CN113446129B - 一种中小推力火箭发动机高效稳定燃烧喷注器 - Google Patents

一种中小推力火箭发动机高效稳定燃烧喷注器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种中小推力火箭发动机高效稳定燃烧喷注器，包括喷注面板、离心式等离子喷嘴和高压电源；离心式等离子喷嘴呈同心圆式均布设在喷注面板上，喷注面板为绝缘的单层喷注面板或双层喷注面板，能良好兼容多个等离子体喷嘴。绝缘外喷嘴的喷射端内壁面设有扩张角α；内、外喷嘴之间设有氧化剂通道；金属内喷嘴接地，且具有缩进距离L；金属环套设在外喷嘴喷射的外壁，且长度大于L，并连接高压电源；通过调整L和α，能调节雾化效果和燃烧效率。本发明通过将非平衡等离子体辅助燃烧技术与火箭发动机喷注器设计相结合，达到缩短甲烷等燃料的点火延迟，拓宽点火极限，扩散火焰更快达到稳定状态的效果，实现快速点火、高效稳定燃烧。

Description

一种中小推力火箭发动机高效稳定燃烧喷注器
技术领域
本发明涉及空天动力装置技术领域，特别是一种中小推力火箭发动机高效稳定燃烧喷注器。
背景技术
以甲烷、煤油为代表的碳氢燃料具有绿色无毒、比冲较高、储量丰富等优点，是未来空间推进装置的首选，其中以中小推力液氧/甲烷火箭发动机作为未来运载器和航天器的姿轨控装置越来越受到美俄等航天强国的重视。然而空间环境的恶劣以及对未来复杂控制任务的需求，使得中小推力液氧/甲烷火箭发动面临着真空低温下可靠点火、高频脉冲连续点火、变工况稳定燃烧等诸多技术挑战。同时，为保证一定推力和燃烧效率，液氧-甲烷发动机燃烧室压力通常较高，高室压在提高燃烧效率的同时，也带来了很多问题，尤其是对点火和燃烧稳定性提出了更为严苛的要求，解决好这些问题的关键则在于发动机喷注器的设计。
喷注器是液体火箭发动机的关键部件之一，通常由多个喷嘴组成。其主要作用是按照设计工况的流量和混合比向燃烧室内喷射推进剂，实现推进剂组元的雾化和掺混并组织燃烧室内的燃烧。其典型结构特点是多个喷孔或喷嘴按照一定的方式排列布置，喷嘴的排列布置方式以及喷注器本身结构的设计都对液体火箭发动机工作性能具有非常重要的作用，合理的结构设计和喷嘴布置不但可以保证获得较高的燃烧效率，同时还能有效防止产生任何不稳定燃烧，并可对燃烧室进行可靠冷却。
到目前为止，喷注器的种类已经相当繁多，如离心式、直流式、莲蓬头式、两股互击式、两股自击式、三股互击式、针栓式等。在现代液体火箭发动机中，离心式喷嘴获得了相当广泛的应用，特别是双组元离心式喷嘴。传统的设计过程一般采取改变喷注器结构参数的方法，但这种方法仅能在有限的工况内产生效果，同时，由于航天器发动机在环境较恶劣的外太空工作，容易发生点火失败或诱发自激不稳定等情况，难以满足变工况、可重复使用等要求。
因而，通过对喷注器进行改进，实现甲烷等碳氢燃料喷注器的快速点火、高效稳定燃烧，能对未来高性能中小推力火箭发动机设计提供重要参考。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种中小推力火箭发动机高效稳定燃烧喷注器，该中小推力火箭发动机高效稳定燃烧喷注器通过将非平衡等离子体辅助燃烧技术与火箭发动机喷注器设计相结合，以期发挥电控燃烧的快速灵活优势，缩短点火延迟时间，拓宽着火极限，促进火焰快速稳定，实现火箭发动机快速点火、高效稳定燃烧。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种中小推力火箭发动机高效稳定燃烧喷注器，包括喷注面板、离心式等离子喷嘴和高压电源。
离心式等离子喷嘴呈同心圆式均匀布设在喷注面板上。
每个离心式等离子喷嘴均包括金属内喷嘴、绝缘外喷嘴和金属环。
绝缘外喷嘴同轴套设在金属内喷嘴的喷射端外周，绝缘外喷嘴的喷射端内壁面设置有扩张角α；绝缘外喷嘴与金属内喷嘴之间设置有氧化剂通道。
金属内喷嘴的中心设置有燃料通道，金属内喷嘴的喷射端相对绝缘外喷嘴的喷射端缩进L，形成轴向长度为L的推进剂掺混室。
金属环同轴套设在绝缘外喷嘴喷射端的外侧壁面上，且金属环的轴向长度大于L。
金属环与高压电源电连接，金属内喷嘴通过导线接地。
通过调整L和α，进而调节喷注器的雾化效果和发动机的燃烧效率。
L＝2mm，α＝20°。
通过调整离心式等离子喷嘴的间距和数量，进而调整发动机的燃烧效率。
离心式等离子喷嘴在喷注面板上呈2n+1个同心圆，从内至外分别为圆心等离子喷嘴、第1个离心式等离子喷嘴环、第2个离心式等离子喷嘴环、……、第2n个离心式等离子喷嘴环；其中，n≥1，且为正整数。
n＝1，相邻两个离心式等离子喷嘴环之间的间距为10mm，离心式等离子喷嘴的总数量为19个，第1个离心式等离子喷嘴环中包括6个离心式等离子喷嘴，第2个离心式等离子喷嘴环中包括12个离心式等离子喷嘴。
喷注面板为绝缘的单层喷注面板，单层喷注面板中设置有外喷嘴放置槽、导线通道和氧化剂供料通道；外喷嘴放置槽的数量与离心式等离子喷嘴的数量相等，每个外喷嘴放置槽均能够放置套设有金属环的绝缘外喷嘴。
氧化剂供料通道位于单层喷注面板的顶层，包括环形集气腔、分支供气管和进气总管。
环形集气腔的数量为n个，在第2n-1个离心式等离子喷嘴环和第2n个离心式等离子喷嘴环之间的喷注面板上布设一个环形集气腔，所述环形集气腔均通过一根分支供气管与第2n-1个离心式等离子喷嘴环和第2n个离心式等离子喷嘴环中的每个离心式等离子喷嘴的氧化剂通道相连通。
进气总管与圆心等离子喷嘴的氧化剂通道和每个环形集气腔相连通。
导线通道包括环形干线、分支线和总进线。
环形干线的数量为n个，在第2n-1个离心式等离子喷嘴环和第2n个离心式等离子喷嘴环之间的喷注面板上布设一个环形干线，所述环形干线腔均通过一根分支线与第2n-1个离心式等离子喷嘴环和第2n个离心式等离子喷嘴环中的每个离心式等离子喷嘴的金属环电连接。
总进线与圆心等离子喷嘴的金属环和每个环形干线均电连接。
进气总管的数量为两根，且关于圆心等离子喷嘴对称布设，两根进气总管和圆心等离子喷嘴位于同一直径上；总进线的数量为两根，且关于圆心等离子喷嘴对称布设，两根总进线和圆心等离子喷嘴也位于同一直径上。
喷注面板为双层喷注面板，包括从上至下依次同轴设置的上层绝缘面板和下层金属面板。
上层绝缘面板中设置有内喷嘴放置槽和燃料供料通道。
下层金属面板中设置有外喷嘴放置槽和氧化剂供料通道。
内喷嘴放置槽的数量和外喷嘴放置槽的数量相等，且均等于离心式等离子喷嘴的数量；其中，内喷嘴放置槽用于放置离心式等离子喷嘴中金属内喷嘴的头部，外喷嘴放置槽用于放置绝缘外喷嘴和金属环，且与金属环贴紧接触；下层金属面板通过导线接地。
燃料供料通道包括环形燃料集腔、分支供液管和进液总管。
环形燃料集腔的数量为n个，在第2n-1个离心式等离子喷嘴环和第2n个离心式等离子喷嘴环之间的喷注面板上布设一个环形燃料集腔，所述环形燃料集腔均通过一根分支供液管与第2n-1个离心式等离子喷嘴环和第2n个离心式等离子喷嘴环中的每个离心式等离子喷嘴的燃料通道相连通。
进液总管与圆心等离子喷嘴的燃料通道和每个环形集液腔相连通。
氧化剂供料通道包括环形集气腔、分支供气管和进气总管。
环形集气腔的数量为n个，在第2n-1个离心式等离子喷嘴环和第2n个离心式等离子喷嘴环之间的喷注面板上布设一个环形集气腔，所述环形集气腔均通过一根分支供气管与第2n-1个离心式等离子喷嘴环和第2n个离心式等离子喷嘴环中的每个离心式等离子喷嘴的氧化剂通道相连通。
进气总管与圆心等离子喷嘴的氧化剂通道和每个环形集气腔相连通。
进液总管的数量为两根，且关于圆心等离子喷嘴对称布设，两根进液总管和圆心等离子喷嘴位于同一直径上；进气总管的数量为两根，且关于圆心等离子喷嘴对称布设，两根进气总管和圆心等离子喷嘴位于同一直径上。
第2n个离心式等离子喷嘴环中的离心式等离子喷嘴均为边区等离子喷嘴，每个边区等离子喷嘴中的燃料通道通入有燃料，每个边区等离子喷嘴中的氧化剂通道处于断开状态，无氧化剂通入。
本发明具有如下有益效果：
(1)改变了传统机械式控制雾化方式，整个中小推力火箭发动机高效稳定燃烧喷注器充分利用双组元离心式喷嘴结构特点和中小推力液体火箭发动机喷注面板结构特点，将介质阻挡放电电极融入其中，合理设计喷注面板推进剂通道和导线通道，装置模块化程度高、结构紧凑、稳定性好，而且电极可连续、长期运行，功耗很低。
(2)本发明采用环形阵列式非平衡态等离子体激励器组，可以大体积产生丰富的活性基团、释放一定热量，也可利用等离子体气动效益促进燃料和氧化剂掺混，有助于实现中小推力火箭发动机高效稳定燃烧。
(3)采用上述中小推力火箭发动机高效稳定燃烧喷注器能通过调节电源参数或更换高压电源类型实现不同模式、强度的激励，响应迅速、无运动机械部件、激励参数可调种类多、范围宽，能有效地对推进剂射流施加控制。
附图说明
图1显示了一种中小推力火箭发动机高效稳定燃烧喷注器(不含喷注面板)的原理图。
图2显示了本发明中金属内喷嘴的结构示意图。
图3显示了本发明中绝缘外喷嘴的结构示意图。
图4显示了本发明中离心式等离子体喷嘴在喷注面板上排列示意图。
图5显示了本发明中圆心离子体喷嘴与单层喷注面板的安装示意图。
图6显示了图5中氧化剂供料通道的结构示意图。
图7显示了图5中导线通道的结构示意图。
图8显示了本发明中圆心等离子体喷嘴与双层喷注面板的安装示意图。
图9显示了图8中燃料供料通道的结构示意图。
图10显示了燃烧室内O原子参与多步反应燃烧的温度仿真分布图。
其中有：
1、喷注面板；
10.单层喷注面板；
11.氧化剂供料通道；111.环形集气腔；112.分支供气管；113.总进气管；
12.导线通道；121.环形干线；122.分支线；123.总进线；
13.外喷嘴放置槽；
20.双层喷注面板；
21.上层绝缘面板；22.下层金属面板；
23.燃料供料通道；
231.环形燃料集腔；232.分支供液管；233.总进液管；234.内喷嘴放置槽；
30.离心式等离子体喷嘴；
31.金属内喷嘴；
311.金属棒；312.内喷嘴旋流室；313.燃料切向孔；314.内喷嘴法兰盘；315.内喷管；
32.绝缘外喷嘴；
321.外喷嘴旋流室；322.氧化剂切向孔；323.外喷管；324.外喷嘴法兰盘；325.螺纹孔；
33.金属环；
34.推进剂掺混室；35.圆心离子体喷嘴；36.边区离子体喷嘴；
40.高压电源。
具体实施方式
下面结合附图和具体较佳实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明的描述中，需要理解的是，术语“左侧”、“右侧”、“上部”、“下部”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，“第一”、“第二”等并不表示零部件的重要程度，因此不能理解为对本发明的限制。本实施例中采用的具体尺寸只是为了举例说明技术方案，并不限制本发明的保护范围。
如图1和图4所示，一种中小推力火箭发动机高效稳定燃烧喷注器，包括喷注面板1、离心式等离子喷嘴30和高压电源40。
如图4、图6和图7所示，离心式等离子喷嘴优选呈2n+1个同心圆式均匀布设在喷注面板上。2n+1个同心圆，从内至外分别为圆心等离子喷嘴35、第1个离心式等离子喷嘴环、第2个离心式等离子喷嘴环、……、第2n个离心式等离子喷嘴环；其中，n≥1，且为正整数。通过调整离心式等离子喷嘴的间距和数量，进而调整发动机的燃烧效率。
另外，在本发明中，第2n个离心式等离子喷嘴环中的离心式等离子喷嘴均为边区等离子喷嘴36，位于边区等离子喷嘴内部的离心式等离子喷嘴区域称为中心区等离子喷嘴。
中心区等离子喷嘴的排列，能使燃料和氧化剂进行充分的掺混，产生推力，防止不稳定燃烧的产生。边区等离子喷嘴则是为了进行燃烧室壁的可靠冷却。在本实施例中，每个边区等离子喷嘴中的燃料通道通入有燃料，每个边区等离子喷嘴中的氧化剂通道处于断开状态，无氧化剂通入，也即不通氧气，从而降低边区等离子喷嘴的余氧系数和保证较好的内冷却液膜。作为替换，边区等离子喷嘴中的每个离心式等离子喷嘴也可仅为单组元离心式喷嘴。
在本实施例中，优选n＝1，相邻两个离心式等离子喷嘴环之间的间距为10mm，离心式等离子喷嘴的总数量为19个，第1个离心式等离子喷嘴环中包括6个离心式等离子喷嘴，第2个离心式等离子喷嘴环中包括12个离心式等离子喷嘴。
如图1所示，每个离心式等离子喷嘴均包括金属内喷嘴31、绝缘外喷嘴32和金属环33。
绝缘外喷嘴同轴套设在金属内喷嘴的喷射端外周，绝缘外喷嘴的喷射端内壁面设置有扩张角α；绝缘外喷嘴与金属内喷嘴之间设置有氧化剂通道。绝缘外喷嘴的材料优选为聚四氟乙烯(特氟龙)、陶瓷、石英或聚酰亚胺(Kapton)等，考虑到形成火焰后喷嘴出口附近温度范围以及机械加工难度，本实施例中优选为陶瓷。
如图3所示，绝缘外喷嘴从头部至喷射端，依次包括外喷嘴法兰324、外喷嘴旋流室321和外喷管323。其中，外喷嘴旋流室沿周向均匀开设有与上述氧化剂通道相连通的氧化剂切向孔322。外喷嘴法兰盘324沿周向设置有螺纹孔325。
金属内喷嘴的中心设置有燃料通道，如图2所示，金属内喷嘴从头部至喷射端依次包括金属棒311、内喷嘴旋流室312、内喷嘴法兰盘314和内喷管315。其中，内喷嘴旋流室沿周向均匀开设有与上述燃料通道相连通的燃料切向孔313。内喷管同轴插设在外喷管中，内喷嘴法兰盘314和外喷嘴法兰盘324通过螺栓和螺纹孔实现螺纹密封连接。
金属内喷嘴喷射端相对绝缘外喷嘴的喷射端缩进L，形成轴向长度为L的推进剂掺混室34。
金属环同轴套设在绝缘外喷嘴喷射端的外侧壁面上，且金属环的轴向长度大于L。
金属环与高压电源电连接，金属内喷嘴通过导线接地。上述金属环和金属内喷嘴均优选采用不锈钢材料制成。
本发明中，通过调整L和α，进而调节喷注器的雾化效果和发动机的燃烧效率。在本实施例中，优选L＝2mm，α＝20°。
在本发明中，喷注面板优选采用如下两种结构：
一、喷注面板为绝缘的单层喷注面板
如图5所示，单层喷注面板中设置有外喷嘴放置槽13、导线通道12和氧化剂供料通道11；外喷嘴放置槽的数量与离心式等离子喷嘴的数量相等，每个外喷嘴放置槽均能够放置套设有金属环的绝缘外喷嘴。此时，金属内喷嘴除内喷管同轴插设在外喷管中外，金属内喷嘴的其余部件均裸露在单层喷注面板外部，金属棒通过导线连接高压电源。
如图6所示，氧化剂供料通道位于单层喷注面板的顶层，包括环形集气腔111、分支供气管112和进气总管113。
环形集气腔的数量为n个，在第2n-1个离心式等离子喷嘴环和第2n个离心式等离子喷嘴环之间的喷注面板上布设一个环形集气腔，所述环形集气腔均通过一根分支供气管与第2n-1个离心式等离子喷嘴环和第2n个离心式等离子喷嘴环中的每个离心式等离子喷嘴的氧化剂通道相连通。
在本实施例中，由于n＝1，故而氧化剂供料通道仅包括一个环形集气腔。
进气总管与圆心等离子喷嘴的氧化剂通道和每个环形集气腔相连通。优选，进气总管的数量为两根，且关于圆心等离子喷嘴对称布设，两根进气总管和圆心等离子喷嘴位于同一直径上。这样既可以减少外部管道数量，也可以方便进气。推进剂先充满集气腔后再进入喷嘴，进气量一致、均匀。
如图7所示，导线通道包括环形干线121、分支线122和总进线123。
环形干线的数量为n个，在第2n-1个离心式等离子喷嘴环和第2n个离心式等离子喷嘴环之间的喷注面板上布设一个环形干线，所述环形干线腔均通过一根分支线与第2n-1个离心式等离子喷嘴环和第2n个离心式等离子喷嘴环中的每个离心式等离子喷嘴的金属环电连接。
总进线与圆心等离子喷嘴的金属环和每个环形干线均电连接。总进线的数量为两根，且关于圆心等离子喷嘴对称布设，两根总进线和圆心等离子喷嘴也位于同一直径上。两根总进线的另一端分别通过导线接地。
二、喷注面板为双层喷注面板
如图8所示，双层喷注面板包括从上至下依次同轴设置的上层绝缘面板21和下层金属面板22。
上层绝缘面板中设置有内喷嘴放置槽234和燃料供料通道23。
如图9所示，燃料供料通道包括环形燃料集腔231、分支供液管232和进液总管233。
环形燃料集腔的数量为n个，在第2n-1个离心式等离子喷嘴环和第2n个离心式等离子喷嘴环之间的喷注面板上布设一个环形燃料集腔，所述环形燃料集腔均通过一根分支供液管与第2n-1个离心式等离子喷嘴环和第2n个离心式等离子喷嘴环中的每个离心式等离子喷嘴的燃料通道相连通。
进液总管与圆心等离子喷嘴的燃料通道和每个环形集液腔相连通。进液总管的数量为两根，且关于圆心等离子喷嘴对称布设，两根进液总管和圆心等离子喷嘴位于同一直径上。双层设置可以将整个喷嘴放入喷注面板之内，比单层面板多设置燃料集液腔，同时，便于更换喷嘴。既可以减少外部管道数量，也可以方便进气。推进剂先充满集气腔后在进入喷嘴，进气量一致。下层面板采用金属材料，则可整体接地，不用设置导线通道，节约成本，减小加工难度。
下层金属面板中设置有外喷嘴放置槽13和氧化剂供料通道11。
内喷嘴放置槽的数量和外喷嘴放置槽的数量相等，且均等于离心式等离子喷嘴的数量；其中，内喷嘴放置槽用于放置离心式等离子喷嘴中金属内喷嘴的头部，在本实施例中，仅金属内喷嘴中的金属棒裸露在内喷嘴放置槽外侧，且通过导线连接高压电源。
外喷嘴放置槽用于放置绝缘外喷嘴和金属环，且与金属环贴紧接触；下层金属面板通过导线接地。
氧化剂供料通道包括环形集气腔、分支供气管和进气总管。具体布设方式同实施例1，这里不再赘述。
双层喷注面板的设置，能够解决采用单层喷注面板时，金属内喷嘴裸漏在单层喷注面板外部，不方便供给甲烷，且预埋导线难度大，不方便加工和连接的技术问题。
在本实施例中，金属内喷嘴和高压电源形成高压电极，金属环接地后形成地电极，绝缘外喷嘴为绝缘介质阻挡层，金属内喷嘴、绝缘外喷嘴、金属环和高压电源共同构成一个介质阻挡放电激励器。假设环境压强为P＝1atm，施加电压U＝10kV，气体的相对介电常数εg≈1.0(0℃条件下测得空气是1.0000585，氧气是1.00051)，绝缘外喷嘴的相对介电常数εd＝10.0(20℃条件下)，则在等离子体气隙空间紧外喷管内壁面(r＝5mm)气隙场强有最小值Min(Eg)约为：7.0×106V/m，此时
Figure BDA0003179936760000081
其中，Eg为放电前气隙空间电场强度；即满足非平衡等离子体产生条件，且能够产生等离子体的气压上限为23.02atm，覆盖一般中小推力火箭发动机燃烧室工作压力范围。
本实施例中，燃料优选为甲烷，氧化剂优选为氧气。
本发明的离心式等离子喷嘴，在典型工况下(高压电源参数固定为：高压频率f＝200Hz、占空比C＝50％)，放电功率低于30W，费效比很低(优化参数下低于1％)。
另外，随着激励电压的升高，放电现象更加明显，等离子体放电粒子浓度增大，放电强度增强，温度升高，放电功率增大。
本发明针对甲烷氧气进行燃烧仿真，甲烷和氧气的参数设置如下：
1.甲烷进口：速度值(Velocity Magnitude)设置为1m/s，湍流定义方式(Specification Method)选择湍流强度与水力直径(Intensity and HydraulicDiameter)，计算后设置甲烷进口的湍流强度为0.8％，水力直径为1mm。保持温度为默认设置300K，设置甲烷的质量分数为1，其它组分质量分数为0。
2.氧气进口：速度值(Velocity Magnitude)设置为3m/s，湍流定义方式(Specification Method)选择湍流强度与水力直径(Intensity and HydraulicDiameter)，计算后设置氧气进口的湍流强度为0.8％，水力直径为1mm。保持温度为默认设置300K，设置氧气的质量分数为1，其它组分质量分数为0。
3.压力出口：压力值(Gauge Pressure)设置为101325Pa，湍流定义方式(Specification Method)选择湍流强度与水力直径(Intensity and HydraulicDiameter)，计算后设置出口的湍流强度为1％，水力直径为60mm。
在燃烧仿真中，结果均选取0.5s时的火焰进行对比分析，O原子参与的多步基元反应燃烧下，射流在喷出后产生明显梯度，说明液氧甲烷的混合放缓，从整个火焰形态来看，相较于单步燃烧，大体形状如图10所示，呈前“凹”后“凸”，火焰的扩散范围更广，说明火焰传播速度更快，燃烧更剧烈，呈现出喷散燃烧的趋势，也即在等离子体作用下有助于加快液氧甲烷混合燃烧，缩短点火时间，提高燃烧效率。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种中小推力火箭发动机高效稳定燃烧喷注器，其特征在于：包括喷注面板、离心式等离子喷嘴和高压电源；
离心式等离子喷嘴呈2n+1个同心圆式均匀布设在喷注面板上；2n+1个同心圆，从内至外分别为圆心等离子喷嘴、第1个离心式等离子喷嘴环、第2个离心式等离子喷嘴环、……、第2n个离心式等离子喷嘴环；其中，n≥1，且为正整数；通过调整离心式等离子喷嘴的间距和数量，进而调整发动机的燃烧效率；
每个离心式等离子喷嘴均包括金属内喷嘴、绝缘外喷嘴和金属环；
绝缘外喷嘴同轴套设在金属内喷嘴的喷射端外周，绝缘外喷嘴的喷射端内壁面设置有扩张角α；绝缘外喷嘴与金属内喷嘴之间设置有氧化剂通道；
金属内喷嘴的中心设置有燃料通道，金属内喷嘴的喷射端相对绝缘外喷嘴的喷射端缩进L，形成轴向长度为L的推进剂掺混室；
金属环同轴套设在绝缘外喷嘴喷射端的外侧壁面上，且金属环的轴向长度大于L；
金属环与高压电源电连接，金属内喷嘴通过导线接地；
通过调整L和α，进而调节喷注器的雾化效果和发动机的燃烧效率；
氧化剂供料通道位于喷注面板中，包括环形集气腔、分支供气管和进气总管；
环形集气腔的数量为n个，在第2n-1个离心式等离子喷嘴环和第2n个离心式等离子喷嘴环之间的喷注面板上布设一个环形集气腔，所述环形集气腔均通过一根分支供气管与第2n-1个离心式等离子喷嘴环和第2n个离心式等离子喷嘴环中的每个离心式等离子喷嘴的氧化剂通道相连通；
进气总管与圆心等离子喷嘴的氧化剂通道和每个环形集气腔相连通；
进气总管的数量为两根，且关于圆心等离子喷嘴对称布设，两根进气总管和圆心等离子喷嘴位于同一直径上；
金属内喷嘴和高压电源形成高压电极，金属环接地后形成地电极，绝缘外喷嘴为绝缘介质阻挡层，金属内喷嘴、绝缘外喷嘴、金属环和高压电源共同构成一个介质阻挡放电激励器，满足非平衡等离子体产生条件，且能够产生等离子体的气压上限，覆盖中小推力火箭发动机燃烧室工作压力范围；
当燃料为甲烷，氧化剂为氧气时，离心式等离子喷嘴，在典型工况下，放电功率低于30W，费效比低于1%；随着激励电压的升高，等离子体放电粒子浓度增大，放电强度增强，温度升高，放电功率增大；射流在喷出后产生梯度，液氧甲烷的混合放缓，从整个火焰形态来看，呈前“凹”后“凸”形状，火焰的扩散范围广，火焰传播速度快，燃烧剧烈，呈现出喷散燃烧的趋势，在等离子体作用下有助于加快液氧甲烷混合燃烧，缩短点火时间，提高燃烧效率。
2.根据权利要求1所述的中小推力火箭发动机高效稳定燃烧喷注器，其特征在于：L=2mm，α=20°。
3.根据权利要求1所述的中小推力火箭发动机高效稳定燃烧喷注器，其特征在于：n=1，相邻两个离心式等离子喷嘴环之间的间距为10mm，离心式等离子喷嘴的总数量为19个，第1个离心式等离子喷嘴环中包括6个离心式等离子喷嘴，第2个离心式等离子喷嘴环中包括12个离心式等离子喷嘴。
4.根据权利要求1所述的中小推力火箭发动机高效稳定燃烧喷注器，其特征在于：喷注面板为绝缘的单层喷注面板，单层喷注面板中设置有外喷嘴放置槽、导线通道和氧化剂供料通道；外喷嘴放置槽的数量与离心式等离子喷嘴的数量相等，每个外喷嘴放置槽均能够放置套设有金属环的绝缘外喷嘴；
氧化剂供料通道位于单层喷注面板的顶层；
导线通道包括环形干线、分支线和总进线；
环形干线的数量为n个，在第2n-1个离心式等离子喷嘴环和第2n个离心式等离子喷嘴环之间的喷注面板上布设一个环形干线，所述环形干线腔均通过一根分支线与第2n-1个离心式等离子喷嘴环和第2n个离心式等离子喷嘴环中的每个离心式等离子喷嘴的金属环电连接；
总进线与圆心等离子喷嘴的金属环和每个环形干线均电连接。
5.根据权利要求4所述的中小推力火箭发动机高效稳定燃烧喷注器，其特征在于：总进线的数量为两根，且关于圆心等离子喷嘴对称布设，两根总进线和圆心等离子喷嘴也位于同一直径上。
6.根据权利要求1所述的中小推力火箭发动机高效稳定燃烧喷注器，其特征在于：喷注面板为双层喷注面板，包括从上至下依次同轴设置的上层绝缘面板和下层金属面板；
上层绝缘面板中设置有内喷嘴放置槽和燃料供料通道；
下层金属面板中设置有外喷嘴放置槽和氧化剂供料通道；
内喷嘴放置槽的数量和外喷嘴放置槽的数量相等，且均等于离心式等离子喷嘴的数量；其中，内喷嘴放置槽用于放置离心式等离子喷嘴中金属内喷嘴的头部，外喷嘴放置槽用于放置绝缘外喷嘴和金属环，且与金属环贴紧接触；下层金属面板通过导线接地；
燃料供料通道包括环形燃料集腔、分支供液管和进液总管；
环形燃料集腔的数量为n个，在第2n-1个离心式等离子喷嘴环和第2n个离心式等离子喷嘴环之间的喷注面板上布设一个环形燃料集腔，所述环形燃料集腔均通过一根分支供液管与第2n-1个离心式等离子喷嘴环和第2n个离心式等离子喷嘴环中的每个离心式等离子喷嘴的燃料通道相连通；
进液总管与圆心等离子喷嘴的燃料通道和每个环形集液腔相连通。
7.根据权利要求6所述的中小推力火箭发动机高效稳定燃烧喷注器，其特征在于：进液总管的数量为两根，且关于圆心等离子喷嘴对称布设，两根进液总管和圆心等离子喷嘴位于同一直径上；
进气总管的数量为两根，且关于圆心等离子喷嘴对称布设，两根进气总管和圆心等离子喷嘴位于同一直径上；第2n个离心式等离子喷嘴环中的离心式等离子喷嘴均为边区等离子喷嘴，每个边区等离子喷嘴中的燃料通道通入有燃料，每个边区等离子喷嘴中的氧化剂通道处于断开状态，无氧化剂通入。
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