CN109578167A - 发动机喷注器及具有其的发动机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种发动机喷注器及具有其的发动机，包括：喷注器基体，与燃烧室相连，喷注器基体内设有沿火焰喷射方向依次设置的多个混合区，各混合区与用于供给氧化剂的氧化剂源及用于供给燃料的燃料源分别连通，以使氧化剂和燃料呈夹角喷入混合区内形成混合物。还包括点火器，与喷注器基体相连，点火器用于将位于火焰喷射起始位置的混合区内的混合物点燃，以促使沿火焰喷射方向依次设置的混合区内的混合物被依次点燃。本发明的发动机喷注器中，氧化剂和燃料喷入时相互撞击雾化、混合，进而提高雾化、混合效果，且喷注器基体内设有沿火焰喷射方向依次设置的多个混合区，即形成多个碰撞雾化、混合区，从而进一步提高氧化剂和燃料的雾化、混合效果。

Description

发动机喷注器及具有其的发动机
技术领域
本发明涉及火箭发动机领域，特别地，涉及一种发动机喷注器。此外，本发明还涉及一种包括上述发动机喷注器的发动机。
背景技术
液体火箭发动机是航天飞行器的核心部件，是使用液态化学物质作为能源和工质的化学火箭推进系统，推力室是将液体火箭推进剂的化学能转变成推进力的重要组件，它由喷注器、燃烧室、喷管组件组成，推进剂通过喷注器进入燃烧室、经雾化、蒸发、混合和燃烧等过程生成燃烧室产物，以高速从喷管中冲出而产生推力。喷注器作为推力室的核心部件，将推进剂以适当的比例喷入燃烧室，以产生一个有效、稳定的燃烧过程。现有喷注器的喷注面一般为平面(针栓式发动机一般为球面或椭圆面)，工质经过直流式喷注孔喷出、撞击雾化后直接在燃烧室内燃烧。由于工质直接经直流式喷注孔喷出、撞击雾化后燃烧，故而工质的雾化效果差，进而导致发动机的燃烧性受影响；另外，现有的喷注器为焊接件，生产加工周期长、重量重、喷注器的结构稳定性差。
发明内容
本发明提供了一种发动机喷注器及具有其的发动机，以解决现有的发动机内氧化剂和燃料的雾化、混合效果差及发动机的燃烧性能差的技术问题。
本发明采用的技术方案如下：
一种发动机喷注器，与发动机的燃烧室相连，用于将氧化剂和燃料点燃后喷入燃烧室，发动机喷注器包括：喷注器基体，与燃烧室相连，喷注器基体内设有沿火焰喷射方向依次设置的多个混合区，各混合区与用于供给氧化剂的氧化剂源及用于供给燃料的燃料源分别连通，以使氧化剂和燃料呈夹角喷入混合区内形成混合物；点火器，与喷注器基体相连，点火器用于将位于火焰喷射起始位置的混合区内的混合物点燃，以促使沿火焰喷射方向依次设置的混合区内的混合物被依次点燃。
进一步地，喷注器基体采用以中心轴为旋转轴的旋转体；多个混合区沿喷注器基体的轴向依次布设；点火器位于喷注器基体的始端，且与靠近喷注器基体始端的混合区连通。
进一步地，各混合区的截面呈柱型，与喷注器基体同轴布设；多个混合区沿火焰喷射方向分层布设，位于下层的混合区的径向尺寸大于位于上层的混合区的径向尺寸，构成向外扩口阶梯型腔体结构。
进一步地，各混合区的侧壁设有多个第一喷口，且各混合区与上层混合区相连的台阶面上设有多个第二喷口；同一混合区内的第一喷口与氧化剂源连通，且第二喷口与燃料源连通；或者同一混合区内的第一喷口与燃料源连通，且第二喷口与氧化剂源连通。
进一步地，第一喷口的喷射方向与第二喷口的喷射方向垂直。
进一步地，喷注器基体内还设有与氧化剂源连通的氧化剂入口、与氧化剂入口连通以将氧化剂输送至各混合区处的氧化剂输送通道、与燃料源连通的燃料入口、与燃料入口连通以将燃料输送至各混合区处的燃料输送通道。
进一步地，氧化剂输送通道包括呈环形且用于存储氧化剂的多个氧化剂环腔、设置于相邻两个氧化剂环腔之间以连通两者的多条氧化剂导槽，第一喷口或第二喷口与对应布设的氧化剂环腔或氧化剂导槽连通；燃料输送通道包括呈环形且用于存储燃料的多个燃料环腔、设置于相邻两个燃料环腔之间以连通两者的多条燃料导槽，第一喷口或第二喷口与对应布设的燃料环腔或燃料导槽连通。
进一步地，连接于相邻氧化剂环腔之间的多条氧化剂导槽沿喷注器基体的周向依次间隔设置，连接于相邻燃料环腔之间的多条燃料导槽沿喷注器基体的周向依次间隔设置；由多条氧化剂导槽围设而成的氧化剂导槽环与由多条燃料导槽围设而成的燃料导槽环在火焰喷射方向上依次设置，且多条氧化剂导槽与多条燃料导槽相互穿插布设。
进一步地，发动机喷注器还包括用于密封点火器与喷注器基体之间间隙的密封件；密封件装设于点火器的外圆上且位于喷注器基体始端与点火器台阶面之间。
进一步地，喷注器基体为一体成型结构。
根据本发明的另一方面，还提供了一种发动机，包括如上述的发动机喷注器。
本发明具有以下有益效果：
本发明的发动机喷注器工作时，氧化剂和燃料首先呈夹角喷入各混合区内混合形成混合物，然后点火器启动将位于火焰喷射起始位置的混合区内的混合物点燃，火焰传递依次点燃沿火焰喷射方向设置的混合区内的混合物，火焰最终全部喷入与喷注器基体相连的燃烧室内。本发明的发动机喷注器中，由于氧化剂和燃料呈夹角喷入各混合区，从而氧化剂和燃料喷入时相互撞击雾化、混合，进而提高雾化、混合效果，且喷注器基体内设有沿火焰喷射方向依次设置的多个混合区，即形成多个碰撞雾化、混合区，从而进一步提高氧化剂和燃料的雾化、混合效果，及雾化、混合区域面积，最终提高发动机的燃烧性能。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明优选实施例的发动机喷注器的空间结构示意图；
图2是图1的剖视结构示意图；
图3是图1中去除外盖后的结构示意图。
图例说明
10、喷注器基体；101、混合区；102、第一喷口；103、第二喷口；104、氧化剂入口；105、氧化剂输送通道；1051、氧化剂环腔；1052、氧化剂导槽；106、燃料入口；107、燃料输送通道；1071、燃料环腔；1072、燃料导槽；20、点火器；30、密封件。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
参照图1和图2，本发明的优选实施例提供了一种发动机喷注器，与发动机的燃烧室相连，用于将氧化剂和燃料点燃后喷入燃烧室(氧化剂和燃料可以为液态、也可以为气态)，发动机喷注器包括：喷注器基体10，与燃烧室相连，喷注器基体10内设有沿火焰喷射方向依次设置的多个混合区101，各混合区101与用于供给氧化剂的氧化剂源及用于供给燃料的燃料源分别连通，以使氧化剂和燃料呈夹角喷入混合区101内形成混合物。还包括点火器20，与喷注器基体10相连，点火器20用于将位于火焰喷射起始位置的混合区101内的混合物点燃，以促使沿火焰喷射方向依次设置的混合区101内的混合物被依次点燃。
本发明的发动机喷注器工作时，氧化剂和燃料首先呈夹角喷入各混合区101内混合形成混合物，然后点火器20启动将位于火焰喷射起始位置的混合区101内的混合物点燃，火焰传递依次点燃沿火焰喷射方向设置的混合区101内的混合物，火焰最终全部喷入与喷注器基体10相连的燃烧室内。本发明的发动机喷注器中，由于氧化剂和燃料呈夹角喷入各混合区101，从而氧化剂和燃料喷入时相互撞击雾化、混合，进而提高雾化、混合效果，且喷注器基体10内设有沿火焰喷射方向依次设置的多个混合区101，即形成多个碰撞雾化、混合区，从而进一步提高氧化剂和燃料的雾化、混合效果，及雾化、混合区域面积，最终提高发动机的燃烧性能。
可选地，如图1和图2所示，喷注器基体10采用以中心轴为旋转轴的旋转体。多个混合区101沿喷注器基体10的轴向依次布设。点火器20位于喷注器基体10的始端，且与靠近喷注器基体10始端的混合区101连通。
优选地，如图2所示，各混合区101的截面呈柱型，与喷注器基体10同轴布设。由于喷注器基体10采用以中心轴为旋转轴的旋转体，当各混合区101与喷注器基体10同轴布设时，有利于提高喷注器基体10结构的稳定性。进一步地，多个混合区101沿火焰喷射方向分层布设，位于下层的混合区101的径向尺寸大于位于上层的混合区101的径向尺寸，构成向外扩口阶梯型腔体结构。由于沿火焰喷射方向设置的混合区101依次被点燃，故当位于下层的混合区101的径向尺寸大于位于上层的混合区101的径向尺寸，即混合区101的直径沿火焰喷射方向逐层增大，从而便于上层混合区101的火焰顺利传递至下层混合区101内以点燃下层混合区101内的混合物。
可选地，如图2所示，各混合区101的侧壁设有多个第一喷口102，且各混合区101与上层混合区101相连的台阶面上设有多个第二喷口103。同一混合区101内的第一喷口102与氧化剂源连通，且第二喷口103与燃料源连通。或者同一混合区101内的第一喷口102与燃料源连通，且第二喷口103与氧化剂源连通。优选地，如图2所示，第一喷口102的喷射方向与第二喷口103的喷射方向垂直，从而加剧氧化剂与燃料的碰撞，进而进一步提高氧化剂与燃料的雾化、混合效果。
可选地，如图2所示，喷注器基体10内还设有与氧化剂源连通的氧化剂入口104、与氧化剂入口104连通以将氧化剂输送至各混合区101处的氧化剂输送通道105、与燃料源连通的燃料入口106、与燃料入口106连通以将燃料输送至各混合区101处的燃料输送通道107。各混合区101内用于喷射氧化剂的第一喷口102或第二喷口103与氧化剂输送通道105连通。各混合区101内用于喷射燃料的第一喷口102或第二喷口103与燃料输送通道107连通。
本可选方案的具体实施例中，如图2所示，氧化剂输送通道105包括呈环形且用于存储氧化剂的多个氧化剂环腔1051、设置于相邻两个氧化剂环腔1051之间以连通两者的多条氧化剂导槽1052，第一喷口102或第二喷口103与对应布设的氧化剂环腔1051或氧化剂导槽1052连通。燃料输送通道107包括呈环形且用于存储燃料的多个燃料环腔1071、设置于相邻两个燃料环腔1071之间以连通两者的多条燃料导槽1072，第一喷口102或第二喷口103与对应布设的燃料环腔1071或燃料导槽1072连通。
进一步地，氧化剂环腔1051和燃料环腔1071均围设于混合区101外，且多个氧化剂环腔1051沿火焰喷射方向依次间隔设置，相邻氧化剂环腔1051之间通过多条氧化剂导槽1052连通。同样的，多个燃料环腔1071沿火焰喷射方向依次间隔设置，相邻燃料环腔1071之间通过多条燃料导槽1072连通。各混合区101内用于喷射氧化剂的第一喷口102或第二喷口103与对应混合区101设置的氧化剂环腔1051或氧化剂导槽1052连通，且各混合区101内用于喷射燃料的第一喷口102或第二喷口103与对应混合区101设置的燃料环腔1071或燃料导槽1072连通，即设置时采用就近原则，喷射氧化剂的第一喷口102或第二喷口103与靠近其的氧化剂环腔1051或氧化剂导槽1052连通，同样的，喷射燃料的第一喷口102或第二喷口103与靠近其的燃料环腔1071或燃料导槽1072连通，从而缩短氧化剂输送通道105和燃料输送通道107输送路径的长度，并简化喷注器基体10的内部结构。
优选地，如图3所示，连接于相邻氧化剂环腔1051之间的多条氧化剂导槽1052沿喷注器基体10的周向依次间隔设置，连接于相邻燃料环腔1071之间的多条燃料导槽1072沿喷注器基体10的周向依次间隔设置。由于喷注器基体10为以中心轴为旋转轴的旋转体，当多条氧化剂导槽1052和多条燃料导槽1072分别沿喷注器基体10的周向依次间隔设置时，有利于提高喷注器基体10结构的稳定性。且由多条氧化剂导槽1052围设而成的氧化剂导槽环与由多条燃料导槽1072围设而成的燃料导槽环在火焰喷射方向上依次设置，且多条氧化剂导槽1052与多条燃料导槽1072相互穿插布设，有利于合理设置喷注器基体10的内部管路，使其满足对各混合区101输送氧化剂和燃料的同时结构紧凑、布置合理。
可选地，如图2所示，发动机喷注器还包括用于密封点火器20与喷注器基体10之间间隙的密封件30。密封件30装设于点火器20的外圆上且位于喷注器基体10始端与点火器20台阶面之间。
可选地，喷注器基体10为一体成型结构。实际设置时，喷注器基体10采用3D打印器打印，不仅制作简单、生产周期短、可减轻喷注器的重量，且无焊缝，能够有效提高喷注器结构稳定性。
本发明的优选实施例还提供了一种发动机，包括如上述的发动机喷注器。由于本发明的发动机包括如上述的喷注器，从而本发明发动机的氧化剂和燃料雾化、混合效果好，雾化、混合区域面积大，发动机的燃烧性能好。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种发动机喷注器，与发动机的燃烧室相连，用于将氧化剂和燃料点燃后喷入所述燃烧室，其特征在于，所述发动机喷注器包括：
喷注器基体(10)，与所述燃烧室相连，所述喷注器基体(10)内设有沿火焰喷射方向依次设置的多个混合区(101)，各所述混合区(101)与用于供给氧化剂的氧化剂源及用于供给燃料的燃料源分别连通，以使所述氧化剂和所述燃料呈夹角喷入所述混合区(101)内形成混合物；
点火器(20)，与所述喷注器基体(10)相连，所述点火器(20)用于将位于火焰喷射起始位置的所述混合区(101)内的混合物点燃，以促使沿火焰喷射方向依次设置的所述混合区(101)内的混合物被依次点燃。
2.根据权利要求1所述的发动机喷注器，其特征在于，
所述喷注器基体(10)采用以中心轴为旋转轴的旋转体；
多个所述混合区(101)沿所述喷注器基体(10)的轴向依次布设；
所述点火器(20)位于所述喷注器基体(10)的始端，且与靠近所述喷注器基体(10)始端的所述混合区(101)连通。
3.根据权利要求2所述的发动机喷注器，其特征在于，
各所述混合区(101)的截面呈柱型，与所述喷注器基体(10)同轴布设；
多个所述混合区(101)沿火焰喷射方向分层布设，位于下层的所述混合区(101)的径向尺寸大于位于上层的所述混合区(101)的径向尺寸，构成向外扩口阶梯型腔体结构。
4.根据权利要求3所述的发动机喷注器，其特征在于，
各混合区(101)的侧壁设有多个第一喷口(102)，且各所述混合区(101)与上层所述混合区(101)相连的台阶面上设有多个第二喷口(103)；
同一所述混合区(101)内的所述第一喷口(102)与所述氧化剂源连通，且所述第二喷口(103)与所述燃料源连通；或者
同一所述混合区(101)内的所述第一喷口(102)与所述燃料源连通，且所述第二喷口(103)与所述氧化剂源连通。
5.根据权利要求4所述的发动机喷注器，其特征在于，
所述第一喷口(102)的喷射方向与所述第二喷口(103)的喷射方向垂直。
6.根据权利要求4所述的发动机喷注器，其特征在于，
所述喷注器基体(10)内还设有与所述氧化剂源连通的氧化剂入口(104)、与所述氧化剂入口(104)连通以将氧化剂输送至各所述混合区(101)处的氧化剂输送通道(105)、与所述燃料源连通的燃料入口(106)、与所述燃料入口(106)连通以将燃料输送至各所述混合区(101)处的燃料输送通道(107)。
7.根据权利要求6所述的发动机喷注器，其特征在于，
所述氧化剂输送通道(105)包括呈环形且用于存储氧化剂的多个氧化剂环腔(1051)、设置于相邻两个所述氧化剂环腔(1051)之间以连通两者的多条氧化剂导槽(1052)，所述第一喷口(102)或所述第二喷口(103)与对应布设的所述氧化剂环腔(1051)或所述氧化剂导槽(1052)连通；
所述燃料输送通道(107)包括呈环形且用于存储燃料的多个燃料环腔(1071)、设置于相邻两个所述燃料环腔(1071)之间以连通两者的多条燃料导槽(1072)，所述第一喷口(102)或所述第二喷口(103)与对应布设的所述燃料环腔(1071)或所述燃料导槽(1072)连通。
8.根据权利要求7所述的发动机喷注器，其特征在于，
连接于相邻所述氧化剂环腔(1051)之间的多条所述氧化剂导槽(1052)沿所述喷注器基体(10)的周向依次间隔设置，连接于相邻所述燃料环腔(1071)之间的多条所述燃料导槽(1072)沿所述喷注器基体(10)的周向依次间隔设置；
由多条所述氧化剂导槽(1052)围设而成的氧化剂导槽环与由多条所述燃料导槽(1072)围设而成的燃料导槽环在火焰喷射方向上依次设置，且多条所述氧化剂导槽(1052)与多条所述燃料导槽(1072)相互穿插布设。
9.根据权利要求1所述的发动机喷注器，其特征在于，
所述发动机喷注器还包括用于密封所述点火器(20)与所述喷注器基体(10)之间间隙的密封件(30)；
所述密封件(30)装设于所述点火器(20)的外圆上且位于所述喷注器基体(10)始端与所述点火器(20)台阶面之间。
10.根据权利要求1所述的发动机喷注器，其特征在于，
所述喷注器基体(10)为一体成型结构。
11.一种发动机，其特征在于，包括如上述权利要求1～10中任一项所述的发动机喷注器。
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