CN111120148B - 一种集成点火和防回火功能的预混推进剂喷注器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种集成点火和防回火功能的预混推进剂喷注器，解决氧化亚氮基预混推进剂燃烧存在回火的问题。该预混推进剂喷注器包括电火花塞、电火花塞座、集液腔外壳体、多孔材料喷注体、喷注板和推进剂入口导管；电火花塞座和喷注板依次套装在电火花塞底端；多孔材料喷注体嵌套在喷注板顶端的环形凹槽内；喷注板的底端设置有多个直流喷注孔，直流喷注孔的一端与多孔材料喷注体相通，另一端与燃烧室相通；集液腔外壳体套装在电火花塞座外侧，与多孔材料喷注体、喷注板之间形成环状的集液腔；推进剂入口导管设置在集液腔外壳体外侧。推进剂沿推进剂入口导管进入集液腔内，经由多孔材料喷注体和直流喷注孔均匀喷注雾化，并由电火花塞实现点火。

Description

一种集成点火和防回火功能的预混推进剂喷注器
技术领域
本发明涉及一种推进剂喷注器，具体涉及一种集成点火和防回火功能的预混推进剂喷注器。
背景技术
氧化亚氮基预混推进剂是氧化亚氮和乙烯、乙炔或乙烷等碳氢燃料复合为一体的新型氧燃预混推进剂，该类推进剂具有无毒无污染、比冲性能高、发动机系统简单、可实现贮箱自增压、可深度节流、贮存温度范围宽等优点，被认为是未来最有希望替代肼类有毒推进剂的新型推进剂之一。但由于该类推进剂为预混推进剂，在点火和燃烧过程中非常容易发生回火现象，一旦发生回火将导致整个推进剂供应系统包括贮箱的爆炸，进而造成严重的安全事故。
目前，常用的防回火措施有单向阀和回火防止器等，但由于其响应时间较长，因此只适用于燃烧火焰传播速度较慢的情况。氧化亚氮基预混推进剂的燃烧火焰传播速度极快，因此无法使用目前这些已有的防回火措施。为此，该类推进剂火箭发动机必须采取有效的防回火措施，避免燃烧室点火启动和工作过程发生回火问题。
发明内容
本发明的目的是解决氧化亚氮基预混推进剂燃烧存在回火的问题，提供一种集成点火和防回火功能的预混推进剂喷注器，可用于易发生回火的氧化亚氮基预混推进剂火箭发动机等燃烧装置的喷注单元。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种集成点火和防回火功能的预混推进剂喷注器，包括电火花塞、电火花塞座、集液腔外壳体、多孔材料喷注体、喷注板和推进剂入口导管；所述电火花塞座和喷注板依次套装在电火花塞的底端，且电火花塞的点火端面与喷注板的喷注端面平齐；所述多孔材料喷注体为环状结构，嵌套在喷注板顶端的环形凹槽内；所述喷注板的底端设置有多个直流喷注孔，所述直流喷注孔的一端与多孔材料喷注体相通，另一端与燃烧室相通；所述集液腔外壳体套装在电火花塞座外侧，与多孔材料喷注体、喷注板之间形成环状的集液腔；所述推进剂入口导管设置在集液腔外壳体外侧，且推进剂入口导管的内孔通过设置在集液腔外壳体上的连接通孔与集液腔连通。
进一步地，所述直流喷注孔的数量为四个，孔径为0.5mm，四个直流喷注孔在喷注板上沿周向均匀分布，且直流喷注孔的中心轴线与喷注板的中心轴线平行。
进一步地，所述电火花塞座和电火花塞之间设置有密封垫片。
进一步地，所述多孔材料喷注体由不锈钢粉末烧结而成的多孔介质材料制成。
进一步地，所述多孔材料喷注体的当量孔径为10μm至30μm。
进一步地，所述电火花塞与电火花塞座通过螺纹连接。
进一步地，所述集液腔外壳体与电火花塞座焊接连接；所述电火花塞座与喷注板焊接连接；所述喷注板与集液腔外壳体焊接连接。
进一步地，所述多孔材料喷注体嵌套在喷注板顶端的凹槽内，两者为过盈配合。
进一步地，所述喷注板的底端设置有环形定位凸起，用于实现喷注板和燃烧室间的准确安装和密封。
进一步地，所述集液腔的横截面为锥形。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1.本发明提供的预混推进剂喷注器设置有多孔材料喷注体，该多孔材料喷注体由不锈钢粉末烧结而成的当量孔径为10μm至30μm的多孔介质材料制成，有效实现防回火功能。一方面，由于多孔介质材料比表面积大，强化了燃气与壁面的传热，火焰通过多孔材料时与壁面发生热交换，使得火焰温度降低至着火点以下，阻止火焰继续上传；另一方面，多孔介质材料的微细流动通道导致燃烧反应自由基与壁面持续碰撞，使得参与燃烧反应的自由基急剧减少，从而火焰发生卒熄，达到防回火目的。
2.本发明提供的预混推进剂喷注器采用了集点火和防回火功能于一体的喷注器结构，推进剂经由多孔材料喷注体和直流喷注孔均匀喷注雾化，在电火花塞点火端面处形成低速回流区，并由电火花塞实现推进剂点火和稳定燃烧，多孔材料喷注体的微米量级流动通道可有效防止燃烧火焰发生回火，此种结构设计既能实现推进剂的均匀喷注和点火，又能保证推进剂的燃烧不会发生回火。
附图说明
图1为本发明集成点火和防回火功能的预混推进剂喷注器的结构示意图。
附图标记：1-电火花塞，2-密封垫片，3-电火花塞座，4-集液腔外壳体，5-集液腔，6-多孔材料喷注体，7-直流喷注孔，8-喷注板，9-螺栓连接孔，10-连接通孔，11-推进剂入口导管。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明技术方案进行详细说明。
本发明提供了一种集成点火和防回火功能的预混推进剂喷注器，其工作原理如下：预混推进剂沿推进剂入口导管11进入集液腔5内，经由多孔材料喷注体6和直流喷注孔7均匀喷注雾化，并在电火花塞1点火端面处形成低速回流区，由电火花塞1实现推进剂点火和稳定燃烧，多孔材料喷注体6的微米量级流动通道可有效防止燃烧火焰发生回火。
如图1所示，本发明提供的集成点火和防回火功能的预混推进剂喷注器包括电火花塞1、电火花塞座3、集液腔外壳体4、多孔材料喷注体6、喷注板8以及推进剂入口导管11。
电火花塞座3和喷注板8依次套装在电火花塞1的底端，电火花塞1插装在电火花塞座3内，与电火花塞座3螺纹连接，并通过密封垫片2进行密封。电火花塞1的点火端面与喷注板8的喷注端面平齐(即电火花塞1的底面与喷注板8的喷注底面平齐)，以便于稳定可靠的对推进剂进行点火。
多孔材料喷注体6为环状结构，嵌套在喷注板8顶端的环形凹槽内，两者为过盈配合；多孔材料喷注体6具体由不锈钢粉末烧结而成的多孔介质材料制成，多孔材料喷注体6的当量孔径为10μm至30μm。
喷注板8的底端(即喷注端面)设置有多个直流喷注孔7，直流喷注孔7的一端与多孔材料喷注体6相通，另一端与燃烧室相通；具体的，直流喷注孔7的数量为四个，孔径为0.5mm，且在喷注板8上沿周向均匀分布，每个直流喷注孔7的中心轴线与喷注板8的中心轴线平行。喷注板8的底端还设置有环形定位凸起，用于实现喷注板8和燃烧室的准确安装和密封，喷注板上设置有多个螺栓连接孔9，螺栓连接孔9用于连接燃烧室。
集液腔外壳体4套装并焊接在电火花塞座3外侧，与多孔材料喷注体6、喷注板8之间形成环状的集液腔5，集液腔5的横截面具体可设置为锥形，不仅使得集液腔外壳体4上端与电火花塞座3安装可靠，而且还增大了集液腔5中推进剂与多孔材料喷注体6的配合面，使得推进剂充分供应到多孔材料喷注体6内；喷注板8通过焊接方式与电火花塞座3、集液腔外壳体4依次连接，具体的，喷注板8环形凹槽的内壁与电火花塞1的底端连接，将集液腔5与电火花塞1隔开，推进剂入口导管11设置在集液腔外壳体4外侧，且推进剂入口导管11的内孔通过设置在集液腔外壳体4上的连接通孔10与集液腔5连通，实现推进剂的稳定供应，推进剂为具有易回火特性的液态推进剂，包括但不限于氧化亚氮基预混推进剂。
本发明集成点火和防回火功能的预混推进剂喷注器中，集液腔外壳体4主要用于与多孔材料喷注体6和喷注板8之间形成环状的集液腔，该集液腔5主要用于缓存推进剂，使得推进剂稳定不间断供应。多孔材料喷注体6主要用于阻止推进剂燃烧发生回火和实现推进剂的雾化喷注，保证推进剂稳定燃烧。
推进剂沿推进剂入口导管11进入集液腔5内，经由多孔材料喷注体6和直流喷注孔7均匀喷注雾化，并在电火花塞1点火端面处形成低速回流区，由电火花塞1实现推进剂点火和稳定燃烧，多孔材料喷注体6的微米量级流动通道可有效防止燃烧火焰发生回火。本发明预混推进剂喷注器兼顾了喷注雾化、点火、防回火和高效燃烧的功能，适用于易发生回火的氧化亚氮基预混推进剂火箭发动机等燃烧装置的喷注单元。

Claims (3)

1.一种集成点火和防回火功能的预混推进剂喷注器，其特征在于：包括电火花塞(1)、电火花塞座(3)、集液腔外壳体(4)、多孔材料喷注体(6)、喷注板(8)和推进剂入口导管(11)；
所述电火花塞座(3)和喷注板(8)依次套装在电火花塞(1)的底端，且电火花塞(1)的点火端面与喷注板(8)的喷注端面平齐；
所述多孔材料喷注体(6)由不锈钢粉末烧结而成的多孔介质材料制成；所述多孔材料喷注体(6)的当量孔径为10μm至30μm；所述多孔材料喷注体(6)为环状结构，嵌套在喷注板(8)顶端的环形凹槽内；所述喷注板(8)的底端设置有多个直流喷注孔(7)，所述直流喷注孔(7)的一端与多孔材料喷注体(6)相通，另一端与燃烧室相通；
所述集液腔外壳体(4)套装在电火花塞座(3)外侧，与多孔材料喷注体(6)、喷注板(8)之间形成环状的集液腔(5)，所述集液腔(5)的横截面为锥形；
所述推进剂入口导管(11)设置在集液腔外壳体(4)外侧，且推进剂入口导管(11)的内孔通过设置在集液腔外壳体(4)上的连接通孔(10)与集液腔(5)连通；
所述直流喷注孔(7)的数量为四个，孔径为0.5mm，四个直流喷注孔(7)在喷注板(8)上沿周向均匀分布，且直流喷注孔(7)的中心轴线与喷注板(8)的中心轴线平行；
所述电火花塞座(3)和电火花塞(1)之间设置有密封垫片(2)；
所述电火花塞(1)与电火花塞座(3)通过螺纹连接；
所述集液腔外壳体(4)与电火花塞座(3)焊接连接；所述电火花塞座(3)与喷注板(8)焊接连接；所述喷注板(8)与集液腔外壳体(4)焊接连接。
2.根据权利要求1所述的集成点火和防回火功能的预混推进剂喷注器，其特征在于：所述多孔材料喷注体(6)嵌套在喷注板(8)顶端的凹槽内，两者为过盈配合。
3.根据权利要求2所述的集成点火和防回火功能的预混推进剂喷注器，其特征在于：所述喷注板(8)的底端设置有环形定位凸起，用于实现喷注板(8)与燃烧室的安装定位和密封。
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