CN111577485B - 一种液体发动机降噪装置及液体发动机试验装置 - Google Patents

一种液体发动机降噪装置及液体发动机试验装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及降噪技术领域，具体涉及一种液体发动机降噪装置及液体发动机试验装置。降噪装置包括设置在发动机喷管下游的壳体，绕壳体的内侧设置的至少一个第一喷环，绕壳体的内侧设置的至少一个第二喷环，第一喷环上设置有多个第一喷口，第一喷口向壳体内喷出可与发动机燃气发生反应的反应气；第二喷环上设置有多个第二喷口，第二喷口向壳体内喷出冷却液。燃气在经过喷管喷出时，燃气在喷管下游形成的高温高速的喷流引起较大的噪音，反应气可以与燃气中可发生反应的部分物质反应，减少反应后燃气的速度和体积，能够有效降噪；冷却液能够大幅减少燃气的温度和速度，实现大幅降低噪音，并对第一喷环、第二喷环和壳体冷却，具有更加安全的优点。

Description

一种液体发动机降噪装置及液体发动机试验装置
技术领域
本发明涉及降噪技术领域，具体涉及一种液体发动机降噪装置及液体发动机试验装置。
背景技术
液体火箭发动机(Liquid Rocket Motor)是指液体推进剂火箭发动机，即使用液态化学物质作为能源和工质的化学火箭推进系统。常用的液体氧化剂有液态氧、四氧化二氮等，燃烧剂由液氢、偏二甲肼、煤油等，两者储存在不同的储箱中。液体火箭发动机工作时(以双组元泵压式液体火箭发动机为例)，推进剂和燃料分别从储箱中被挤出，经由推进剂输送管道进入推力室。推进剂通过推力室头部喷注器混合雾化，形成细小液滴，被燃烧室中的火焰加热气化并剧烈燃烧，在燃烧室中变成高温高压燃气。燃气经过喷管被加速成超声速气流向后喷出，产生作用在发动机上的推力，推动火箭前进。燃气在经过喷管喷出时，燃气在喷管下游形成的高温高速的喷流引起较大的噪音。其中，针对液体火箭发动机试验的噪声治理中，常用的方式是在火箭发动机高温高速燃气下游喷水，但是对于燃烧产物是容易燃烧的气体，如氢气，喷水会造成氢气浓度大幅提升，存在和空气混合发生爆炸的风险。目前常见的解决办法中还有在燃气下游喷氮气、喷二氧化碳等方式，但是无法实现本质安全，而且影响降噪效果。
发明内容
因此，本发明提供一种能够有效降噪、更加安全的液体发动机降噪装置，以及液体发动机试验装置。
为解决上述问题，本发明的液体发动机降噪装置，包括壳体、至少一个第一喷环和至少一个第二喷环，壳体，设置在发动机喷管的下游；至少一个第一喷环，绕所述壳体的内侧设置，所述第一喷环上设置有多个第一喷口，所述第一喷口向所述壳体内喷出可与发动机燃气发生反应的反应气；至少一个第二喷环，绕所述壳体的内侧设置，所述第二喷环上设置有多个第二喷口，所述第二喷口向所述壳体内喷出冷却液。
其中，至少一个所述第一喷环和至少一个所述第二喷环沿所述壳体的延伸方向均布排列设置。
其中，所述第二喷环至少具有两个，位于排列设置的各所述第一喷环和各所述第二喷环的两侧。
其中，所述第二喷环内同轴套设有所述第一喷环以形成喷环组，所述喷环组的所述第一喷口和所述第二喷口对应设置。
其中，所述第一喷口处设有从所述第二喷口伸出的第一喷嘴。
其中，具有至少一个所述喷环组和至少两个独立的所述第二喷环，两个独立的所述第二喷环分别位于排列设置的各所述喷环组和各独立所述第二喷环的两侧。
其中，所述第一喷环上沿所述第一喷环的延伸方向设置有两排第一喷口，其中一排所述第一喷口与所述燃气流动方向呈第一设定角度的朝向所述燃气中心，其中另一排的所述第一喷口与所述燃气流动方向呈第一设定角度的朝向所述壳体内壁；所述第二喷环上沿所述第二喷环的延伸方向设置有两排第二喷口，其中一排所述第二喷口与所述燃气流动方向呈第二设定角度的朝向所述燃气中心，其中另一排的所述第二喷口与所述燃气流动方向呈第二设定角度的朝向所述壳体内壁。
其中，所述第一设定角度和/或所述第二设定角度为45度。
其中，所述壳体与所述喷管之间的距离小于所述喷管直径的一半。
其中，所述反应气为氧气，所述冷却液为冷却水。
本发明的液体发动机试验装置，包括上述的液体发动机降噪装置、液体发动机、和位于所述液体发动机和所述降噪装置之间的喷管，所述液体发动机启动设定时间后，所述降噪装置中前排的第二喷环启动喷射冷却液。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明的液体发动机降噪装置，包括设置在发动机喷管下游的壳体，绕所述壳体的内侧设置的至少一个第一喷环，绕所述壳体的内侧设置的至少一个第二喷环，所述第一喷环上设置有多个第一喷口，所述第一喷口向所述壳体内喷出可与发动机燃气发生反应的反应气；所述第二喷环上设置有多个第二喷口，所述第二喷口向所述壳体内喷出冷却液。燃气在经过喷管喷出时，燃气在喷管下游形成的高温高速的喷流引起较大的噪音，反应气可以与燃气中可发生反应的部分物质反应，减少反应后燃气的速度和体积，能够有效降噪；冷却液能够大幅减少燃气的温度和速度，实现大幅降低噪音，并对第一喷环、第二喷环和壳体冷却，实现对第一喷环、第二喷环和壳体的保护，具有更加安全的优点。
2.本发明的液体发动机降噪装置，所述第二喷环内同轴套设有所述第一喷环以形成喷环组，能够使得第二喷环内的冷却液有效的对第一喷环进行降温，保护第一喷环的安全性，且所述第一喷嘴和所述第二喷口形成气液喷嘴，雾化效果大幅提升，能够提高冷却液和燃气换热的效率。
3.本发明的液体发动机降噪装置，两个独立的所述第二喷环分别位于排列设置的各所述喷环组和各独立所述第二喷环的两侧时，位于前列的第二喷环喷出的冷却液将燃气温度降低到500℃-1000℃；喷环组位于中间，同时喷入反应气和冷却液，利用燃气余温将反应气与燃气中可反应部分物质点燃，补入足够的反应气将燃气中可反应部分物质燃烧干净，可减少反应后燃气的速度和体积；位于后列的第二喷环大幅喷入冷却液尽可能的将燃气冷凝，大幅减少燃气的温度和速度，具有有效降低噪音和更加安全的优点。
4.本发明的液体发动机降噪装置，两排第一喷口和两排第二喷口的设置位置及设定角度，可以有效的保证反应气与燃气中可反应部分物质的充分反映，以及对壳体和燃气的有效降温。
5.本发明的液体发动机降噪装置，所述壳体与所述喷管之间的距离小于所述喷管直径的一半，可以防止燃气产生的噪声向上游泄露。
6.本发明的液体发动机降噪装置，所述反应气为氧气，所述冷却液为冷却水，使得该降噪装置能够应用于氢氧火箭发动机试验台上的降噪，为补氧燃烧方式，位于前列的第二喷环喷出的冷却水将燃气温度降低到500℃-1000℃；喷环组位于中间，同时喷入雾化的冷却水和冷却氧气，利用燃气余温将氧气与氢气点燃，补入足够的氧气可以将氢气燃烧干净；位于后列的第二喷环大幅喷入冷却水尽可能的将燃气冷凝，具有有效降低噪音和更加安全的优点。
7.本发明的液体发动机试验装置，其特征在于，在所述液体发动机启动设定时间后，所述降噪装置中前排第二喷环启动喷射冷却液，燃气能够避免冷却液喷到液体发动机上，造成危险。
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为本发明的发动机降噪装置的剖视图的结构示意图；
图2为本发明的第二喷环的主视图的结构示意图；
图3为图1中A部分的放大图的结构示意图；
附图标记说明：
1-壳体；2-第一喷环；4-第一喷嘴；5-第二喷环；6-第二喷口；7-外侧第二喷口；8-内侧第二喷口；9-气体供应总管；10-液体供应总管；11-喷管。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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，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”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
实施例一：
本实施例中的液体发动机降噪装置，如图1-图3所示，包括壳体1、两个第一喷环2和六个第二喷环5，其中各所述第一喷环2和各所述第二喷环5沿所述壳体1的延伸方向均布排列设置。
壳体1设置在液体发动机喷管11的下游，与所述喷管11之间的距离小于所述喷管11直径的一半。因为喷管11的横截面为圆形，因此，为了配合喷管11的横截面形状，所述壳体1的横截面为圆形，本实施例中，壳体1为圆柱型壳体1，所述第一喷环2和所述第二喷环5为圆环。也就是说，当喷管11的横截面为其他形状时，壳体1的横截面也相应的为其他适配的形状，第一喷环2和第二喷环5的形状也要与壳体1的横截面形状适配。
第一喷环2绕所述壳体1的内侧设置，所述第一喷环2上设置有多个第一喷口，所述第一喷口向所述壳体1内喷出可与发动机燃气发生反应的氧气。
第二喷环5绕所述壳体1的内侧设置，所述第二喷环5上设置有多个第二喷口6，所述第二喷口6向所述壳体1内喷出冷却水。
本实施例中，所述第二喷环5内同轴套设有所述第一喷环2以形成喷环组，所述喷环组的所述第一喷口和所述第二喷口6对应设置，其中，所述第一喷口处设有从所述第二喷口6伸出的第一喷嘴4。如图1所示，喷环组设置在独立的第二喷环5的中间，在所述壳体1的延伸方向上依次为两个独立的第二喷环5、两个喷环组、两个独立的第二喷环5。
所述第二喷环5上沿所述第二喷环5的延伸方向设置有两排第二喷口6，其中一排为内侧第二喷口8，所述内侧第二喷口8与所述燃气流动方向呈第二设定角度的朝向所述燃气中心，喷出的冷却水朝向燃气中心；其中另一排为外侧第二喷口7，所述外侧第二喷口7与所述燃气流动方向呈第二设定角度的朝向所述壳体1内壁，喷出的冷却水朝向壳体1内壁。第一喷口和第二喷口6对应设置，因此，也具有两排，且设置方向与两排第二喷口6的设置位置相同，呈第一设定角度的朝向所述燃气中心或所述壳体1内壁喷射。
本实施例中，所述第一设定角度和所述第二设定角度为45度。
作为可变换的实施方式，第一喷口和第二喷口6在第一喷环2和第二喷环5上的设置位置相对应，但是根据使用需求，相对所述燃气流动方向的角度不同，即第一设定角度和第二设定角度不同。
本实施例中的液体发动机降噪装置能够应用于氢氧发动机上，因此，所述反应气为氧气，所述冷却液为冷却水。当用于其他的液体发动机上时，反应气需要与燃气中部分物质成分发生反应，冷却液能够实现安全的冷却效果即可。
当然，如图1所示，液体发动机降噪装置还包括与供气端连接的气体供应总管9，与供液端连接的液体供应总管10，其中，各所述第一喷环2并联连接在所述气体供应总管9上，各所述第二喷环5并联连接在所述液体供应总管10上。为了减少燃气温度对液体供应总管10和气体供应总管9的影响，需要将液体供应总管10和气体供应总管9设置在壳体1的外侧，由各个分管分别连接液体供应总管10和各第二喷环5，以及气体供应总管9和各第一喷环2。
本实施例的降噪装置能够应用于氢氧火箭发动机试验台上的降噪，为补氧燃烧方式，位于前列的第二喷环5喷出的冷却水将燃气温度降低到500℃-1000℃；喷环组位于中间，同时喷入雾化的冷却水和冷却氧气，利用燃气余温将氧气与氢气点燃，补入足够的氧气可以将氢气燃烧干净，可减少反应后燃气的速度和体积；位于后列的第二喷环5大幅喷入冷却水尽可能的将燃气冷凝，大幅减少燃气的温度和速度，具有有效降低噪音和更加安全的优点。
其中，喷环组和独立的第二喷环5的设置数量可以根据使用需求设置，如各设置有一个，各设置有两个，喷环组设置有两个，独立的第二喷环5设置有五个等等，第一喷环2和喷环组沿所述壳体1延伸方向的排列方式需要满足有效降低噪音、安全性高的要求，在燃气喷射速度材料等不同时，可以进行其他的排序。
作为可变换的实施方式，所述第二喷环5内不套设有所述第一喷环2，第一喷环2和第二喷环5分别为独立设置的，第一喷环2和第二喷环5的数量也是根据使用需求设置的，如具有至少一个所述喷环组和至少两个独立的所述第二喷环5，在所述壳体1的延伸方向，至少一个所述喷环组位于至少两个独立的所述第二喷环5的中间。或是，将两个独立的所述第二喷环5分别位于排列设置的各独立的所述第一喷环和各独立所述第二喷环5的两侧。
作为可变换的实施方式，所述第二喷环5至少具有两个，在所述壳体1的延伸方向上，至少一个所述第一喷环2位于至少两个所述第二喷环5的中间。
实施例二：
本实施例中的液体发动机试验装置，包括实施例一种的液体发动机降噪装置、液体发动机、和位于所述液体发动机和所述降噪装置之间的喷管11。所述液体发动机和所述降噪装置之间存在时序联动控制，即在液体发动机启动设定时间后，所述降噪装置中最靠近所述液体发动机的前排第二喷环5启动喷射冷却液，以避免冷却液喷射到液体发动机上。设定时间需要根据喷管11的长度、喷管11与降噪装置之间距离、液体发动机喷出的燃气的速度等确定的，如该设定时间为2s，此时为，液体发动机启动2s后，前排的第二喷环5的阀门打开。阀门可以是自动控制打开，或是其他安全方式打开的。在前排的第二喷环5打开后，其他的第二喷环5和第一喷环2可以是设定为依次打开，也可以是同时打开，满足使用需求即可。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种液体发动机降噪装置，其特征在于，包括，
壳体（1），设置在发动机喷管（11）的下游；
至少一个第一喷环（2），绕所述壳体（1）的内侧设置，所述第一喷环（2）上设置有多个第一喷口，所述第一喷口向所述壳体（1）内喷出可与发动机燃气发生反应的反应气；
至少一个第二喷环（5），绕所述壳体（1）的内侧设置，所述第二喷环（5）上设置有多个第二喷口（6），所述第二喷口（6）向所述壳体（1）内喷出冷却液；
所述第一喷环（2）上沿所述第一喷环（2）的延伸方向设置有两排第一喷口，其中一排所述第一喷口与燃气流动方向呈第一设定角度的朝向燃气中心，其中另一排的所述第一喷口与所述燃气流动方向呈第一设定角度的朝向所述壳体（1）内壁；
所述第二喷环（5）上沿所述第二喷环（5）的延伸方向设置有两排第二喷口（6），其中一排所述第二喷口（6）与所述燃气流动方向呈第二设定角度的朝向所述燃气中心，其中另一排的所述第二喷口（6）与所述燃气流动方向呈第二设定角度的朝向所述壳体（1）内壁。
2.根据权利要求1所述的液体发动机降噪装置，其特征在于，至少一个所述第一喷环（2）和至少一个所述第二喷环（5）沿所述壳体（1）的延伸方向均布排列设置。
3.根据权利要求2所述的液体发动机降噪装置，其特征在于，至少有两个所述第二喷环（5）位于排列设置的各所述第一喷环（2）和各所述第二喷环（5）的两侧。
4.根据权利要求2所述的液体发动机降噪装置，其特征在于，所述第二喷环（5）内同轴套设有所述第一喷环（2）以形成喷环组，所述喷环组的所述第一喷口和所述第二喷口（6）对应设置。
5.根据权利要求4所述的液体发动机降噪装置，其特征在于，所述第一喷口处设有从所述第二喷口（6）伸出的第一喷嘴（4）。
6.根据权利要求4所述的液体发动机降噪装置，其特征在于，具有至少一个所述喷环组和至少两个独立的所述第二喷环（5），其中两个独立的所述第二喷环（5）分别位于排列设置的各所述喷环组和其他各独立所述第二喷环（5）的两侧。
7.根据权利要求1所述的液体发动机降噪装置，其特征在于，所述第一设定角度和/或所述第二设定角度为45度。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的液体发动机降噪装置，其特征在于，所述壳体（1）与所述喷管（11）之间的距离小于所述喷管（11）直径的一半。
9.根据权利要求1-7中任一项所述的液体发动机降噪装置，其特征在于，所述反应气为氧气，所述冷却液为冷却水。
10.一种液体发动机试验装置，其特征在于，包括权利要求1-9中任一项所述的液体发动机降噪装置与液体发动机，所述液体发动机启动设定时间后，所述降噪装置中最靠近所述液体发动机的前排第二喷环（5）启动喷射冷却液。
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