外圆周的液体腔，喷注器面板上设置有与燃烧剂腔相通的多个燃烧剂直流喷嘴。本发明解决了现有气液组元燃烧器室压低、推力低、小范围变工况能力不足的技术问题，实现了中心余氧系数相对较高，圆周直流喷嘴区域余氧系数相对较低。

Description

一种气液组元高室压大范围变工况燃烧器

技术领域

本发明涉及一种燃烧器。

背景技术

现有技术中，使用推进剂为气液组元的燃烧器因为采用推进剂挤压方式供应，因此变工况能力也较弱。挤压方式不适用于高室压，所以高室压大范围变工况的燃烧器研究是很必要的。

发明内容

本发明目的是提供一种新型气液组元高室压大范围变工况燃烧器，其解决了现有气液组元燃烧器室压低、推力低、小范围变工况能力不足的技术问题。

本发明的技术解决方案为：

一种气液组元高室压大范围变工况燃烧器，包括喷注器、喷管12和电火花点火器7，其特殊之处在于：所述喷注器包括氧化剂进口管1、燃烧剂进口管3、喷注器面板23、气液双组元喷嘴2和燃烧剂腔4，所述气液双组元喷嘴2包括节流孔24、设置在气液双组元喷嘴2中部且开口于喷注器面板23中心的氧化剂直流喷嘴5以及设置在氧化剂直流喷嘴5侧壁上的三个燃烧剂自击直流喷嘴21；所述节流孔24设置在氧化剂进口管1和氧化剂直流喷嘴5之间；所述燃烧剂腔4为环绕在氧化剂直流喷嘴5的外圆周的液体腔，所述喷注器面板23上设置有与燃烧剂腔4相通的多个燃烧剂直流喷嘴5。

上述燃烧剂腔4内设置有挡板41，所述挡板41将燃烧剂腔4分成两个同轴相套的内环形腔43和外环形腔42，且内环形腔43和外环形腔42在靠近喷注器面板23处连通，所述燃烧剂自击直流喷嘴21与内环形腔43相通，所述燃烧剂直流喷嘴22与外环形腔42相通。

上述喷管12由整体造型加工的喷管内壁9和喷管外壁8钎焊组成，所述燃烧器还包括冷却回路，所述冷却回路包括开口于喷管12外壁的冷却水进口管10和冷却水出口管11以及喷管内壁9和喷管外壁8之间的空腔。

上述燃烧剂直流喷嘴22圆周均布在氧化剂直流喷嘴5的周围。

上述燃烧剂直流喷嘴22的数量为12个。

上述电火花点火器7设置在距离喷注器面板12-20mm处的喷管12的侧壁处。

上述电火花点火器7设置在距离喷注器面板15mm处的喷管12的侧壁处。

本发明与现有技术相比的优点在于：

1、本发明设计的中心区余氧系数分区布置的喷注混合单元的喷注器，构造中心余氧系数相对较高的区域，既保护喷注器面板出现烧蚀，又解决气液双组元推进剂稳定燃烧问题(即中心余氧系数相对较高，圆周直流喷嘴区域余氧系数相对较低)。

2、本发明设计的气液双组元喷嘴，为气态氧化剂直流喷嘴和液态燃烧剂三股自击直流喷嘴的结合型喷嘴，此种喷嘴保证了很大范围工况下两种推进剂能够拥有良好的雾化和混合，从而解决了在大范围变工况情况下，气液组元高室压大范围变工况燃烧器能够正常稳定工作。

3、本发明设计的喷注器面板上设置有绕轴线圆周均匀分布的燃烧剂直流喷嘴，可以有效地保护喷注器以及喷管的燃烧室内壁不受烧蚀。

4、本发明设计的燃烧剂腔内设置有挡板，能够保证燃烧剂进入燃烧剂腔内后保持一定的速度通过喷注器面板，从而保证了喷注器面板的冷却。

5、本发明的喷管由喷管内壁和喷管外壁通过钎焊连接在一起，保证了喷管具有很高的强度；喷管内壁为整体加工，减少了喉部等部位的焊缝，简化了喷管结构及工艺，也保证了喷管内型面的圆滑，从而保证了喷管具有良好的性能。

6、本发明喷管内壁和喷管外壁通过钎焊连接在一起，可作为冷却回路的通道，保护喷管内壁不受烧蚀。

7、本发明解决了气液组合燃烧技术，解决了高温高压大范围变工况条件下稳定工作问题。

8、本发明的电火花点火器可以多次点火，解决了燃烧器多次起动难题。

9、本发明的氧化剂进口管和氧化剂直流喷嘴之间设置了节流孔，氧化剂直接从进口管进入氧化剂直流喷嘴，相当于氧化剂进口管1和气液双组元喷嘴2构成了氧化剂腔，从而省去了氧化剂腔结构，结构简单。

附图说明

图1本发明的气液组元高室压大范围变工况燃烧器半剖结构图；

图2本发明的喷注器剖视图；

图3本发明的喷注器下视图；

图4本发明的气液双组元喷嘴剖视图；

图5为本发明喷管的剖视图；

附图说明：1-氧化剂进口管、2-气液双组元喷嘴、21-燃烧剂自击直流喷嘴、22-燃烧剂直流喷嘴、23-喷注器面板、24-节流孔、3-燃烧剂进口管、4-燃烧剂腔、41-挡板、42-外环形腔、43-内环形腔、5-氧化剂直流喷嘴、6-法兰、7-电火花点火器、8-喷管外壁、9-喷管内壁、10-冷却水进口管、11-冷却水出口管、12-喷管。

具体实施方式

图1所示为本发明的气液组元高室压大范围变工况燃烧器半剖结构图，燃烧器由喷注器和喷管组成，喷注器和喷管通过法兰6连接。氧化剂进口管1和气液双组元喷嘴2组成的氧化剂集液腔容积要尽可能小。燃烧剂腔的挡板可以使燃烧剂流速增加，从而冷却喷注器面板。

如图2和图3所示，氧化剂进口管1、燃烧剂进口管3、气液双组元喷嘴2和燃烧剂腔4组成喷注器，其内包括一个氧化剂直流喷嘴5，三个燃烧剂自击直流喷嘴21，十二个燃烧剂直流喷嘴22，燃烧剂直流喷嘴22圆周均匀排列在氧化剂直流喷嘴5周围。喷注器的功能是实现推进剂流强的分区分配，实现中心区推进剂余氧系数保持较高的状态，保证推进剂在各种工况下的可靠燃烧。

如图4所示，气液双组元喷嘴为气态氧气的氧化剂直流喷嘴5和液态煤油的三个燃烧剂自击直流喷嘴21的结合型喷嘴，气液双组元喷嘴能够保证两种推进剂充分雾化和混合。工质为气体组元的氧化剂和液体组元的燃烧剂，流经燃料进口管3及燃烧剂腔的燃烧剂绕过挡板41后，一路通过燃烧剂自击直流喷嘴21进入氧化剂直流喷嘴5，一路进入燃烧剂直流喷嘴22。气态氧化剂采用直流形式，液态燃烧剂采用三股自击形式，可以使两种推进剂具有良好的雾化和混合。

如图5所示，喷管由喷管内壁和喷管外壁通过钎焊连接在一起，喷管内壁为整体加工，减少了喉部等部位的对接焊缝。喷管内壁和喷管外壁之间形成冷却通道，保护喷管内壁不受烧蚀。

本发明原理是：气液组元高室压大范围变工况燃烧器为固定结构，氧化剂由喷注器的顶端中心，燃烧剂由喷注器面板，分别喷入喷管的燃烧室，并被安装在喷管侧壁上的电火花点火器放电点燃，燃烧后经喷管排出产生动力。推进剂的通流面积固定不变，燃烧器通过适应不同的推进剂流量来实现变工况工作(改变推进剂流量的功能由燃烧器上游的流量调节阀实现，不属于本发明的范畴)；使燃烧剂直流喷嘴与气液双组元喷嘴喷射出的推进剂形成中心区余氧系数高、边区余氧系数低状态，余氧系数的合理分布保证了推进剂在各种工况下的可靠燃烧，并且有效避免了各种工况条件易产生的不稳定燃烧。

Claims (7)

1.一种气液组元高室压大范围变工况燃烧器，包括喷注器、喷管(12)和电火花点火器(7)，其特征在于：所述喷注器包括氧化剂进口管(1)、燃烧剂进口管(3)、喷注器面板(23)、气液双组元喷嘴(2)和燃烧剂腔(4)，所述气液双组元喷嘴(2)包括节流孔(24)、设置在气液双组元喷嘴(2)中部且开口于喷注器面板(23)中心的氧化剂直流喷嘴(5)以及设置在氧化剂直流喷嘴(5)侧壁上的三个燃烧剂自击直流喷嘴(21)；所述节流孔(24)设置在氧化剂进口管(1)和氧化剂直流喷嘴(5)之间；所述燃烧剂腔(4)为环绕在氧化剂直流喷嘴(5)的外圆周的液体腔，所述喷注器面板(23)上设置有与燃烧剂腔(4)相通的多个燃烧剂直流喷嘴(22)。

2.根据权利要求1所述的气液组元高室压大范围变工况燃烧器，其特征在于：所述燃烧剂腔(4)内设置有挡板(41)，所述挡板(41)将燃烧剂腔(4)分成两个同轴相套的内环形腔(43)和外环形腔(42)，且内环形腔(43)和外环形腔(42)在靠近喷注器面板(23)处连通，所述燃烧剂自击直流喷嘴(21)与内环形腔(43)相通，所述燃烧剂直流喷嘴(22)与外环形腔(42)相通。

3.根据权利要求1或2所述的气液组元高室压大范围变工况燃烧器，其特征在于：所述喷管(12)由整体造型加工的喷管内壁(9)和喷管外壁(8)钎焊组成，所述燃烧器还包括冷却回路，所述冷却回路包括开口于喷管(12)外壁的冷却水进口管(10)和冷却水出口管(11)以及喷管内壁(9)和喷管外壁(8)之间的空腔。

4.根据权利要求3所述的气液组元高室压大范围变工况燃烧器，其特征在于：所述燃烧剂直流喷嘴(22)圆周均布在氧化剂直流喷嘴(5)的周围。

5.根据权利要求4所述的气液组元高室压大范围变工况燃烧器，其特征在于：所述燃烧剂直流喷嘴(22)的数量为12个。

6.根据权利要求5所述的气液组元高室压大范围变工况燃烧器，其特征在于：所述电火花点火器(7)设置在距离喷注器面板12-20mm处的喷管(12)的侧壁处。

7.根据权利要求6所述的气液组元高室压大范围变工况燃烧器，其特征在于：所述电火花点火器(7)设置在距离喷注器面板15mm处的喷管(12)的侧壁处。

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