CN114165358B - 一种预燃室隔板喷嘴结构 - Google Patents

一种预燃室隔板喷嘴结构 Download PDF

Info

Publication number
CN114165358B
CN114165358B CN202111356068.XA CN202111356068A CN114165358B CN 114165358 B CN114165358 B CN 114165358B CN 202111356068 A CN202111356068 A CN 202111356068A CN 114165358 B CN114165358 B CN 114165358B
Authority
CN
China
Prior art keywords
nozzle
fuel
holes
partition plate
diaphragm
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202111356068.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN114165358A (zh
Inventor
潘刚
牛旭东
刘倩
张晋博
石珊珊
潘亮
韩长霖
孔维鹏
郭洪坤
刘红珍
张亚
郑孟伟
孙纪国
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Aerospace Propulsion Institute
Original Assignee
Beijing Aerospace Propulsion Institute
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing Aerospace Propulsion Institute filed Critical Beijing Aerospace Propulsion Institute
Priority to CN202111356068.XA priority Critical patent/CN114165358B/zh
Publication of CN114165358A publication Critical patent/CN114165358A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114165358B publication Critical patent/CN114165358B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02K—JET-PROPULSION PLANTS
    • F02K9/00—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof
    • F02K9/42—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof using liquid or gaseous propellants
    • F02K9/44—Feeding propellants
    • F02K9/52—Injectors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Spray-Type Burners (AREA)

Abstract

一种预燃室隔板喷嘴，包括氧化剂喷嘴、燃料喷嘴、一底；氧化剂喷嘴一端伸入燃料喷嘴中，与燃料喷嘴之间构成环形间隙；隔板套筒在面板上面沿圆周方向均布若干列；面板和隔板套筒一体成型构成一底；一底上在设置有隔板套筒的位置处安装燃料喷嘴；隔板套筒上设置沿纵向的隔板通孔，隔板通孔与燃料喷嘴一一对应并相互导通；燃料喷嘴安装在一底的一端端头设置旋流孔，旋流孔将端头的两个端面连通，燃料喷嘴与氧化剂喷嘴连接的一端设置径向孔。本发明通过隔板喷嘴结构的合理设计，有效抑制不稳定燃烧的发生，同时保证高燃烧效率和良好的出口燃气温度均匀性。

Description

一种预燃室隔板喷嘴结构
技术领域
本发明涉及一种预燃室隔板喷嘴结构，属于液体火箭发动机领域。
背景技术
在早期的液体火箭发动机设计过程中，高频燃烧稳定性问题一般是推力室需要面对的重要问题，而预燃室面对的主要是低频燃烧稳定性问题。但随着航天活动规模的不断扩大，液体火箭发动机的推力不断提高，这使得预燃室的结构尺寸、流量、压力也随之提高，预燃室在设计过程中也需要面对高频燃烧稳定性问题。同时，在保证燃烧稳定的基础上，预燃室还需要保证燃烧的高效、出口燃气的温度均匀。
隔板能改变燃烧室内的声学特性，作为抑制高频不稳定燃烧的重要手段，在液体火箭发动机中应用广泛。目前，国内外预燃室中的隔板一般只流通作为冷却剂的燃料，同时喷注氧化剂和燃料的隔板尚未见到在预燃室中应用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种预燃室隔板喷嘴结构，通过隔板喷嘴结构的合理设计，有效抑制不稳定燃烧的发生，同时保证高燃烧效率和良好的出口燃气温度均匀性。
本发明所采用的技术方案是：一种预燃室隔板喷嘴，包括氧化剂喷嘴、燃料喷嘴、一底；
氧化剂喷嘴一端伸入燃料喷嘴中，与燃料喷嘴之间构成环形间隙；所述的隔板套筒在面板上面沿圆周方向均布若干列；所述的面板和隔板套筒一体成型构成一底；一底上在设置有隔板套筒的位置处安装燃料喷嘴；隔板套筒上设置沿纵向的隔板通孔，隔板通孔与燃料喷嘴一一对应并相互导通；燃料喷嘴安装在一底的一端端头设置旋流孔，旋流孔将端头的两个端面连通，燃料喷嘴与氧化剂喷嘴连接的一端设置径向孔。
所述的一底采用铜合金材料。
所述的隔板套筒的宽度L1与相邻隔板通孔中心间的距离L2相等。
所述的隔板套筒两端的圆弧半径R为相邻隔板通孔中心间的距离L2的一半。
所述的燃料喷嘴上面的径向孔的总面积为环形间隙的面积的1.5～3倍。
所述的径向孔至少为一排，每排径向孔均匀分布。
所述的旋流孔的轴线与燃料喷嘴轴线的夹角α为15°～35°。
旋流孔的入口倒圆角的半径为0.1～0.2；旋流孔沿圆周均匀分布3～6个。
所述的旋流孔的总面积为径向孔的总面积的1～2.5倍。
所述的隔板套筒在面板上面沿圆周方向均布三列。
氧化剂经氧化剂喷嘴喷入到隔板通孔中；燃料分为两路，一路经燃料喷嘴上面的径向孔进入到环形间隙中，然后喷入到隔板通孔中，与氧化剂掺混燃烧形成燃气；另一路经燃料喷嘴上面的旋流孔直接进入隔板通孔中，形成冷却气膜，用于冷却隔板套筒；冷却气膜和燃气经隔板通孔的出口直接喷入到燃烧室，二者在燃烧室内掺混，形成温度均匀的燃气。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明的隔板喷嘴沿燃烧室周向均布三列构成三径隔板形式，用于抑制切向不稳定燃烧，拓宽预燃室的稳定工作范围。
(2)本发明的隔板套筒和面板一体成型构成一底，一底采用铜合金，在保证隔板喷嘴具备良好冷却特性的前提下，避免了焊接结构，增强了隔板喷嘴的结构可靠性。
(3)本发明将隔板喷嘴中的燃料分为两路，一路与来自氧化剂喷嘴的氧化剂快速掺混，形成高混合比混合物，保证燃烧效率；一路形成冷却气膜，对隔板套筒进行冷却，然后喷入燃烧室与隔板通孔中心处的高温燃气快速掺混，保证预燃室出口燃气的温度均匀性。
附图说明
图1为隔板喷嘴示意图；
图2为一底示意图；
图3为隔板套筒尺寸标注图；
图4为燃料喷嘴示意图；
图5为燃料喷嘴剖视图。
具体实施方式
结合附图对本发明进行说明。
如图1～5所示，本发明的一种预燃室隔板喷嘴主要由氧化剂喷嘴1、燃料喷嘴2、一底3组成。其中，氧化剂喷嘴1一端伸入燃料喷嘴2中，与燃料喷嘴2之间构成环形间隙4。
所述的隔板套筒6在面板5上面沿圆周方向均布3列。所述的面板5和隔板套筒6一体成型构成一底3。一底3上在设置有隔板套筒6的位置处安装燃料喷嘴2；
所述的一底3采用铜合金材料。
所述的隔板套筒6的宽度L1与相邻隔板通孔7中心间的距离L2相等。
所述的隔板套筒6两端的圆弧半径R为相邻隔板通孔7中心间的距离L2的一半。
燃料喷嘴2安装在一底3的一端端头设置旋流孔9，旋流孔9将端头的两个端面连通，燃料喷嘴2与氧化剂喷嘴1连接的一端设置径向孔8；所述的燃料喷嘴2上面的径向孔8的总面积为环形间隙4的面积的1.5～3倍。
所述的径向孔8可以多排均匀分布。
所述的旋流孔9的轴线与燃料喷嘴2轴线的夹角α为15°～35°。
所述的旋流孔9的入口倒圆角的半径为0.1～0.2。
所述的旋流孔9沿圆周均匀分布3～6个。
所述的旋流孔9的总面积为径向孔8的总面积的1～2.5倍。
隔板喷嘴工作过程如下：
氧化剂经氧化剂喷嘴1喷入到隔板通孔7中。燃料分为两路，一路经燃料喷嘴2上面的径向孔8进入到环形间隙4中，然后喷入到隔板通孔7中，与氧化剂快速掺混燃烧形成高温燃气；另一路经燃料喷嘴2上面的旋流孔9直接进入隔板通孔7中，形成冷却气膜，用于冷却隔板套筒6。冷却气膜和高温燃气经隔板通孔7的出口直接喷入到燃烧室，二者在燃烧室内快速掺混，形成温度均匀的燃气。
隔板喷嘴沿燃烧室周向均布三列构成三径隔板形式，用于抑制切向不稳定燃烧，拓宽预燃室的稳定工作范围。隔板套筒6和面板5一体成型构成一底3，避免了焊接结构，增强了隔板喷嘴的结构可靠性，同时一底3采用铜合金，使得隔板喷嘴具有良好的冷却特性。燃料喷嘴2将流经的燃料分为两路，一路由径向孔进入环形间隙后喷入到隔板通孔，与来自氧化剂喷嘴1的氧化剂形成高混合比混合物后快速燃烧，保证了较高的燃烧效率；一路由旋流孔进入到隔板通孔7后形成气膜，对隔板套筒6进行冷却，然后喷入到燃烧室内与隔板通孔中心处的高温燃气快速掺混均匀，形成均匀燃气。在上述隔板喷嘴的方案下，一方面既拓宽了预燃室的稳定工作范围，另一方面又保证了氧化剂与燃料间的高效燃烧以及预燃室出口燃气的温度均匀性。
本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知技术。

Claims (10)

1.一种预燃室隔板喷嘴，其特征在于，包括氧化剂喷嘴(1)、燃料喷嘴(2)、一底(3)；
氧化剂喷嘴(1)一端伸入燃料喷嘴(2)中，与燃料喷嘴(2)之间构成环形间隙(4)；所述的隔板套筒(6)在面板(5)上面沿圆周方向均布若干列；所述的面板(5)和隔板套筒(6)一体成型构成一底(3)；一底(3)上在设置有隔板套筒(6)的位置处安装燃料喷嘴(2)；隔板套筒(6)上设置沿纵向的隔板通孔(7)，隔板通孔(7)与燃料喷嘴(2)一一对应并相互导通；燃料喷嘴(2)安装在一底(3)的一端端头设置旋流孔(9)，旋流孔(9)将端头的两个端面连通，燃料喷嘴(2)与氧化剂喷嘴(1)连接的一端设置径向孔(8)。
2.根据权利要求1所述的一种预燃室隔板喷嘴，其特征在于，所述的一底(3)采用铜合金材料。
3.根据权利要求1或2所述的一种预燃室隔板喷嘴，其特征在于，所述的隔板套筒(6)的宽度L1与相邻隔板通孔(7)中心间的距离L2相等。
4.根据权利要求3所述的一种预燃室隔板喷嘴，其特征在于，所述的隔板套筒(6)两端的圆弧半径R为相邻隔板通孔(7)中心间的距离L2的一半。
5.根据权利要求4所述的一种预燃室隔板喷嘴，其特征在于，所述的燃料喷嘴(2)上面的径向孔(8)的总面积为环形间隙(4)的面积的1.5～3倍。
6.根据权利要求5所述的一种预燃室隔板喷嘴，其特征在于，所述的径向孔(8)至少为一排，每排径向孔(8)均匀分布。
7.根据权利要求6所述的一种预燃室隔板喷嘴，其特征在于，所述的旋流孔(9)的轴线与燃料喷嘴(2)轴线的夹角α为15°～35°。
8.根据权利要求7所述的一种预燃室隔板喷嘴，其特征在于，旋流孔(9)的入口倒圆角的半径为0.1～0.2；旋流孔(9)沿圆周均匀分布3～6个；所述的旋流孔(9)的总面积为径向孔(8)的总面积的1～2.5倍。
9.根据权利要求8所述的一种预燃室隔板喷嘴，其特征在于，所述的隔板套筒(6)在面板(5)上面沿圆周方向均布三列。
10.根据权利要求9所述的一种预燃室隔板喷嘴的使用方法，其特征在于，氧化剂经氧化剂喷嘴(1)喷入到隔板通孔(7)中；燃料分为两路，一路经燃料喷嘴(2)上面的径向孔(8)进入到环形间隙(4)中，然后喷入到隔板通孔(7)中，与氧化剂掺混燃烧形成燃气；另一路经燃料喷嘴(2)上面的旋流孔(9)直接进入隔板通孔(7)中，形成冷却气膜，用于冷却隔板套筒(6)；冷却气膜和燃气经隔板通孔(7)的出口直接喷入到燃烧室，二者在燃烧室内掺混，形成温度均匀的燃气。
CN202111356068.XA 2021-11-16 2021-11-16 一种预燃室隔板喷嘴结构 Active CN114165358B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111356068.XA CN114165358B (zh) 2021-11-16 2021-11-16 一种预燃室隔板喷嘴结构

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111356068.XA CN114165358B (zh) 2021-11-16 2021-11-16 一种预燃室隔板喷嘴结构

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114165358A CN114165358A (zh) 2022-03-11
CN114165358B true CN114165358B (zh) 2023-02-03

Family

ID=80479240

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111356068.XA Active CN114165358B (zh) 2021-11-16 2021-11-16 一种预燃室隔板喷嘴结构

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114165358B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115435338B (zh) * 2022-11-09 2023-01-03 中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所 一种采用混合喷嘴的大流量燃烧加热喷注器
CN116146981B (zh) * 2023-04-17 2023-06-16 中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所 一种应用气膜冷却隔板喷嘴的喷注面板

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4707982A (en) * 1981-06-26 1987-11-24 Rockwell International Corporation Thermal regenerative injector
CN101793408A (zh) * 2009-02-04 2010-08-04 燃气涡轮机效率瑞典公司 燃烧器喷嘴
CN203570457U (zh) * 2013-10-28 2014-04-30 北京航天动力研究所 一种两级掺混式喷嘴装置
CN103867340A (zh) * 2012-12-12 2014-06-18 中国人民解放军国防科学技术大学 一种双旋流喷注器
CN107939551A (zh) * 2017-11-29 2018-04-20 北京航天动力研究所 一种预燃室喷注器结构
CN109196279A (zh) * 2016-03-25 2019-01-11 通用电气公司 具有面板式燃料喷射器的燃烧系统
EP3489501A1 (de) * 2017-11-24 2019-05-29 ArianeGroup GmbH Einspritzkopf für ein triebwerk, triebwerk, rakete und verfahren zum herstellen eines einspritzkopfs
CN113339160A (zh) * 2021-07-06 2021-09-03 西安航天动力研究所 液氧甲烷推力室喷注器

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4707982A (en) * 1981-06-26 1987-11-24 Rockwell International Corporation Thermal regenerative injector
CN101793408A (zh) * 2009-02-04 2010-08-04 燃气涡轮机效率瑞典公司 燃烧器喷嘴
CN103867340A (zh) * 2012-12-12 2014-06-18 中国人民解放军国防科学技术大学 一种双旋流喷注器
CN203570457U (zh) * 2013-10-28 2014-04-30 北京航天动力研究所 一种两级掺混式喷嘴装置
CN109196279A (zh) * 2016-03-25 2019-01-11 通用电气公司 具有面板式燃料喷射器的燃烧系统
EP3489501A1 (de) * 2017-11-24 2019-05-29 ArianeGroup GmbH Einspritzkopf für ein triebwerk, triebwerk, rakete und verfahren zum herstellen eines einspritzkopfs
CN107939551A (zh) * 2017-11-29 2018-04-20 北京航天动力研究所 一种预燃室喷注器结构
CN113339160A (zh) * 2021-07-06 2021-09-03 西安航天动力研究所 液氧甲烷推力室喷注器

Also Published As

Publication number Publication date
CN114165358A (zh) 2022-03-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN114165358B (zh) 一种预燃室隔板喷嘴结构
EP3816516B1 (en) Low pollution combustor and combustion control method therefor
CN108980891B (zh) 一种具有气动导流与防回火结构的中心分级低排放燃烧室头部
US7024861B2 (en) Fully premixed pilotless secondary fuel nozzle with improved tip cooling
CN101737802A (zh) 中心空腔稳火切向燃烧室
CN109737452B (zh) 一种气态燃料适用的中心分级低污染燃烧室
CN103629696B (zh) 一种燃烧室燃油喷射与混合装置及其燃烧室
WO2022057752A1 (zh) 适用于空间装置的低温发动机
CN109737453B (zh) 一种主燃级采用两级垂直掺混的低排放燃烧室
CN113606610A (zh) 一种应用于加力燃烧室的气动辅助雾化直射式喷嘴
CN109737451B (zh) 一种气态燃料预旋喷射的低排放燃烧室
CN108800206A (zh) 一种燃料从叶片喷射的贫预混模喷嘴及全环燃烧室
CN113739207B (zh) 一种采用气动内柱的旋转爆震燃烧室
CN114857619B (zh) 一种燃气轮机微混燃烧室
CN115355532A (zh) 一种圆柱型射流孔的氢燃料燃烧室头部结构
CN113551265B (zh) 燃料喷嘴和燃气轮机
CN213931032U (zh) 逆流式环形燃烧室
CN113606608B (zh) 值班燃料喷嘴头、燃料喷嘴和燃气轮机
CN212869853U (zh) 一种微型涡喷发动机燃烧室构型
CN113108314A (zh) 值班燃料喷嘴头、燃料喷嘴和燃气轮机
CN114165359A (zh) 一种防止身部过热的喷注器结构
CN114001375B (zh) 一种带预燃燃烧室的旋转爆震燃烧室
CN114877376B (zh) 一种双通道爆震燃烧室
CN215521055U (zh) 一种预燃室结构及发动机
CN217559880U (zh) 一种燃气轮机燃烧室

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant