CN111734556A - 一种火炬点火针栓式喷注器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种火炬点火针栓式喷注器，包括内部设有燃烧室的喷注器，在喷注器的一侧倾斜设有点火器，在喷注器的顶部设有用于向燃烧室提供推进剂的推进剂入口，在点火器的上端由上到下依次设有用于提供氧化剂的氧化剂入口、用于提供燃料的燃料入口和用于点火的火花塞，在点火器的下端设有与燃烧室连通的燃气出口；通过火花塞将燃料和氧化剂的混合物在倾斜设置在喷注器一侧的点火器内点燃，产生高温燃气进入燃烧室内，推进剂从推进剂入口进入燃烧室内，通过高温燃气将推进剂在燃烧室内点燃，从而实现喷注器点火，点火可靠性高并且无毒，整体结构在多次起动点火系统中质量占比较小，同时使用和维护的成本也比较低。
Description
技术领域
本发明属于航天器动力系统领域，尤其涉及一种火炬点火针栓式喷注器。
背景技术
液体火箭发动机在运载火箭中广泛应用，其可重复使用的特点可有效降低发射成本，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在空间液体火箭发动机获得了广泛应用，并且针栓式喷注器具有结构简单、易于实现变推力等优势，在可重复使用运载火箭发动机中有着独特的优势，液氧煤油作为一对常温无毒推进剂组合，具有高密度比冲和易存储的特征，能够带来储存和加注方面的便捷，大幅地减小发射准备时间，并且使用维护成本低，是运载火箭一级发动机首选推进剂，由于液氧煤油推进剂非自燃，故而采用该推进剂需要解决点火的问题；典型针栓式喷注器液氧煤油发动机大都采用了点火剂点火，这一点火方案在液氧煤油发动机中广泛应用，点火可靠性高，但是也存在一定的弊端，如点火剂有毒，并且这种点火方式使用维护成本高，在多次起动点火系统中结构质量占比较大，存在一定的固有缺陷。
火炬点火方案是液体火箭发动机发生器或推力室启动所用点火单元的主要方式之一，但是火炬点火方案一般在离心式喷注器、直流式喷注器上广泛应用，在针栓喷注器上应用经验少，在针栓喷注器上应用火炬点火方案首先需要解决火炬点火器在针栓喷注器上的安装位置以及点火器流量、室压等参数选择同时如何保证真空点火可靠性以及点火过程工作程序也尚未取得新的突破。
发明内容
本发明目的在于为克服现有的技术缺陷，提供一种火炬点火针栓式喷注器，点火剂无毒，并且使用维护成本低，能够满足火箭发动机的多次起动，同时真空点火的可靠性较高。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种火炬点火针栓式喷注器，包括内部设有燃烧室的喷注器以及倾斜设于所述喷注器一侧的点火器，所述喷注器的顶部设有用于向所述燃烧室提供推进剂的推进剂入口，所述点火器的上端由上到下依次设有用于提供氧化剂的氧化剂入口、用于提供燃料的燃料入口和用于点火的火花塞，所述点火器的下端设有与所述燃烧室连通的燃气出口。
进一步的，所述喷注器的顶部设有开口，所述开口处固定设有向下延伸至燃烧室的中心筒，所述推进剂入口设于所述中心筒的中心。
进一步的，所述中心筒的底端设有多个用于连接所述推进剂入口和燃烧室的喷射孔，且多个所述喷射孔呈环形阵列设置。
进一步的，所述喷注器的一侧设有用于安装所述点火器的安装部，所述安装部上设有与所述燃烧室连通的燃气通道。
进一步的，所述燃气出口与所述燃气通道的入口端连通，所述燃气通道的出口端位于所述喷雾区的上方。
进一步的，所述点火器与所述燃气通道的轴线重合，所述中心筒的底端与所述燃气通道的轴线延长线间的最短距离不小于50mm。
进一步的，所述喷注器和所述点火器上分别设有第一测压接管嘴和第二测压接管嘴。
进一步的，所述点火器内的室压比所述喷注器内的室压高0.5MPa～1.0MPa。
进一步的，所述推进剂为液氧煤油推进剂或液氧甲烷推进剂或液氧液氢推进剂。
进一步的，所述氧化剂为氧气，所述燃料为煤油或甲烷或氢气。
本发明具有以下有益效果：
本发明通过倾斜设置在喷注器一侧的点火器将燃料和氧化剂的混合物点燃，产生高温燃气进入燃烧室内，推进剂从推进剂入口进入燃烧室内，通过高温燃气将推进剂在燃烧室内点燃，从而实现喷注器点火，点火可靠性高并且无毒，整体结构在多次起动点火系统中质量占比较小，同时使用和维护的成本也比较低，采用该结构的点火方式还增加了点火的安全性，能够防止喷注器内产生内爆风险，并且提高了推进剂燃烧的效率。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的不当限定，在附图中：
图1为实施例中火炬点火针栓式喷注器的示意图；
图2为实施例中火炬点火针栓式喷注器的部分刨面图。
具体实施方式
为了更充分的理解本发明的技术内容，下面将结合附图以及具体实施例对本发明作进一步介绍和说明。
实施例
如图1-2所示，本实施例所示的一种火炬点火针栓式喷注器，包括喷注器1以及倾斜设置在喷注器1上端的点火器3，喷注器1的内部设有燃烧室10，喷注器1的顶部设有开口11，在开口11处设有中心筒12，中心筒12向下延伸至燃烧室10的上端，在中心筒12的顶部中心位置处设有用于向燃烧室10内提供推进剂的推进剂入口22，在点火器3的上端由上到下依次设有氧化剂入口31、燃料入口32和火花塞33，在点火器3的下端设有与燃烧室10连通的燃气出口34；上述结构中，氧化剂从氧化剂入口31首先进入点火器3内，其次燃料从燃料入口32再进入点火器3内，燃料和氧化剂在点火器内混合后经由火花塞33点燃产生高温燃气，高温燃气可通过燃气出口34进入燃烧室10，高温燃气使得点火器3内的室压逐渐发生变化，待点火器3内的室压稳定后，推进剂由推进剂入口进入中心筒12内，然后经由中心筒12进入燃烧室10内，推进剂在燃烧室10内由高温燃气点燃，从而实现喷注器点火，待喷注器点火成功后再关闭点火器3。
具体的，在喷注器1上位于开口11的外周径向延伸设有第一法兰13，在中心筒12的上端设有与第一法兰13配合的第二法兰14，第一法兰13和第二法兰14通过多个第一螺栓15固定连接，在第一法兰13与第二法兰14接触的位置处设有一圈第一密封垫16，在第一法兰13上设有多个第一通孔(图中未视出)，在第二法兰14上设有多个与第一通孔一一对应的第一螺孔(图中未视出)，第一螺栓15穿过第一通孔后与第一螺孔螺纹连接，将第一法兰13与第二法兰14固定连接，进而使得中心筒12固定在喷注器1的上端。
具体的，在中心筒12的底端设有多个用于连接推进剂入口22和燃烧室10的喷射孔17，且多个喷射孔17呈环形阵列设置，推进剂从推进剂入口13进入中心筒12后，流向中心筒12的底端，然后从喷射孔17向燃烧室10内喷射，在燃烧室10内形成扇形的喷雾区18；推进剂经由喷射孔13喷出后，能够将推进剂雾化，雾化后的推进剂在通过高温燃气点燃后，能够更为充分的燃烧，提高燃烧的效率。
具体的，在喷注器1一侧的上端设有用于安装点火器3的安装部19，在安装部19上设有与燃烧室10连通的燃气通道20，点火器3通过第二螺栓25固定安装在安装部19上，燃气出口34与燃气通道20的入口端连通，燃气通道20的出口端位于喷雾区18的上方；在上述结构中，氧化剂从氧化剂入口31首先进入点火器3内，其次燃料从燃料入口32再进入点火器3内，燃料和氧化剂在点火器内混合后经由火花塞33点燃产生高温燃气，高温燃气从燃气出口34处进入燃气通道20内，经由燃气通道20进入燃烧室10内，燃气通道20的出口端位于喷雾区18的上方，能够保证推进剂经由喷射孔13喷出后，高温燃气能够准确地抵达喷雾区18，从而将雾化后的推进剂点燃。
具体的，在安装部19的顶部的外周径向延伸设有第三法兰23，在点火器3上设有与第三法兰23配合的第四法兰24，第三法兰23和第四法兰24通过多个第二螺栓25固定连接，在第三法兰23与第四法兰24接触的位置处设有一圈第二密封垫26，在第三法兰23上设有多个第二通孔(图中未视出)，在第四法兰24上设有多个与第二通孔一一对应的第二螺孔(图中未视出)，第二螺栓25穿过第二通孔后与第二螺孔螺纹连接，将第三法兰23与第四法兰24固定连接，进而使得点火器3固定在安装部19上。
具体的，点火器3的轴线与燃气通道20的轴线重合，中心筒12的底端与燃气通道20的轴线延长线的最短距离不小于50mm；将点火器3的轴线与燃气通道20的轴线重合设置能够保证燃料和氧化剂在点火器内经点燃产生高温燃气后，高温燃气从燃气出口34处进入燃气通道20内的时候不发生偏转，使得高温燃气具有更高的动能向外喷出达到喷雾区18处；当高温燃气从燃气出口34处进入燃气通道20内，从燃气通道20的出口端进入燃烧室10内时，中心筒12与燃气通道20的轴线延长线的最短距离不小于50mm，能够保证高温燃气不直接喷在中心筒12上，防止中心筒长时间被高温燃气加热从而损坏，同时还能够防止高温燃气从喷射孔17进入到中心筒12内产生内爆风险。
具体的，燃气通道20的轴线与喷注器1的轴线之间所成的夹角为45°，这样能够保证高温燃气经燃气通道20从燃气通道20的出口端喷出时其方向倾斜向下，使得高温燃气能够准确地喷在喷雾区18处，同时，还能够根据具体位置调整，使得中心筒12与燃气通道20的轴线延长线的最短距离不小于50mm，保证高温燃气不直接喷在中心筒12上，增加结构的安全性。
具体的，在喷注器1上远离点火器3的一侧还设有第一测压接管嘴21，在点火器3上对应燃气出口34上端的位置处设有第二测压接管嘴35，第一测压接管嘴21和第二测压接管嘴35能够分别连接外部的压力传感器(图中未视出)，从而能够检测到喷注器1和点火器3内的室压，确保点火器3内的室压比喷注器1内的室压高0.5MPa～1.0MPa，从而保证高温燃气能够顺利进入燃烧室10内，确保在点火过程中点火器3能够稳定工作。
在本发明的其他实施例中，推进剂为液氧煤油推进剂或液氧甲烷推进剂或液氧液氢推进剂。
在本发明的其他实施例中，氧化剂为氧气，燃料为煤油或甲烷或氢气。
以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种火炬点火针栓式喷注器，其特征在于，包括内部设有燃烧室的喷注器以及倾斜设于所述喷注器一侧的点火器，所述喷注器的顶部设有用于向所述燃烧室提供推进剂的推进剂入口，所述点火器的上端由上到下依次设有用于提供氧化剂的氧化剂入口、用于提供燃料的燃料入口和用于点火的火花塞，所述点火器的下端设有与所述燃烧室连通的燃气出口。
2.如权利要求1所述的火炬点火针栓式喷注器，其特征在于，所述喷注器的顶部设有开口，所述开口处固定设有向下延伸至燃烧室的中心筒，所述推进剂入口设于所述中心筒的中心。
3.如权利要求2所述的火炬点火针栓式喷注器，其特征在于，所述中心筒的底端设有多个用于连接所述推进剂入口和燃烧室的喷射孔，且多个所述喷射孔呈环形阵列设置。
4.如权利要求3所述的火炬点火针栓式喷注器，其特征在于，所述喷注器的一侧设有用于安装所述点火器的安装部，所述安装部上设有与所述燃烧室连通的燃气通道。
5.如权利要求4所述的火炬点火针栓式喷注器，其特征在于，所述燃气出口与所述燃气通道的入口端连通，所述燃气通道的出口端位于所述喷雾区的上方。
6.如权利要求5所述的火炬点火针栓式喷注器，其特征在于，所述点火器与所述燃气通道的轴线重合，所述中心筒的底端与所述燃气通道的轴线延长线间的最短距离不小于50mm。
7.如权利要求1-6任一项所述的火炬点火针栓式喷注器，其特征在于，所述喷注器和所述点火器上分别设有第一测压接管嘴和第二测压接管嘴。
8.如权利要求7所述的火炬点火针栓式喷注器，其特征在于，所述点火器内的室压比所述喷注器内的室压高0.5MPa～1.0MPa。
9.如权利要求1所述的火炬点火针栓式喷注器，其特征在于，所述推进剂为液氧煤油推进剂或液氧甲烷推进剂或液氧液氢推进剂。
10.如权利要求1所述的火炬点火针栓式喷注器，其特征在于，所述氧化剂为氧气，所述燃料为煤油或甲烷或氢气。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |