CN109780541B - 可实现大范围变工况的气动雾化液液喷注方法及喷注器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种可实现大范围变工况的气动雾化液液喷注方法及喷注器，喷注器包括雾化气体集气腔、燃料集液腔与氧化剂集液腔；雾化气体集气腔底部开有雾化气体喷嘴，燃料集液腔与氧化剂集液腔底部分别开有燃料喷嘴与氧化剂喷嘴；燃料喷嘴与氧化剂喷嘴的出口端分别与不同雾化气体集气腔的雾化气体喷嘴的中间段以一定的角度相连通；分别形成燃料雾状射流与氧化剂雾状射流，燃料雾状射流与氧化剂雾状射流在一点上进行撞击，进一步加强雾化、混合，为燃料和氧化剂高质量燃烧提供保障条件。

Description

可实现大范围变工况的气动雾化液液喷注方法及喷注器

技术领域

本发明涉及一种可实现大范围变工况的气动雾化液液喷注方法及喷注器。

背景技术

高马赫数、高性能吸气式发动机在研制过程中需进行地面试验来模拟发动机进口气流沿弹道连续变化的能力，这就需要地面试验系统的加热器能够覆盖较宽的流量、温度范围。目前地面试验系统加热器的喷注器大部分采用离心喷嘴雾化氧化剂和燃料，该喷嘴属于压力式喷嘴，流量变化范围较大时，喷嘴压降会变得非常高，限制了单台加热器的流量调节范围(通常2～3倍)。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种可实现大范围变工况的气动雾化液液喷注方法及喷注器，解决液体推进剂在极低喷注压降下雾化质量差及液液非自燃推进剂大范围变工况下的高效稳定燃烧的问题。采用气动雾化及燃料和氧化剂互击技术，具有流量和室压变化范围宽、极低喷注压降下燃烧稳定的特点。

本发明的技术解决方案是提供一种可实现大范围变工况的气动雾化液液喷注方法，雾化气体与燃料掺混、雾化，形成燃料雾状射流；雾化气体与氧化剂掺混、雾化，形成氧化剂雾状射流；燃料雾状射流与氧化剂雾状射流在一点上进行撞击。

本发明还提供一种能够实现上述方法的气动雾化液液喷注器，其特殊之处在于：包括n个雾化气体集气腔、m个燃料集液腔与m个氧化剂集液腔；n≥2；

上述雾化气体集气腔底部开有雾化气体喷嘴，燃料集液腔与氧化剂集液腔底部分别开有燃料喷嘴与氧化剂喷嘴；

上述燃料喷嘴与氧化剂喷嘴的出口端分别与不同雾化气体集气腔的雾化气体喷嘴的中间段以一定的角度相交并连通；

与燃料喷嘴连通的雾化气体喷嘴与与氧化剂喷嘴连通的雾化气体喷嘴的轴向延长线在某一点相交。

进一步地，该喷注器还包括喷注盘；雾化气体集气腔、燃料集液腔及氧化剂集液腔分别为开设在喷注盘上端面的凹槽，分别为雾化气体槽、燃料槽及氧化剂槽；各凹槽底部开设相应的喷嘴，雾化气体喷嘴的出口端与外界连通，燃料喷嘴与氧化剂喷嘴在喷注盘主体内与不同雾化气体集气腔的雾化气体喷嘴相交后连通。

进一步地，上述凹槽为环形槽，其中一个雾化气体槽位于喷注盘中心，燃料槽、氧化剂槽及其余雾化气体槽均以喷注盘中心为中心同心设置。

进一步地，n＝2，m＝1，分别将两个雾化气体集气腔定义为第一雾化气体集气腔与第二雾化气体集气腔；第一雾化气体集气腔、燃料集液腔、氧化剂集液腔、第二雾化气体集气腔由内到外依次排布。

进一步地，该喷注器还包括分别扣设在第一雾化气体集气腔、燃料集液腔、氧化剂集液腔、第二雾化气体集气腔开口端的第一雾化气体集气腔盖板、燃料集液腔盖板、氧化剂集液腔盖板、第二雾化气体集气腔盖板，各盖板上开有小孔。

进一步地，雾化气体喷嘴、燃料喷嘴与氧化剂喷嘴为多个，分别沿雾化气体集气腔、燃料集液腔、氧化剂集液腔底部周向均布。

本发明的有益效果在于：

1、本发明采用两路雾化气体分别带动燃料及氧化剂，在交界面上依靠气液两相间剧烈的动量交换，形成燃料雾状射流及氧化剂雾状射流，且燃料雾状射流及氧化剂雾状射流互击，两种推进剂高效雾化和混合，实现了液液非自燃推进剂大范围变工况下的高效稳定燃烧。

2、本发明采用直流撞击式喷注器结构，利用气动调节实现了液液喷注器大范围变工况的稳定燃烧，流量变化范围达到10.2倍，工作范围远远超过现有采用离心喷嘴的喷注器流量变化范围(通常2～3倍)。将其应用于试验系统，一方面可以模拟宽广的发动机进口气流参数，另一方面使用该喷注器的加热器可以替代多台现有使用离心喷嘴的加热器，降低研制成本；将其应用于液体火箭发动机，可以实现大范围变推力工作。

附图说明

图1为实施例中大范围变工况的气动雾化液液喷注器示意图。

图2为沿图1A-A线的剖视图；

图中附图标记为：1-第一喷嘴，2-第二喷嘴，3-喷注盘，4-第二雾化气体集气腔盖板，5-氧化剂集液腔盖板，6-燃料集液腔盖板，7-第一雾化气体集气腔盖板，8-第一雾化气体集气腔，9-燃料集液腔，10-氧化剂集液腔，11-第二雾化气体集气腔，12-燃料喷嘴，13-氧化剂喷嘴。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

本发明采用气动雾化及燃料和氧化剂互击技术，解决液体推进剂在极低喷注压降下雾化质量差及液液非自燃推进剂大范围变工况下的高效稳定燃烧的问题，具体可通过下述方法实现：雾化气体与燃料掺混、雾化，形成燃料雾状射流；雾化气体与氧化剂掺混、雾化，形成氧化剂雾状射流；燃料雾状射流与氧化剂雾状射流在一点上进行撞击，进一步加强雾化、混合。

为了实现上述方法本发明公开一种液液喷注器，包括n个雾化气体集气腔、m个燃料集液腔与m个氧化剂集液腔；n≥2。雾化气体集气腔底部开有雾化气体喷嘴，燃料集液腔与氧化剂集液腔底部分别开有燃料喷嘴与氧化剂喷嘴；燃料喷嘴与氧化剂喷嘴分别与不同雾化气体集气腔的雾化气体喷嘴相连通；与燃料喷嘴连通的雾化气体喷嘴与与氧化剂喷嘴连通的雾化气体喷嘴的轴向延长线在某一点相交。

实施例一

该实施例以n＝2，m＝1为例进行说明，如图1所示，本实施例大范围变工况的气动雾化液液喷注器包括喷注盘3，喷注盘3上端面开设凹槽，各凹槽分别形成第一雾化气体集气腔8、燃料集液腔9、氧化剂集液腔10及第二雾化气体集气腔11，第一雾化气体集气腔8位于喷注盘3上端面中心，燃料集液腔9、氧化剂集液腔10及第二雾化气体集气腔11为以第一雾化气体集气腔8中心为圆心的环形腔体。本实施例中从最外圈到中心依次为第二雾化气体集气腔11、氧化剂集液腔10、燃料集液腔9及第一雾化气体集气腔8。第一雾化气体集气腔8底部开有第一喷嘴1，燃料集液腔9底部开有燃料喷嘴12、氧化剂集液腔10底部开有氧化剂喷嘴13，第二雾化气体集气腔11底部开有第二喷嘴2，各喷嘴均为多个，分别沿第一雾化气体集气腔8、燃料集液腔9、氧化剂集液腔10及第二雾化气体集气腔11底部周向均布。所有第一喷嘴1与第二喷嘴2的出口端与外界连通(图1中第一喷嘴1出口端在喷注盘3底部呈环状排布，第二喷嘴2出口端在喷注盘3底部也呈环状排布，且由第一喷嘴1和第二喷嘴2中喷出的气液混合物在喷注器面下游进行撞击)，各燃料喷嘴12与各氧化剂喷嘴13在喷注盘3主体内分别与各第一喷嘴1与各第二喷嘴2相交并连通。第一雾化气体集气腔8、燃料集液腔9、氧化剂集液腔10、第二雾化气体集气腔11开口端分别设有第一雾化气体集气腔盖板7、燃料集液腔盖板6、氧化剂集液腔盖板5、第二雾化气体集气腔盖板4，各盖板上开有小孔，作为雾化气体、氧化剂及燃料进口。

本实施例工作过程是：

雾化气体由相应进口进入第一雾化气体集气腔8和第二雾化气体集气腔11，燃料和氧化剂分别由相应的进口进入燃料集液腔9、氧化剂集液腔10，第一雾化气体集气腔8中的雾化气体和燃料集液腔9中的燃料分别进入第一喷嘴1中，在喷嘴内掺混、雾化，由第一喷嘴1喷出，第二雾化气体集气腔11中的雾化气体和氧化剂集液腔10中的氧化剂分别进入第二喷嘴2中，在喷嘴内掺混、雾化，由第二喷嘴2喷出。由第一喷嘴1和第二喷嘴2中喷出的气液混合物在喷注器面下游进行撞击，进一步加强雾化、混合。

该喷注器成功应用于某直连试验台加热装置研制，热试考核表明产品结构可靠，流量变比超过10倍，性能满足要求。该喷注器技术可以推广应用于类似大范围变工况调节的加热装置以及大范围变推力发动机燃烧室的设计。

实施例二

当n>2时，在第二雾化气体集气腔11的外圈继续布设相应的腔室即可，燃料雾状射流与氧化剂雾状射流通过相应的雾化气体喷嘴在一点上进行撞击。

Claims (7)

1.一种可实现大范围变工况的气动雾化液液喷注方法，其特征在于：雾化气体与燃料掺混、雾化，形成燃料雾状射流；雾化气体与氧化剂掺混、雾化，形成氧化剂雾状射流；燃料雾状射流与氧化剂雾状射流在一点上进行撞击。

2.一种能够实现权利要求1所述方法的气动雾化液液喷注器，其特征在于：包括n个雾化气体集气腔、m个燃料集液腔与m个氧化剂集液腔；n≥2；

所述雾化气体集气腔底部开有雾化气体喷嘴，燃料集液腔与氧化剂集液腔底部分别开有燃料喷嘴与氧化剂喷嘴；

所述燃料喷嘴与氧化剂喷嘴的出口端分别与不同雾化气体集气腔的雾化气体喷嘴的中间段以一定的角度相连通；

与燃料喷嘴连通的雾化气体喷嘴与与氧化剂喷嘴连通的雾化气体喷嘴的轴向延长线在某一点相交。

3.根据权利要求2所述的气动雾化液液喷注器，其特征在于：还包括喷注盘；

雾化气体集气腔、燃料集液腔及氧化剂集液腔分别为开设在喷注盘上端面的凹槽，分别为雾化气体槽、燃料槽及氧化剂槽；各凹槽底部开设相应的喷嘴，雾化气体喷嘴的出口端与外界连通，燃料喷嘴与氧化剂喷嘴在喷注盘主体内与不同雾化气体集气腔的雾化气体喷嘴相交后连通。

4.根据权利要求3所述的气动雾化液液喷注器，其特征在于：所述凹槽为环形槽，其中一个雾化气体槽位于喷注盘中心，燃料槽、氧化剂槽及其余雾化气体槽均以喷注盘中心为中心同心设置。

5.根据权利要求4所述的气动雾化液液喷注器，其特征在于：n＝2，m＝1，分别将两个雾化气体集气腔定义为第一雾化气体集气腔与第二雾化气体集气腔；第一雾化气体集气腔、燃料集液腔、氧化剂集液腔、第二雾化气体集气腔由内到外依次排布。

6.根据权利要求5所述的气动雾化液液喷注器，其特征在于：还包括分别扣设在第一雾化气体集气腔、燃料集液腔、氧化剂集液腔、第二雾化气体集气腔开口端的第一雾化气体集气腔盖板、燃料集液腔盖板、氧化剂集液腔盖板、第二雾化气体集气腔盖板，各盖板上开有小孔。

7.根据权利要求4所述的气动雾化液液喷注器，其特征在于：雾化气体喷嘴、燃料喷嘴与氧化剂喷嘴为多个，分别沿雾化气体集气腔、燃料集液腔、氧化剂集液腔底部周向均布。