CN109630319B - 适用于内嵌点火装置的主动冷却式针栓喷注器 - Google Patents
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Abstract
本申请提供有一种适用于内嵌点火装置的主动冷却式针栓喷注器的具体结构。本技术方案通过设计有主喷注孔以及设于第一阶台内的辅喷注通道，在所述喷注器本体上形成了两个层次的喷注形式。鉴于主喷注孔和辅喷注通道的结构形式不同，故其内所分配的推进剂流量是不同，但其内的推进剂皆沿喷注器本体径向喷射，能够与火焰喷射通道相配合，分别形成第一次燃烧和第二次燃烧，既有利于使总体燃烧更为充分，且在一定程度上抑制燃烧不稳定性的发生。
Description
技术领域
本公开一般涉及空间推进技术领域，具体涉及一种适用于内嵌点火装置的主动冷却式针栓喷注器。
背景技术
针栓式喷注器以混合效率高、雾化效果好、燃烧稳定性高等优点和易于实现变推力调节的优势在空间液体火箭发动机获得了广泛应用。但是，由于针栓喷注器自身的结构特点，其头部往往存在被燃气涡流冲刷与烧蚀的问题。
为解决上述问题，现有技术中还设计有一种针栓式喷注器，其内增设有内部冷却通道的设计，但是由于该种针栓式喷注器的结构过于复杂且存在推进剂流阻较大等问题，很难被应用于真实的工程产品中，故亟待对现有技术中已有的针栓式喷注器进行改进。
发明内容
鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种相较于现有技术而言，既能够防止燃气涡流对针栓式喷注器头部进行冲刷与烧蚀，又能够降低推进剂流阻的适用于内嵌点火装置的主动冷却式针栓喷注器。
第一方面，一种适用于内嵌点火装置的主动冷却式针栓喷注器，包括：一端封闭且一端开口的中空柱状喷注器本体，所述喷注器本体靠近其封闭端的侧壁上设有环形阵列排布的多个主喷注孔；所述喷注器本体的封闭端内壁上还设有多个环形阵列排布的多个阶台且所述阶台内设有沿封闭端径向延伸的辅喷注通道；所述喷注器本体的封闭端内壁正中设有沿喷注器本体轴向延伸的中空柱状隔离腔且所述隔离腔的正中设有中空柱状火焰通道；两所述阶台之间还设有沿封闭端径向延伸的中空柱状火焰喷射通道，所述火焰喷射通道均与火焰通道相连通。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述喷注器本体的封闭端上还环形阵列地排布有多组喷注单元，所述喷注单元包括：两个喷注通道且所述喷注通道贯穿喷注器本体的封闭端；所述喷注通道上相对远离辅喷注通道的一端开口相互靠近。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述喷注通道上相对靠近辅喷注通道的一端开口共同沿封闭端的径向分布。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述喷注单元与所述阶台的数量一一对应。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述阶台为扇形结构。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述阶台内设有多个辅喷注通道。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述阶台的高度小于所述主喷注孔的高度。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述火焰喷射通道的侧壁设有与所述隔离腔连通的保护腔。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述保护腔位于所述火焰喷射通道的上方且其纵截面为扇形结构。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述主动冷却式针栓喷注器由增材制造的方式完成加工。
综上所述，本申请提供有一种适用于内嵌点火装置的主动冷却式针栓喷注器的具体结构。本技术方案通过设计有主喷注孔以及设于阶台内的辅喷注通道，在所述喷注器本体上形成了两个层次的喷注形式。鉴于主喷注孔和辅喷注通道的结构形式不同，故其内所分配的推进剂流量是不同，但其内的推进剂皆沿喷注器本体径向喷射，能够与火焰喷射通道相配合，分别形成第一次燃烧和第二次燃烧，既有利于使总体燃烧更为充分，且在一定程度上抑制燃烧不稳定性的发生此外，鉴于辅喷注通道设于阶台内，故其位置靠近喷注器本体的封闭端，此处特殊的结构特征能够利用辅喷注通道对圆形端面进行对流换热冷却，实现主动冷却的效果。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1是本申请的主剖图结构示意图；
图2是本申请的俯视图结构示意图；
图3是本申请中火焰喷射通道的纵向剖视图结构示意图。
图中：1、喷注器本体；2、主喷注孔；3、阶台；4、辅喷注通道；5、隔离腔；6、柱状火焰通道；7、保护腔；8、火焰喷射通道；9、喷注通道。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
请参考图1和图2所公开的一种适用于内嵌点火装置的主动冷却式针栓喷注器。
一种适用于内嵌点火装置的主动冷却式针栓喷注器，包括：一端封闭且一端开口的中空柱状喷注器本体1，所述喷注器本体1靠近其封闭端的侧壁上设有环形阵列排布的多个主喷注孔2。
本实施例中，喷注器本体为本实施例中的基础结构，其上和其内用于安装其他组件，所述喷注器本体1为中空结构，其两端中一端封闭，称为封闭端；其两端中另一端开口，用于注入高温燃气或者推进剂。
主喷注孔2，本实施例中的关键结构，其环形阵列地排布在所述喷注器本体1靠近其封闭端的侧壁上。所述主喷注孔，用于将推进剂自喷注器本体1内导出至所述喷注器本体1的侧壁。
实际使用中，第一种推进剂60％～80％的流量由主喷注孔喷出，与喷注器本体外的第二种推进剂冲撞雾化，形成一次燃烧。
所述喷注器本体1的封闭端内壁上还设有多个环形阵列排布的多个阶台3且所述阶台3内设有沿封闭端径向延伸的辅喷注通道4。
阶台3，在所述喷注器本体1的封闭端内壁上环形阵列地排布，优选地，所述阶台的数量为三个。更为优选地，所述阶台的横截面为扇形结构。
辅喷注通道4，用于将推进剂自喷注器本体1内导出至所述喷注器本体1的侧壁。在实际使用中，相较于主喷注孔，辅喷注通道4利用喷注器本体的阶台的结构获得了更长的行走路径，且其位置尽可能地靠近喷注器本体的封闭端，此处特殊的结构特征能够利用辅喷注通道对喷注器本体的封闭端进行对流换热冷却，实现主动冷却的效果。
在冷却喷注器本体的封闭端的功能以外，辅喷注通道喷射的第一种推进剂也将与喷注器本体外的第二种推进剂冲撞并产生燃烧，此类二次燃烧有利于使总体的燃烧更为充分，且在一定程度上抑制燃烧不稳定性的发生。
具体地，所述阶台要避让所述主喷注孔的位置。在任一可选的实施例中，所述阶台3为扇形结构。
在任一可选的实施例中，所述阶台3内设有多个辅喷注通道4。
所述喷注器本体1的封闭端内壁正中设有沿喷注器本体1轴向延伸的中空柱状隔离腔5且所述隔离腔5的正中设有中空柱状火焰通道6。
隔离腔5，其设于所述喷注器本体1的封闭端内壁正中，其整体呈中空结构，且其内用于容纳滞止空气或真空，导热率极低，在高温火焰通道与推进剂(低温)之间形成了良好的热屏障，最大限度地阻止二者之间的热传递。
火焰通道6为中空柱状结构，其设于隔离腔5的正中，其用于将上游点火器产生的高温燃气输送至喷注器本体的封闭端，再经由封闭端设有的火焰喷射通道8向喷注器本体外侧喷射。
经由主喷注孔2和辅喷注通道4喷射至喷注器本体1的侧壁的推进剂再所述喷注器本体1的封闭端形成雾化区，所述高温燃气经由火焰喷射通道8向雾化区喷射，点燃发动机的燃烧室。
两所述阶台3之间还设有沿封闭端径向延伸的中空柱状火焰喷射通道8，所述火焰喷射通道8均与火焰通道6相连通。
火焰喷射通道8，其与火焰通道6相连通，用于将火焰引导至喷注器本体1外侧，在所述封闭端内壁上分布有多个火焰喷射通道8，用于对火焰通道6内的火焰进行均匀引导。
在任一可选地实施例中，所述喷注器本体1的封闭端上还环形阵列地排布有多组喷注单元，所述喷注单元包括：两个喷注通道9且所述喷注通道9贯穿喷注器本体1的封闭端；所述喷注通道9上相对远离辅喷注通道4的一端开口相互靠近。
喷注单元，设置于所述喷注器本体1的封闭端上，其包括：两个喷注通道9且所述喷注通道9贯穿喷注器本体1的封闭端；故两个喷注通道9亦能够将第一推进剂自喷注器本体1内导出至所述喷注器本体1的封闭端外侧。
此外，两个所述喷注通道9上相对远离辅喷注通道4的一端开口相互靠近，基于此设计，两个所述喷注通道内喷射的第一推进剂能够相互碰击，在所述封闭端端面附近形成雾化区，雾化区将注器本体的封闭端与火焰隔离，进一步保证了喷注器本体的封闭端端面不受火焰侵蚀。
优选地，请参考图2，所述喷注通道9上相对靠近辅喷注通道4的一端开口共同沿封闭端的径向分布。在此设计中，每组喷注单元中的两个喷注通道上相对靠近辅喷注通道4的一端开口共同沿封闭端的径向分布。
优选地，所述喷注单元与所述阶台3的数量一一对应。
优选地，请参考图2，所述阶台3为扇形结构。
优选地，所述阶台3内设有多个辅喷注通道4。
优选地，所述阶台3的高度小于所述主喷注孔2的高度。此设计为了避免阶台对主喷注孔产生遮挡效应。
在任一可选地实施例中，所述火焰喷射通道8的侧壁设有与所述隔离腔5连通的保护腔7。
请参考图1和图3，保护腔7的作用与隔离腔作用相同，不同的是，保护腔设置在所述火焰喷射通道8的侧壁。其内与隔离腔连通，故其内也用于容纳滞止空气或真空，导热率极低，在高温火焰通道与推进剂(低温)之间形成了良好的热屏障，最大限度地阻止二者之间的热传递。
请参考图3，考虑到在具体的设计中，保护腔7不会使得火焰喷射通道8体积过大，在任一可选地实施例中，所述保护腔7位于所述火焰喷射通道8的上方且其纵截面为扇形结构。
请参考图1，基于此设计，保护腔7既能够隔离推进剂与火焰喷射通道，同时不会导致火焰喷射通道8体积过大。
在任一可选地实施例中，所述主动冷却式针栓喷注器由增材制造的方式完成加工。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。
Claims (10)
1.一种适用于内嵌点火装置的主动冷却式针栓喷注器，其特征在于：
包括：一端封闭且一端开口的中空柱状喷注器本体(1)，所述喷注器本体(1)靠近其封闭端的侧壁上设有环形阵列排布的多个主喷注孔(2)；所述喷注器本体(1)的封闭端内壁上还设有多个环形阵列排布的多个阶台(3)且所述阶台(3)内设有沿封闭端径向延伸的辅喷注通道(4)；
所述喷注器本体(1)的封闭端内壁正中设有沿喷注器本体(1)轴向延伸的中空柱状隔离腔(5)且所述隔离腔(5)的正中设有中空柱状火焰通道(6)；
两所述阶台(3)之间还设有沿封闭端径向延伸的中空柱状火焰喷射通道(8)，所述火焰喷射通道(8)均与火焰通道(6)相连通。
2.根据权利要求1所述的一种适用于内嵌点火装置的主动冷却式针栓喷注器，其特征在于：所述喷注器本体(1)的封闭端上还环形阵列地排布有多组喷注单元，所述喷注单元包括：两个喷注通道(9)且所述喷注通道(9)贯穿喷注器本体(1)的封闭端；
所述喷注通道(9)上相对远离辅喷注通道(4)的一端开口相互靠近。
3.根据权利要求2所述的一种适用于内嵌点火装置的主动冷却式针栓喷注器，其特征在于：所述喷注通道(9)上相对靠近辅喷注通道(4)的一端开口共同沿封闭端的径向分布。
4.根据权利要求3所述的一种适用于内嵌点火装置的主动冷却式针栓喷注器，其特征在于：所述喷注单元与所述阶台(3)的数量一一对应。
5.根据权利要求1至4任一项所述的一种适用于内嵌点火装置的主动冷却式针栓喷注器，其特征在于：所述阶台(3)为扇形结构。
6.根据权利要求1至4任一项所述的一种适用于内嵌点火装置的主动冷却式针栓喷注器，其特征在于：所述阶台(3)内设有多个辅喷注通道(4)。
7.根据权利要求1至4任一项所述的一种适用于内嵌点火装置的主动冷却式针栓喷注器，其特征在于：所述阶台(3)的高度小于所述主喷注孔(2)的高度。
8.根据权利要求1至4任一项所述的一种适用于内嵌点火装置的主动冷却式针栓喷注器，其特征在于：所述火焰喷射通道(8)的侧壁设有与所述隔离腔(5)连通的保护腔(7)。
9.根据权利要求8所述的一种适用于内嵌点火装置的主动冷却式针栓喷注器，其特征在于：所述保护腔(7)位于所述火焰喷射通道(8)的上方且其纵截面为扇形结构。
10.根据权利要求1至4任一项所述的一种适用于内嵌点火装置的主动冷却式针栓喷注器，其特征在于：所述主动冷却式针栓喷注器由增材制造的方式完成加工。
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