CN103743572B - 小型火箭发动机试验台喷淋装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种针对小型发动机试验台来设计的喷淋装置，包括水供应系统和发动机尾焰引流系统；水供应的手动截止阀两端分别连接试验室内的自来水管和增压泵，电磁阀两端分别连接增压泵和水槽入口，水槽设有两个出口，一个连接喷淋环，另一个连接手动截止阀；水槽位于小型火箭发动机的收敛段和延伸段外围；喷淋环为圆环结构，内嵌在延伸段中，其上设有喷孔，通过喷淋孔将水槽中的水，喷入延伸段中；发动机尾焰引流系统包括收敛段、延伸段；收敛段内嵌在墙壁中，位于小型火箭发动机后，对其燃烧产物进行导流，收敛段与延伸段连接，支架与延伸段相连接。本发明适用于在密闭空间中，对小型火箭发动机试验后尾焰进行引导及降温降噪处理。

Description

小型火箭发动机试验台喷淋装置

技术领域

本发明涉及一种小型火箭发动机试验台喷淋装置，属于航天发动机试验台配套设施，此喷淋装置尤其用于火箭发动机推力在20000N以下，长时间脉冲工作时使用。

背景技术

发动机试验是验证发动机技术指标及性能的重要方法，一般在航天发动机试验过程中，大型试验应用的场地为较宽阔的场地，发动机试验产生的高温高速流动，伴随强烈的噪声，在空气中会逐渐的衰减，由于周围较少有人员出入，因此对周围的影响较小，此类大型发动机试验常在工程研制中使用。但从科学研究的低成本角度出发，小型发动机试验是高校研究人员从事发动机科学研究主要采用的方案，此类发动机一般具有推力小，可靠性高，点火持续时间长等特点。在高校中，试验场地一般为一定密闭空间，其产生的影响会较大，气流产生的冲击及噪声会严重影响室内及周围的设施和操作人员安全。因此在一定的密闭试验空间中，控制发动机尾焰对周围产生的不利因素是小型发动机地面试验一个急需解决的问题，需要对尾焰进行一定的降噪降温处理，目前一般采用的方案是对发动机喷口方向的房屋采取无墙壁设计，直接与大气环境连通，但是这样不利于房屋的防寒保暖，导致工作人员在现场进行操作困难等。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种在某种密闭试验空间中，消除发动机尾焰高温及噪音影响的喷淋装置，为简单、实用的减弱发动机噪音影响提供了一个较为可行的方案，可以解决试验间的保暖问题等。系统主要的原理为，水在与高温高速的气体介质接触的过程中，能够对气体介质及产生的噪声进行一定的覆盖，从而降低其温度与噪音。

一种针对小型发动机试验台来设计的喷淋装置，包括水供应系统和发动机尾焰引流系统；

水供应系统包括手动截止阀、增压泵、电磁阀、水槽、喷淋环和手动截止阀；手动截止阀两端分别连接试验室内的自来水管和增压泵，电磁阀两端分别连接增压泵和水槽入口，水槽设有两个出口，一个连接喷淋环，另一个连接手动截止阀；水槽位于小型火箭发动机的收敛段和延伸段外围；喷淋环为圆环结构，内嵌在延伸段中，其上设有喷孔，通过喷淋孔将水槽中的水，喷入延伸段中；发动机尾焰引流系统包括收敛段、延伸段；收敛段内嵌在墙壁中，位于小型火箭发动机后，对其燃烧产物进行导流，收敛段与延伸段连接，支架与延伸段相连接。

本发明的优点在于：

（1）本发明利用喷淋水可以降噪的方法，设计一套喷淋装置，适用于在密闭空间中，对小型火箭发动机试验后尾焰进行引导及降温降噪处理；

（2）本发明的成本相对专业消音设备具有明显的优势，一般条件下消音设备不能抗高温或是代价较高，此设备可以通过增加喷淋环的数量来增大水的供应量，提高效果，其增加的设备成本较低；

（3）本发明采用无水箱单方向流动方式，依靠安装增压泵，对泵前自来水产生抽吸作用，提高自来水管中水流量，增大泵后压力，从而消除水箱存在的必要。喷淋所需水介质对水质要求低，一般自来水即可，因此此种方案可行；

（4）本发明采用套筒式结构，形成的水槽结构对收敛段及延伸段的关键受热严重区域进行保护。水在水槽内的主动流动结构增强了对受热壁面的换热效果，降低了发动机尾焰对壁面的加热效果，有效的保护了壁面结构，使其经久耐用；

（5）本发明为了防止喷淋水在延伸段中发生倒流现象，采用将喷淋孔朝向与发动机尾焰引射方向一致和延伸段的圆筒段后端略微下沉两种方法来控制喷淋水的流动方向，使得方便对流出的水进行排泄或是回收工序；

（6）本发明采用人字型支架结构，能够很好的解决喷淋装置的支承作用及抵抗发动机尾焰产生的作用力。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图中：

1-手动截止阀2-增压泵3-电磁阀

4-小型火箭发动机5-收敛段6-水槽

7-喷淋环8-延伸段9-支架

10-手动截止阀

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

本发明是一种针对小型发动机试验台来设计的喷淋装置，主要实现对发动机尾焰进行引流和喷淋降温降噪功能。

如图1所示，喷淋装置包括水供应系统和发动机尾焰引流系统。

水供应系统包括手动截止阀1、增压泵2、电磁阀3、水槽6、喷淋环7和手动截止阀10。

手动截止阀1两端分别连接试验室内的自来水管和增压泵2，电磁阀3两端分别连接增压泵2和水槽6入口。水槽6设有两个出口，一个连接喷淋环7，另一个连接手动截止阀10。

水槽6位于小型火箭发动机4的收敛段5和延伸段8外围。

喷淋环为圆环结构，内嵌在延伸段8中，其上设有喷孔，通过喷淋孔将水槽6中的水，喷入延伸段8中。

本发明所述装置采用无水箱的单方向工作模式，喷淋水质采用一般自来水即可，小型发动机工作时间较短，采用额外水箱需要占用较多的试验场地，因此采用水循环不适宜，最后采用无水箱的单方向工作模式较为适合本发明的喷淋装置。

增压泵2的主要功能是提高自来水管中水介质的压力与流量，从而加大对水槽6内的压力，最终提高喷淋环7中喷嘴的出口压力值，增强喷淋效果。

水槽6的主要功能是对电磁阀3出口的自来水进行存储，当水槽6中的水满后，依靠增压泵2的加压措施，水流进入喷淋环7中，通过喷淋孔对发动机尾焰进行喷淋。

水槽6的主要作用是对收敛段5及延伸段8的壁面进行冷却，尾焰中的介质对壁面会产生强烈的冲刷作用，最后引起对壁面的加温作用，通过水槽6内部的水循环措施可以对收敛段5及延伸段8的关键部分进行冷却措施，提高整体系统的可靠性能。

喷淋环7中喷孔喷出水流，喷孔的排布按一定数量呈均布排列，喷孔的方位直接朝向尾焰流动方向，这样可以防止喷淋水逆向流动，产生的水雾影响室内环境及发动机安全。

发动机尾焰引流系统包括收敛段5、延伸段8。

收敛段5一般和试验间墙洞面积大小等同，直接内嵌在墙壁中。收敛段5位于小型火箭发动机4后，对其燃烧产物进行导流，收敛段5与延伸段8连接，水槽6直接作为外套筒套住收敛段5以及延伸段8关键的部位,即收敛段5与延伸段8的连接端。此部位由于在火焰总热量一定的条件下，热量通道传播面积缩小到最小点，导致热量积聚，形成局部的高温段，往后由于水喷淋效应及空气散热效应，燃气的温度会逐渐降低，因此此部位周围都是较为关键的地带，需要特殊的保护措施，这里进行强制的冷却水外循环措施，对壁面进行降温处理。支架9与延伸段8相连接，连接的形式为在支架9上方用铝带直接将收敛段8进行环抱，铝带固定在延伸段支架9上，延伸段支架9采用人字设计结构，即能够承受延伸段8的重力，又能够抵抗由于小型火箭发动机4尾焰对喷淋系统壁面即收敛段5与延伸段8的壁面产生的冲击力，使结构具有良好的稳定性。

收敛段5的主要功能是在小型火箭发动机4进行试验的过程中，对其喷射的强烈流动燃烧产物进行导流，形成对尾焰气流的收缩作用，将其引导进入喷淋系统延伸段8，喷淋环7在水路供应系统的条件下对延伸段8内部进行喷淋，对发动机产生的尾焰进行降温降噪措施。

支架9的作用是对延伸段8进行固定，具有一定的抗冲击作用，考虑延伸段8属于圆筒式结构，其壁面较薄，导致其剪切性能在此条件下可能较弱，不可采用硬固定的方式，这里采用软带对延伸段8包裹，固定在延伸段支架9上，以后定时进行锁紧工序，充分保证延伸段8的圆度及紧度。支架与地面用地脚螺栓进行连接。

延伸段8在安装中与水平面保持一定斜度，一般取θ角，θ取值以方便支架9固定工序及达到良好水引流效果为准，这样可以将喷淋环7中喷注的水流直接引向延伸段8后端，这样可以方便对喷出水流进行收集和处理工序。

本发明喷淋装置的操作流程具体为：

首先打开手动截止阀1，确认自来水流通过正常。同时打开增压泵2与电磁阀3，此工序通过控制开关进行操作，开始对水槽6进行充填工序。待水槽6充填完毕之后，水流直接进入喷淋环7，通过喷淋孔喷注水流，喷淋系统工作正常，此时可以对小型火箭发动机4进行点火工作，试验过程中，发动机尾焰产生的尾焰对收敛段5及延伸段8壁面进行加热作用，水槽6内热水不断上升，冷水下降，形成对流效果，预热后的水流直接通过喷孔喷出。待小型火箭发动机4点火完毕之后，关闭手动截止阀1，切断增压泵2和电磁阀3供给电源，阻断对水槽6的充填工序，喷淋环7停止工作。打开手动截止阀10，对水槽6内存储的水进行排泄，防止里面形成水垢或是周围温度较低情况下发生水冻结。待排泄完毕以后，关闭手动截止阀10。至此，喷淋装置工作完毕。

Claims (6)

1.一种针对小型发动机试验台来设计的喷淋装置，包括水供应系统和发动机尾焰引流系统；

水供应系统包括手动截止阀A、增压泵、电磁阀、水槽、喷淋环和手动截止阀B；手动截止阀A两端分别连接试验室内的自来水管和增压泵，电磁阀两端分别连接增压泵和水槽入口，水槽设有两个出口，一个连接喷淋环，另一个连接手动截止阀B；水槽位于小型火箭发动机的收敛段和延伸段外围；喷淋环为圆环结构，内嵌在延伸段中，其上设有喷孔，通过喷淋孔将水槽中的水，喷入延伸段中；发动机尾焰引流系统包括收敛段、延伸段；收敛段内嵌在墙壁中，位于小型火箭发动机后，对其燃烧产物进行导流，收敛段与延伸段连接，支架与延伸段相连接。

2.根据权利要求1所述的一种针对小型发动机试验台来设计的喷淋装置，所述的喷淋环中喷孔的排布为均布排列，喷孔的方位朝向尾焰流动方向。

3.根据权利要求1所述的一种针对小型发动机试验台来设计的喷淋装置，所述的水槽作为外套筒套住收敛段与延伸段的连接端。

4.根据权利要求1所述的一种针对小型发动机试验台来设计的喷淋装置，所述的支架上方用铝带直接将收敛段进行环抱，铝带固定在延伸段支架上。

5.根据权利要求1所述的一种针对小型发动机试验台来设计的喷淋装置，所述的支架采用人字设计结构。

6.根据权利要求1所述的一种针对小型发动机试验台来设计的喷淋装置，所述的延伸段与水平面之间设有角度，使喷淋环中喷注的水流直接引向延伸段后端。