CN102943719A

CN102943719A - 固液火箭发动机后燃室扰流装置

Info

Publication number: CN102943719A
Application number: CN2012104399079A
Authority: CN
Inventors: 田辉; 俞南嘉; 李新田; 曾鹏; 蔡国飙
Original assignee: Beihang University
Current assignee: Beihang University
Priority date: 2012-11-06
Filing date: 2012-11-06
Publication date: 2013-02-27
Anticipated expiration: 2032-11-06
Also published as: CN102943719B

Abstract

本发明公开了一种固液火箭发动机后燃室扰流装置，适用于固液火箭发动机地面热试车试验，应用于中心单通道的固液火箭发动机，但不限于某特定的装药药形。该扰流装置包括燃烧室组件、扰流板组件、扰流板后燃室组件、密封连接组件和喷管组件。扰流板组件和扰流板后燃室组件合为一体，通过密封连接组件与燃烧室组件和喷管组件相连。扰流板组件由内部的金属扰流板和外部的绝热结构组成，扰流孔均布于以发动机轴线为中心的圆上。本发明的扰流板组件实现了对中心区燃气的扰流作用，且满足发动机在工作过程中对扰流装置的结构强度和热防护要求，各组件之间的连接采用阶梯式折线方式和O型密封圈连接，保证发动机工作中对气密性和热防护的要求。

Description

固液火箭发动机后燃室扰流装置

【技术领域】

本发明涉及一种固液火箭发动机后燃室扰流装置，适用于固液火箭发动机地面热试车试验。

【背景技术】

固液火箭发动机采用液体氧化剂和固体燃料做为推进剂，具有安全性好、经济性好、易关机和重新启动、可进行推力调节等优点。固液火箭发动机的氧化剂由增压输送系统通过喷注器进入燃烧室，与固体燃料进行燃烧，这也决定了其燃烧过程呈现出典型扩散燃烧的特点。由于氧化剂与燃料在燃烧前没有进行充分混合，未反应完全的氧化剂和燃料直接由喷管喷出，使得固液火箭发动机的燃烧效率较低，而在发动机中增加扰流装置是增强氧化剂和燃料掺混和提高发动机燃烧效率的重要手段。现有的扰流结构多采用在药柱中加入扰流板的形式：德国的Matthias Grosse在文献AIAA 2009-5113中对在药柱中加入单孔和四孔扰流板的固液火箭发动机进行了试验研究，结果表明增加扰流板对提高燃烧效率有积极作用；意大利的Alberto Bettella等人和德国的Matthias Grosse在文献AIAA 2011-6023中对在药柱中加入单孔扰流板的固液火箭发动机进行了仿真和试验研究。国内对固液火箭发动机后燃室扰流试验的研究工作开展较少，几乎未见有关后燃室扰流装置的文献报道。在药柱中加入扰流板的结构需改变药柱的设计形式，增加装药的难度。

【发明内容】

本发明提供一种固液火箭发动机后燃室扰流装置，用于固液火箭发动机地面热试车试验，提高固液火箭发动机的燃烧效率。本发明解决的问题是：（1）在无需改变现有装药设计的同时，对发动机燃气起到扰流作用；（2）扰流装置在发动机工作过程中具有良好的结构强度和热防护性能；（3）各结构件之间的连接形式能保证良好的气密性。

本发明提供的固液火箭发动机后燃室扰流装置适用于中心单通道的固液火箭发动机，但不限于某特定的装药药形。具体，本发明的固液火箭发动机后燃室扰流装置包括燃烧室组件、扰流板组件、扰流板后燃室组件、密封连接组件和喷管组件。扰流板组件和扰流板后燃室组件合为一体，通过密封连接组件与燃烧室组件和喷管组件相连。燃烧室组件包括燃烧室壳体、燃烧室绝热层和发动机装药。密封连接组件包括O型密封圈和螺栓组件。喷管组件包括喷管壳体、喷管绝热层和喷管喉衬。扰流板后燃室组件包括扰流板后燃室壳体和布置在扰流板后燃室壳体内壁面的扰流板后燃室绝热层。扰流板组件包括扰流板前部绝热层、扰流板后部绝热层和扰流板金属架。扰流板前部绝热层和扰流板后部绝热层采用耐高温粘合剂将扰流金属架包覆于其中，在扰流板组件上设置有扰流孔，扰流孔均布于以发动机轴线为中心的圆上。燃烧室组件、扰流板组件、扰流板后燃室组件和喷管组件通过密封连接组件依次连接，各组件间连接处的配合面采用阶梯式折线形的配合方式，且以O形密封圈进行密封，通过螺栓组件进行紧固。

本发明的优点和积极效果在于：（1）扰流装置位于发动机后燃室，无需改变发动机的装药设计；（2）扰流孔均布于以发动机轴线为中心的圆上，对中心区的燃气起到扰流作用；（3）扰流板组件由内部的金属扰流板和外部的绝热结构组成，以满足发动机在工作过程中对扰流装置的结构强度和热防护要求；（4）各组件之间采用阶梯式折线形配合方式和O型密封圈连接，保证发动机工作中对气密性和热防护的要求；（5）各结构组件之间采用螺栓紧固，可进行更换，拆卸方便。

【附图说明】

图1是本发明固液火箭发动机后燃室扰流装置的结构示意图；

图2是图1所示的固液火箭发动机后燃室扰流装置的A-A剖面向视图；

图3是扰流板组件和相邻组件之间连接配合面的局部放大图。

图中：

1-扰流板前部绝热层；2-扰流板后部绝热层；3-扰流板金属架；4-扰流板后燃室壳体；5-扰流板后燃室绝热层；6-O型密封圈A；7-O型密封圈B；8-O型密封圈C；9-螺栓组件A；10-螺栓组件B；11-燃烧室壳体；12-燃烧室绝热层；13-发动机装药；14-喷管壳体；15-喷管绝热层；16-喷管喉衬。

【具体实施方式】

下面结合附图进一步说明本发明的技术方案。

如图1所示，本发明提供的固液火箭发动机后燃室扰流装置主要包括如下部件：扰流板前部绝热层1、扰流板后部绝热层2、扰流板金属架3、扰流板后燃室壳体4、扰流板后燃室绝热层5、O型密封圈A6、O型密封圈B7、O型密封圈C8、螺栓组件A9、螺栓组件B10、燃烧室壳体11、燃烧室绝热层12、发动机装药13、喷管壳体14、喷管绝热层15、喷管喉衬16。

燃烧室壳体11和其内部的燃烧室绝热层12、发动机装药13组成燃烧室组件，燃烧室绝热层12设置在燃烧室壳体11的内壁面上，发动机装药13位于燃烧室绝热层12的内部，与现有发动机装药结构一致。扰流板前部绝热层1和扰流板后部绝热层2采用耐高温粘合剂将扰流板金属架3包覆于其中，组成扰流板组件。扰流板后燃室壳体4和紧贴于其内壁面的扰流板后燃室绝热层5组成扰流板后燃室组件。喷管壳体14和其内部的喷管绝热层15、喷管喉衬16组成喷管组件，喷管绝热层15设置在喷管壳体14的内壁面上，喷管喉衬16位于喷管绝热层15的内部，安装在喷管喉部处。燃烧室组件、扰流板组件、扰流板后燃室组件和喷管组件通过密封连接组件依次连接，构成固液火箭发动机后燃室扰流装置，各组件连接面处采用阶梯式折线形配合方式，并以O形密封圈进行密封，保证发动机工作中对气密性和热防护的要求。如图1所示，扰流板组件与燃烧室组件、扰流板后燃室组件之间以O形密封圈A6和O形密封圈B7进行密封，并通过螺栓组件A9进行紧固，扰流板后燃室组件与喷管组件之间以O形密封圈C8进行密封，并通过螺栓组件B10进行紧固。

图3所示为扰流板组件与燃烧室组件和后燃室组件间连接处配合面的局部放大图，粗实线所示的配合面呈阶梯式折线形，这有利于阻止发动机内部高温气流向外扩散，增强各组件的热防护性能；在最外层折线转角处配合以O形密封圈，保证发动机的气密性。各组件之间均采用阶梯式折线形配合方式加0形密封圈的形式连接，使其满足对发动机工作的气密性和热防护要求。各组件之间采用螺栓连接，可进行更换，拆卸方便。

发动机装药13为中心单通道药形，如管形装药或星形装药，但不限于这两种药形。本发明的扰流装置在发动机后燃室加入，无需改变现有的装药设计，同时起到扰流作用。

扰流板组件在以发动机轴线为中心的圆上均布有圆形扰流孔，对通过中心区的燃气产生扰流作用，扰流孔的中心位置、扰流孔直径和数量根据发动机的试验工况选定，如图2所示为4个扰流孔。扰流板前部绝热层1和扰流板后部绝热层2使扰流板金属架3与发动机燃气隔离，保证扰流板组件的结构强度和热防护性能。

Claims

1.一种固液火箭发动机后燃室扰流装置，包括燃烧室组件、密封连接组件和喷管组件，燃烧室组件包括燃烧室壳体（11）、燃烧室绝热层（12）和发动机装药（13），且发动机装药（13）为中心单通道药形，密封连接组件包括O型密封圈和螺栓组件，喷管组件包括喷管壳体（14）、喷管绝热层（15）和喷管喉衬（16）；其特征在于：该扰流装置还包括扰流板组件和扰流板后燃室组件；扰流板后燃室组件包括扰流板后燃室壳体（4）和布置在扰流板后燃室壳体（4）内壁面的扰流板后燃室绝热层（5）；扰流板组件包括扰流板前部绝热层（1）、扰流板后部绝热层（2）和扰流板金属架（3），扰流板前部绝热层（1）和扰流板后部绝热层（2）采用耐高温粘合剂将扰流金属架（3）包覆于其中，在扰流板组件上设置的扰流孔均布于以发动机轴线为中心的圆上；燃烧室组件、扰流板组件、扰流板后燃室组件和喷管组件通过密封连接组件依次连接，组件间连接处的配合面采用阶梯式折线形的配合方式，且以O形密封圈进行密封，通过螺栓组件进行紧固。