CN110714856A - 喷注器、火箭发动机和火箭 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种喷注器、火箭发动机和火箭，涉及运载工具的技术领域。其中，喷注器包括上底、中底和下底，中底的一侧与上底连接，且中底与上底之间设置有集气腔以及连通集气腔和燃烧室的气体通道，集气腔具有进气口；中底的另一侧与下底连接，且中底与下底之间设置有集液腔，集液腔具有进液口；喷注器还包括针栓，针栓贯穿下底、集液腔和中底，且针栓与下底密封连接，针栓与中底之间设置有用于连通集液腔和燃烧室的液体通道。该喷注器中，气体推进剂能够由进气口进入集气腔，再经气体通道进入燃烧室，液体推进剂能够由进液口进入集液腔，再经液体通道进入燃烧室，即该喷注器能够实现一种气体和一种液体的双组元推进剂的喷注。

Description

喷注器、火箭发动机和火箭

技术领域

本发明涉及运载工具技术领域，尤其是涉及一种喷注器、火箭发动机和火箭。

背景技术

喷注器是火箭发动机的关键部件，传统的喷注器喷注面积固定，如直流撞击式喷注器、同轴离心式喷注器等，喷注器喷注压降随推进剂流量变化呈平方次关系，喷注器的流量调节范围最多仅可达到3:1。针栓式喷注器由于独特的结构设计可以实现对推进剂喷注面积的调节，将喷注器的喷注压降控制在合理的范围内，在大范围流量调节的过程中，保持良好的雾化、蒸发、掺混过程，保证稳定燃烧，达到较高的燃烧效率。

现有技术中，针栓式喷注器多使用有毒自燃推进剂或低温推进剂，且推进剂均为双组元液体推进剂，种类虽然很多，但在一定程度上限制了针栓式喷注器使用的推进剂的范围。同时，针栓式喷注器结构的设计和改进更多着眼于两种液体推进剂从喷注器喷出后的雾化、蒸发、掺混和燃烧过程，以维持较高的燃烧效率，缺乏适用于一种气体和一种液体的双组元推进剂的针栓式喷注器。

发明内容

本发明的第一个目的在于提供一种喷注器，以缓解现有技术中缺乏适用于一种气体和一种液体的双组元推进剂的针栓式喷注器的技术问题。

本发明提供的喷注器，包括上底、中底和下底，所述中底的一侧与所述上底连接，且所述中底与所述上底之间设置有集气腔以及连通所述集气腔和火箭发动机的燃烧室的气体通道，所述集气腔具有进气口；所述中底的另一侧与所述下底连接，且所述中底与所述下底之间设置有集液腔，所述集液腔具有进液口；

所述喷注器还包括针栓，所述针栓贯穿所述下底、所述集液腔和所述中底，且所述针栓与所述下底密封连接，所述针栓与所述中底之间设置有用于连通所述集液腔和火箭发动机的燃烧室的液体通道。

进一步地，所述喷注器还包括驱动件，所述驱动件的驱动端与所述针栓固定连接，所述驱动件用于驱动所述针栓沿所述针栓的轴向运动。

进一步地，所述喷注器还包括控制器，所述驱动件与所述控制器连接，所述控制器用于控制所述驱动件运动。

进一步地，所述针栓包括可拆卸式固定连接的针栓头部和针栓身部，且所述针栓头部远离所述针栓身部的一端位于燃烧室内，所述针栓身部远离所述针栓头部的一端与所述驱动件固定连接。

进一步地，所述上底设置有第一通孔，所述中底设置有用于所述针栓穿过的筒状部，所述筒状部插设于所述第一通孔；

所述第一通孔的孔壁设置有多个第一肋条，多个所述第一肋条均沿所述第一通孔的轴向延伸，且多个所述第一肋条与所述筒状部的外周壁接触，任意相邻的两个所述第一肋条之间均形成所述气体通道。

进一步地，所述第一肋条的数量为四个，四个所述第一肋条沿所述第一通孔的周向均匀分布。

进一步地，所述针栓头部的侧面沿其周向设置有多个第二肋条，多个所述第二肋条均沿所述针栓头部的轴向延伸，且多个所述第二肋条均与所述筒状部的内周壁接触，任意相邻的两个所述第二肋条之间均形成液体通道。

进一步地，所述第二肋条的数量为三个，三个所述第二肋条沿所述针栓头部的周向均匀分布。

本发明提供的喷注器能够产生以下有益效果：

本发明提供的喷注器，包括上底、中底和下底，中底的一侧与上底连接，且中底与上底之间设置有集气腔以及连通集气腔和火箭发动机的燃烧室的气体通道，集气腔具有进气口；中底的另一侧与下底连接，且中底与下底之间设置有集液腔，集液腔具有进液口；喷注器还包括针栓，针栓贯穿下底、集液腔和中底，且针栓与下底密封连接，针栓与中底之间设置有用于连通集液腔和火箭发动机的燃烧室的液体通道。

本发明提供的喷注器，气体推进剂能够由进气口进入集气腔，再经气体通道进入火箭发动机的燃烧室，液体推进剂能够由进液口进入集液腔，再经液体通道进入火箭发动机的燃烧室，即该喷注器能够实现一种气体和一种液体的双组元推进剂的喷注。

本发明的第二个目的在于提供一种火箭发动机，以缓解现有技术中缺乏适用于一种气体和一种液体的双组元推进剂的针栓式喷注器的技术问题。

本发明提供的火箭发动机，包括上述喷注器。

本发明提供的火箭发动机，具有上述喷注器的全部有益效果，故在此不再赘述。

本发明的第三个目的在于提供一种火箭，以缓解现有技术中缺乏适用于一种气体和一种液体的双组元推进剂的针栓式喷注器的技术问题。

本发明提供的火箭发动机，包括上述火箭发动机。

本发明提供的火箭发动机，具有上述火箭发动机的全部有益效果，故在此不再赘述。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的喷注器的结构示意图；

图2为图1的A-A剖视图；

图3为本发明实施例提供的喷注器的局部结构剖视图；

图4为图3的B-B剖视图。

图标：

100-上底；200-中底；300-下底；400-针栓头部；500-针栓身部；600-驱动件；

150-集气腔；160-气体通道；210-进气口；250-集液腔；260-液体通道；270-喷液嘴；310-进液口；

710-第一密封件；720-第二密封件；730-第三密封件。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本实施例提供一种喷注器，图1为本实施例提供的喷注器的结构示意图，图2为图1的A-A剖视图，如图1和图2所示，该喷注器包括上底100、中底200和下底300，中底200的一侧与上底100连接，且中底200与上底100之间设置有集气腔150以及连通集气腔150和火箭发动机的燃烧室的气体通道160，集气腔150具有进气口210；中底200的另一侧与下底300连接，且中底200与下底300之间设置有集液腔250，集液腔250具有进液口310；喷注器还包括针栓，针栓贯穿下底300、集液腔250和中底200，且针栓与下底300密封连接，针栓与中底200之间设置有用于连通集液腔250和火箭发动机的燃烧室的液体通道260。

图3为本实施例提供的喷注器的局部结构示意图，如图3所示，本实施例提供的喷注器，气体推进剂能够由进气口210进入集气腔150，再经气体通道160进入火箭发动机的燃烧室，液体推进剂能够由进液口310进入集液腔250，再经液体通道260进入火箭发动机的燃烧室，即该喷注器能够实现一种气体和一种液体的双组元推进剂的喷注。

具体地，如图2所示，本实施例中，进气口210开设于中底200，进液口310开设于下底300。

更具体地，本实施例中，进气口210的数量为两个，两个进气口210相对设置；进液口310的数量为一个。

需要说明的是，在本申请的其他实施例中，进气口210的数量不限于两个，例如：进气口210的数量可以为三个，且三个进气口210可以沿喷注器的周向均匀设置；进液口310的数量也不限于一个，例如：进液口310的数量可以为两个，且两个进液口310可以相对设置。

具体地，本实施例中，如图2所示，上底100与中底200固定连接，且上底100与中底200之间设置有第一密封件710。

更具体地，本实施例中，第一密封件710为第一密封圈。

具体地，本实施例中，如图2所示，中底200与下底300之间固定连接，且中底200与下底300之间设置有第二密封件720。

更具体地，本实施例中，第二密封件720为第二密封圈。

本实施例中，喷注器还包括驱动件600，驱动件600的驱动端与针栓固定连接，驱动件600用于驱动针栓沿针栓的轴向运动。不同于传统的流量定位的针栓式喷注器使用高刚度的特型弹簧随液体推进剂流量的改变进行压降的自适应调节，以保持液体推进剂喷注压降的基本恒定，本实施例提供的喷注器通过驱动件600带动针栓运动，进而控制液体推进剂的喷注面积，以机械定位的方式控制液体推进剂的喷注压降，使得液体推进剂的喷注压降能够进行主动调节，从而使得即使在实施大范围推力调节时，液体推进剂的喷注压降仍然能够保持稳定，所以该喷注器能够实现液体推进剂大流量调节比的调节。经试验证实，在流量调节比为20:1的情况下，该喷注器仍然能够将喷注压降控制在合理范围内，并很好地完成液体推进剂的雾化以及和气体推进剂的掺混，实现较高的燃烧效率。

需要说明的是，有关喷注器的试验为本领域的常规操作，本领域技术人员有能力自主实施，所以在此不作赘述。

本实施例中，喷注器还包括控制器，驱动件600与控制器连接，控制器用于控制驱动件600运动。

需要说明的是，使用控制器控制驱动件600运动为常规手段，本领域技术人员有能力自主实施，所以在此不作赘述。

本实施例中，针栓包括可拆卸式固定连接的针栓头部400和针栓身部500，且针栓头部400远离针栓身部500的一端位于燃烧室内，针栓身部500远离针栓头部400的一端与驱动件600固定连接。针栓头部400和针栓身部500能够分别先与其他部件进行组装，然后再连接到一起，提高了喷注器组装的灵活性。

具体地，针栓头部400和针栓身部500可以螺纹连接。

本实施例中，如图2和图3所示，针栓头部400包括半球状部、杆状部和螺纹连接部，半球状部的半径大于杆状部的半径，且半球状部的球面远离杆状部，半球状部的平面与中底200之间形成喷液嘴270；螺纹连接部用于与针栓身部500连接；杆状部连接于半球状部和螺纹连接部之间。驱动件600带动针栓运动时，喷液嘴270的大小发生变化，液体推进剂的喷注面积也同时发生变化。

本实施例中，针栓头部400的半球状部、杆状部和螺纹连接部一体制成。

图4为图3的B-B剖视图，本实施例中，如图3和图4所示，上底100设置有第一通孔，中底200设置有用于针栓穿过的筒状部，筒状部插设于第一通孔；第一通孔的孔壁设置有多个第一肋条，多个第一肋条均沿第一通孔的轴向延伸，且多个第一肋条与筒状部的外周壁接触，任意相邻的两个第一肋条之间均形成气体通道160。第一肋条对筒状部起到限位作用，使其在第一通孔内的位置稳定性增加，从而气体推进剂在气体通道160内的流动稳定性也增加，进而有利于液体推进剂的雾化以及气体推进剂和液体推进剂的掺混等，最终有利于提高燃烧效率。

具体地，请继续如图4所示，第一肋条的数量为四个，四个第一肋条沿第一通孔的周向均匀分布。此种设置形式能够提高各气体通道160内气体推进剂喷注量的均匀性，从而进一步提高液体推进剂的雾化效果、气体推进剂和液体推进剂的掺混效果以及燃烧效率。

需要说明的是，第一肋条的数量不限于四个，例如：第一肋条的数量也可以为三个，且三个第一肋条沿第一通孔的周向均匀分布。

本实施例中，如图2所示，针栓头部400与针栓身部500的连接处位于集液腔250内。相比于针栓头部400与针栓身部500的连接处位于中底200的筒状部内，本实施例的设置方式能够使得围成液体通道260的针栓的侧面全部为针栓头部400的侧面，没有面与面之间的过渡，从而液体推进剂在液体通道260内的流动阻力较小，流动更加顺畅。

本实施例中，如图3和图4所示，针栓头部400的侧面沿其周向设置有多个第二肋条，多个第二肋条均沿针栓头部400的轴向延伸，且多个第二肋条均与筒状部的内周壁接触，任意相邻的两个第二肋条之间均形成液体通道260。第二肋条对针栓头部起到限位作用，使其在筒状部内的位置稳定性增加，从而液体推进剂在液体通道260内的流动稳定性也增加，进而有利于进一步提高液体推进剂的雾化效果、液体推进剂和气体推进剂的掺混效果以及燃烧效率。

具体地，请继续如图4所示，第二肋条的数量为三个，三个第二肋条沿针栓头部400的周向均匀分布。此种设置形式能够提高各液体通道260内液体推进剂喷注量的均匀性，进一步提高液体推进剂的雾化效果、液体推进剂和气体推进剂的掺混效果以及燃烧效率。

需要说明的是，第二肋条的数量不限于三个，例如：第二肋条的数量也可以为五个，且五个第二肋条沿针栓头部400的周向均匀分布。

本实施例中，上底100的第一通孔、中底200的筒状部以及针栓头部400同轴设置。如此设置能够使得各气体通道160的横截面一致，从而能够进一步提高气体推进剂在气体通道160内的流动稳定性；如此设置也能够使得各液体通道260的横截面一致，从而能够进一步提高液体推进剂在液体通道260内的流动稳定性。

本实施例中，如图2所示，下底300开设有第二通孔，针栓身部500穿过第二通孔且与下底300密封连接。

具体地，本实施例中，如图2所示，针栓身部500与下底300之间设置有第三密封件730。

更具体地，本实施例中，第三密封件730为第三密封圈。

本实施例还提供一种火箭发动机，该火箭发动机包括上述喷注器。

具体地，本实施例提供的火箭发动机为上面级发动机或空间姿轨控发动机。

本实施例提供的火箭发动机，具有上述喷注器的全部有益效果，故在此不再赘述。

本实施例还提供一种火箭，该火箭发动机包括上述火箭发动机。

本实施例提供的火箭，具有上述火箭发动机的全部有益效果，故在此不再赘述。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种喷注器，其特征在于，包括上底(100)、中底(200)和下底(300)，所述中底(200)的一侧与所述上底(100)连接，且所述中底(200)与所述上底(100)之间设置有集气腔(150)以及连通所述集气腔(150)和火箭发动机的燃烧室的气体通道(160)，所述集气腔(150)具有进气口(210)；所述中底(200)的另一侧与所述下底(300)连接，且所述中底(200)与所述下底(300)之间设置有集液腔(250)，所述集液腔(250)具有进液口(310)；

所述喷注器还包括针栓，所述针栓贯穿所述下底(300)、所述集液腔(250)和所述中底(200)，且所述针栓与所述下底(300)密封连接，所述针栓与所述中底(200)之间设置有用于连通所述集液腔(250)和火箭发动机的燃烧室的液体通道(260)。

2.根据权利要求1所述的喷注器，其特征在于，所述喷注器还包括驱动件(600)，所述驱动件(600)的驱动端与所述针栓固定连接，所述驱动件(600)用于驱动所述针栓沿所述针栓的轴向运动。

3.根据权利要求2所述的喷注器，其特征在于，所述喷注器还包括控制器，所述驱动件(600)与所述控制器连接，所述控制器用于控制所述驱动件(600)运动。

4.根据权利要求2或3所述的喷注器，其特征在于，所述针栓包括可拆卸式固定连接的针栓头部(400)和针栓身部(500)，且所述针栓头部(400)远离所述针栓身部(500)的一端位于燃烧室内，所述针栓身部(500)远离所述针栓头部(400)的一端与所述驱动件(600)固定连接。

5.根据权利要求4所述的喷注器，其特征在于，所述上底(100)设置有第一通孔，所述中底(200)设置有用于所述针栓穿过的筒状部，所述筒状部插设于所述第一通孔；

所述第一通孔的孔壁设置有多个第一肋条，多个所述第一肋条均沿所述第一通孔的轴向延伸，且多个所述第一肋条与所述筒状部的外周壁接触，任意相邻的两个所述第一肋条之间均形成所述气体通道(160)。

6.根据权利要求5所述的喷注器，其特征在于，所述第一肋条的数量为四个，四个所述第一肋条沿所述第一通孔的周向均匀分布。

7.根据权利要求5所述的喷注器，其特征在于，所述针栓头部(400)的侧面沿其周向设置有多个第二肋条，多个所述第二肋条均沿所述针栓头部(400)的轴向延伸，且多个所述第二肋条均与所述筒状部的内周壁接触，任意相邻的两个所述第二肋条之间均形成液体通道(260)。

8.根据权利要求7所述的喷注器，其特征在于，所述第二肋条的数量为三个，三个所述第二肋条沿所述针栓头部(400)的周向均匀分布。

9.一种火箭发动机，其特征在于，包括权利要求1-8任一项所述的喷注器。

10.一种火箭，其特征在于，包括权利要求9所述的火箭发动机。

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