CN114427507B - 一种冷却路射流均匀性检测导流结构及检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种冷却路射流均匀性检测导流结构及检测装置，涉及液体火箭发动机技术领域，以解决当相邻冷却孔的间距过小时，常规检测工装收集检测困难的问题。所述冷却路射流均匀性检测导流结构包括多个周向设置于导流结构外侧的导流段，沿导流段入口端至导流段出口端的方向，相邻两个导流段的中心线间的距离逐渐增大，多个导流段与多个冷却孔对应连通，每个导流段用于将收集的冷却路射流束导流至导流段出口，最终将冷却路射流束导入收集结构中。所述冷却路射流均匀性检测装置包括上述技术方案所提的冷却路射流均匀性检测导流结构。本发明提供的冷却路射流均匀性检测导流结构用于在相邻冷却孔的间距较小时，实现冷却路射流均匀性的检测。

Description

一种冷却路射流均匀性检测导流结构及检测装置

技术领域

本发明涉及液体火箭发动机技术领域，尤其涉及一种冷却路射流均匀性检测导流结构及检测装置。

背景技术

液体火箭发动机是液体导弹、运载火箭及航天器的主要动力装置。燃烧室内燃气温度可达3000-4800K，喷管出口燃气流最高达6马赫，这样高压、高温、高速的燃气流将产生巨大的对流热流和辐射热流，传向壁面。为防止因壁温过高而使室壁烧毁变形，液体火箭发动机常采用液膜冷却降低壁温，即在喷注器边缘或燃烧室适当位置专门设置一圈或多圈小孔，喷出燃料，形成贴壁液膜或气膜，以把室壁与燃气隔开，减少燃气向室壁的传热，保护室壁不致过热烧蚀。

而冷却路射流的均匀性直接影响到燃烧室壁的冷却效果，当均匀性较差时，会出现局部温度较高，严重时影响发动机工作可靠性，因此需要检测冷却路射流均匀性，目前主要采用人工收集法来进行检测。

但是，随着燃烧室室压的升高，同样推力量级下的产品尺寸大幅减小，相邻冷却孔的间距相应变小，使得常规检测工装收集各股流量操作困难，导致检测射流均匀性较为困难。

发明内容

本发明的目的在于提供一种冷却路射流均匀性检测导流结构及检测装置，用于在相邻冷却孔的间距较小时，实现冷却路射流的均匀性的检测。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种冷却路射流均匀性检测导流结构，导流结构固定连接于火箭发动机的喷注器具有冷却孔的一侧或火箭发动机的冷却环具有冷却孔的一侧；

导流结构包括多个导流段，多个导流段沿周向设置于导流结构的外侧，沿导流段的入口端至导流段的出口端的方向，相邻两个导流段的中心线之间的距离逐渐增加；

多个导流段的入口端与喷注器或冷却环的多个冷却孔对应相连通，用于收集冷却孔射出的冷却路射流束；每个导流段用于将收集的冷却路射流束导流至导流段出口，以通过导流段出口将冷却路射流束导入收集结构中；

其中，每个所述导流段均包括导流面，每个冷却孔射出的冷却路射流束均出射至相应导流段的导流面上。

基于此，在本发明中，喷注器或冷却环的多个冷却孔与导流结构的多个导流段的入口端对应相连通，在进行冷却路射流均匀性检测时，每股冷却路射流束从冷却孔流出后，均能出射至相应导流段的导流面上，沿着该导流面流至导流段出口端，最后通过导流段出口端将冷却路射流束导入收集结构中，利用各个收集结构中所收集的冷却路射流束的质量，计算出各导流段所收集的流量的平均值与散差，从而对冷却路射流的均匀性进行评价。而且沿导流段的入口端至导流段的出口端的方向，本发明相邻两个导流段的中心线之间的距离逐渐增加，即在导流段中流淌的两股相邻冷却路射流束在导流段出口端流出时的间距变大，如此设置，有利于收集结构收集冷却路射流束，进而可以在相邻冷却孔的间距较小的情况下，实现对冷却路射流均匀性的检测。

所以，与现有技术相比，当相邻冷却孔的间距较小时，可通过本发明提供的冷却路射流均匀性检测导流结构，将从冷却孔流出的每股冷却路射流束通过对应的导流段排入收集结构，而且相邻两个导流段的中心线之间的距离逐渐增加，即在导流段中流淌的两股相邻冷却路射流束，其间距逐渐增大，便于收集结构收集，进而完成冷却路射流均匀性的检测。

可选地，上述的冷却路射流均匀性检测导流结构中，导流结构为圆锥台，靠近喷注器或冷却环一侧的端面直径小于远离喷注器或冷却环一侧的端面直径。

可选地，上述的冷却路射流均匀性检测导流结构中，导流结构为空腔结构，和/或，导流结构内设置有多个贯通孔。

可选地，上述的冷却路射流均匀性检测导流结构中，每个导流段还包括间隔板，间隔板设置于导流面的两侧。

可选地，上述的冷却路射流均匀性检测导流结构中，导流面的母线与导流结构的中心轴线之间的夹角的角度，大于冷却孔中心轴线与导流结构的中心轴线之间的夹角的角度。

可选地，上述的冷却路射流均匀性检测导流结构中，导流面靠近导流段出口端的部分的宽度沿导流段的入口端至导流段的出口端的方向逐渐缩小；导流段的出口端的尺寸与收集结构的尺寸相匹配，使所述导流段的出口端流出的冷却路射流束流全部流至所述收集结构。

可选地，上述的冷却路射流均匀性检测导流结构中，间隔板靠近导流段的出口端的端面上设置有凹槽。

可选地，上述的冷却路射流均匀性检测导流结构中，导流结构采用硬度低于喷注器或冷却环的轻质材料。

可选地，上述的冷却路射流均匀性检测导流结构中，导流结构的材料采用铝或聚四氟乙烯。

可选地，上述的冷却路射流均匀性检测导流结构中，导流结构上设置有安装孔和安装面，导流结构通过安装孔与火箭发动机或测试工装配合连接，使安装面与冷却孔出口端面抵接。

可选地，上述的冷却路射流均匀性检测导流结构中，导流结构的周侧上设置有定位面，定位面用于在安装时对导流结构进行径向定位。

本发明还提供一种冷却路射流均匀性检测装置，包括上述的冷却路射流均匀性检测导流结构以及收集结构。

与现有技术相比，本发明提供的冷却路射流均匀性检测装置的有益效果与上述技术方案的冷却路射流均匀性检测导流结构有益效果相同，此处不做赘述。

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，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例提供的一种冷却路射流均匀性检测导流结构的剖面图；

图2为本发明实施例提供的一种冷却路射流均匀性检测导流结构的结构图；

图3为本发明实施例提供的另一种冷却路射流均匀性检测导流结构的结构图。

附图标记：

1-冷却孔；2-导流段；21-导流面；22-间隔板；3-安装孔；4-安装面；5-定位面。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。“若干”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”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。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

随着燃烧室中相邻冷却孔的间距相应越来越小，使得常规检测工装收集各股流量操作困难，导致检测射流均匀性较为困难。

为了解决上述问题，如图1、图2及图3所示，本发明实施例提供了一种冷却路射流均匀性检测导流结构及检测装置，导流结构用于固定连接于火箭发动机的喷注器具有冷却孔1的一侧或火箭发动机的冷却环具有冷却孔1的一侧；导流结构包括多个导流段2，多个导流段2沿周向设置于导流结构的外侧，沿导流段2的入口端至导流段2的出口端的方向，相邻两个导流段2的中心线之间的距离逐渐增加；

多个导流段2的入口端与喷注器或冷却环的多个冷却孔1对应连通，用于收集冷却孔1射出的冷却路射流束；每个导流段2用于将收集的冷却路射流束导流至导流段2出口，以通过导流段2出口将冷却路射流束导入收集结构中；示例性地，喷注器或冷却环的冷却孔1与导流段2的入口端一一对应连通，或者，多个喷注器或冷却环的冷却孔1与一个导流段2的入口端对应连通；

其中，每个所述导流段2均包括导流面21，每个冷却孔1射出的冷却路射流束均出射至相应导流段2的导流面21上。

在具体实施过程中，喷注器或冷却环的多个冷却孔1与导流结构的多个导流段2的入口端对应连通，在进行冷却路射流均匀性检测时，每股冷却路射流束从冷却孔1流出后，均能出射至相应导流段2的导流面21上，沿着该导流面流至导流段2出口端，最后通过导流段2出口端将冷却路射流束导入收集结构中，利用各个收集结构中所收集的冷却路射流束质量，计算出各导流段所收集的流量的平均值与散差，从而对冷却路射流的均匀性进行评价。而且沿导流段2的入口端至导流段2的出口端的方向，相邻两个导流段2的中心线之间的距离逐渐增加，即在导流段2中流淌的两股相邻冷却路射流束在导流段2出口端流出时的间距变大，更加便于收集结构收集。

通过上述的冷却路射流均匀性检测导流结构和具体实施过程可知，当相邻冷却孔1的间距较小时，可通过本发明提供的冷却路射流均匀性检测导流结构，将从冷却孔1流出的每股冷却路射流束通过对应的导流段2排入收集结构，而且相邻两个导流段2的中心线之间的距离逐渐增加，即在导流段2中流淌的两股相邻冷却路射流束，其间距逐渐增大，有利于收集结构收集冷却路射流束，进而可以在相邻冷却孔1的间距较小，传统检测装置收集检测困难的情况下，实现对冷却路射流均匀性的检测。

具体地，上述的冷却路射流均匀性检测导流结构中，导流结构为圆锥台，靠近喷注器或冷却环一侧的端面直径小于远离喷注器或冷却环一侧的端面直径。如此设置，使周向设置于导流结构外侧的多个导流段2的中心线从入口端至出口端逐渐增加，使各股射流之间的间隔变大，便于收集。

具体地，上述的冷却路射流均匀性检测导流结构中，导流结构为空腔结构，和/或，导流结构内设置有多个贯通孔，示例性地，导流结构为空腔结构，或者，导流结构内设置有多个贯通孔，或者导流结构为空腔结构且设置有多个贯通孔。通过设置空腔结构或设置贯通孔的方式，能够降低导流结构整体的重量，便于冷却路射流均匀性检测过程中导流结构的搬运及安装。

具体地，上述的冷却路射流均匀性检测导流结构中，每个导流段2还包括间隔板22，间隔板22设置于导流面21的两侧；进一步地，间隔板22为周向均布于导流结构的薄板，导流面21与间隔板22之间圆角连接。通过间隔板22将每两个导流面21分隔，保证在冷却路射流均匀性检测过程中，每股冷却路射流束均只流入对应的导流面21，减少检测误差。

具体地，上述的冷却路射流均匀性检测导流结构中，导流面21的母线与导流结构的中心轴线之间的夹角的角度，大于冷却孔1中心轴线与导流结构的中心轴线之间的夹角的角度。如此设置，从冷却孔1流出的射流束均能流至导流面21上，防止射流束飞溅出导流段2，影响收集结构所收集到的冷却射流束的量，进而影响检测结果。

具体地，如图2和图3所示，上述的冷却路射流均匀性检测导流结构中，导流面21靠近导流段2出口端的部分的宽度沿导流段2的入口端至导流段2的出口端的方向逐渐缩小；导流段2的出口端的尺寸与收集结构的尺寸相匹配，使所述导流段2的出口端流出的冷却路射流束流全部流至所述收集结构；示例性地，沿导流结构的中心轴线的方向，导流段2的出口端截面的投影落入收集结构入口端截面的投影内。

如此设置，导流段2靠近出口端的部分逐渐收缩，使得流经的冷却路射流束宽度逐渐减小，便于收集结构收集，进一步地，导流段2的出口端的尺寸与收集结构的尺寸相匹配，保证冷却路射流束均能全部流入收集结构，保证冷却路射流均匀性检测的准确性。

具体地，如图3所示，上述的冷却路射流均匀性检测导流结构中，间隔板22靠近导流段2的出口端的端面上设置有凹槽。如此设置，收集结构边沿处可伸入导流段2的出口端的端面上的凹槽中，进一步保证冷却路射流束均能全部流入收集结构中。

具体地，上述的冷却路射流均匀性检测导流结构中，导流结构采用硬度低于喷注器或冷却环的轻质材料。如此设置，在冷却路射流均匀性检测导流结构和喷注器或冷却环发生磕碰时，喷注器或冷却环硬度大于导流结构，喷注器或冷却环不易被碰伤，同时采用密度较低的轻质材料，能够降低导流结构质量，便于安装与操作。

具体地，上述的冷却路射流均匀性检测导流结构中，导流结构的材料采用铝和/或聚四氟乙烯；示例性地，导流结构的材料采用铝，或者导流结构的材料采用聚四氟乙烯，或者导流结构的材料采用铝和聚四氟乙烯。铝和聚四氟乙烯的密度较低、抗氧化能力强，导流结构的材料采用铝或聚四氟乙烯时，能够降低导流结构的质量，便于安装与操作，且能够增加导流结构的使用寿命；导流结构的材料采用铝和聚四氟乙烯时，将导流段2设置为聚四氟乙烯材料，增强导流段2耐酸腐蚀能力，将其余部分设置为铝材料，采用铝材后设置的用于安装的螺纹孔不易打滑，增强导流结构工作稳定性。

具体地，如图1所示，上述的冷却路射流均匀性检测导流结构中，导流结构上设置有安装孔3和安装面4。导流结构通过安装孔3与火箭发动机喷注器或测试工装配合连接，使安装面4与冷却孔1出口端面抵接，保证冷却路射流束从冷却孔1流出后能直接流至导流段2的导流面21，避免直接流至间隔版22上，防止一股射流进入两个导流段2，减少因冷却路射流束飞溅而产生的检测误差。

具体地，如图1所示，上述的冷却路射流均匀性检测导流结构中，导流结构的周侧上设置有定位面5，定位面5用于在安装时对导流结构进行径向定位。如此设置，保证每个冷却孔1与对应的导流段2对齐，保证冷却路射流束均能流至对应的导流段2内。

本发明实施例还提供一种冷却路射流均匀性检测装置，包括上述的冷却路射流均匀性检测导流结构以及收集结构。

与现有技术相比，本发明实施例提供的冷却路射流均匀性检测装置的有益效果与上述技术方案的冷却路射流均匀性检测导流结构有益效果相同，此处不做赘述。

在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种冷却路射流均匀性检测导流结构，其特征在于：

所述导流结构固定连接于火箭发动机的喷注器具有冷却孔的一侧或火箭发动机的冷却环具有冷却孔的一侧；

所述导流结构包括多个导流段，所述多个导流段沿周向设置于所述导流结构的外侧，沿所述导流段的入口端至所述导流段的出口端的方向，相邻两个所述导流段的中心线之间的距离逐渐增加；

所述多个导流段的入口端与所述喷注器或所述冷却环的多个冷却孔对应相连通，用于收集所述冷却孔射出的冷却路射流束；每个所述导流段用于将收集的冷却路射流束导流至所述导流段出口，以通过所述导流段出口将所述冷却路射流束导入收集结构中；

每个所述导流段包括导流面和间隔板；

所述间隔板设置于相应所述导流面的两侧；

所述导流面的母线与所述导流结构的中心轴线之间的夹角的角度，大于所述冷却孔中心轴线与所述导流结构的中心轴线之间的夹角的角度；

其中，每个所述冷却孔射出的冷却路射流束均出射至相应所述导流段的导流面上；

所述导流面靠近导流段的出口端的部分的宽度沿所述导流段的入口端至所述导流段的出口端的方向逐渐缩小，使得流经的冷却路射流束宽度逐渐减小；所述导流段的出口端的尺寸与所述收集结构的尺寸相匹配，使所述导流段的出口端流出的冷却路射流束全部流至所述收集结构。

2.根据权利要求1所述的冷却路射流均匀性检测导流结构，其特征在于，所述导流结构为圆锥台，靠近所述喷注器或所述冷却环一侧的端面直径小于远离所述喷注器或所述冷却环一侧的端面直径。

3.根据权利要求2所述的冷却路射流均匀性检测导流结构，其特征在于，所述导流结构为空腔结构，和/或所述导流结构内设置有多个贯通孔。

4.根据权利要求1所述的冷却路射流均匀性检测导流结构，其特征在于，所述间隔板靠近所述导流段的出口端的端面上设置有凹槽。

5.根据权利要求1所述的冷却路射流均匀性检测导流结构，其特征在于，所述导流结构采用硬度低于所述喷注器或所述冷却环的轻质材料。

6.根据权利要求5所述的冷却路射流均匀性检测导流结构，其特征在于，所述导流结构的材料采用铝和/或聚四氟乙烯。

7.一种冷却路射流均匀性检测装置，其特征在于，包括权利要求1-6任一项所述的冷却路射流均匀性检测导流结构以及收集结构。

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