CN114562388A - 一种能研究多喷嘴间喷雾关系的火箭发动机喷注面板 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种能研究多喷嘴间喷雾关系的火箭发动机喷注面板,包括顶盖、中间连接板、底座和若干个液体中心型气液同轴喷嘴;顶盖与中间连接板之间形成密封的集液腔;底座与中间连接板之间形成密封的集气腔;每个液体中心型气液同轴喷嘴均包括液体内喷嘴和外围气喷嘴;所有外围气喷嘴均竖直布设在与集气腔相对应的底座中;每个液体内喷嘴均包括液喷管和储液室;储液室沿周向均匀布设有若干个进液孔;液喷管均同轴插设在对应的外围气喷嘴中,液喷管外壁面与对应外围气喷嘴之间形成环缝形的气体直流喷射通道。本发明不仅可以研究单个喷嘴的雾化特性,还可以通过调整喷嘴个数和喷嘴间距研究多个喷嘴之间喷雾相互关系对雾化特性的影响。
Description
技术领域
本发明涉及液体火箭发动机喷雾燃烧技术领域,特别是一种能研究多喷嘴间喷雾关系的火箭发动机喷注面板。
背景技术
液体火箭发动机是航天运载器和飞行器的主要动力装置。燃烧不稳定表征为压力振荡和热释放的周期性变化,直接决定了燃烧室和发动机的稳定性。燃烧不稳定被认为是动态过程(雾化、蒸发、混合和化学反应)与燃烧室声学振荡相耦合的结果。喷嘴是供应系统与燃烧室连通的纽带,其雾化效果极大的影响着后续燃料的蒸发、混合和燃烧,对发动机燃烧不稳定研究有着重要影响。
目前对于单个喷嘴的雾化特性的研究较多,但在发动机工作的实际过程中,喷嘴往往是按一定的规律成组的分布在喷注面板上,喷雾之间的相互关系将会影响喷嘴整体的雾化特性。因此,研究相邻多个喷嘴喷雾之间的相互关系具有重要的工程运用价值。
喷嘴的排列方式决定了整个喷注器的混合规律,并对蒸发和燃烧过程有着明显的影响,很大程度上决定了喷注器的性能优劣。
液体火箭发动机喷嘴的排列必须满足性能、稳定性和可靠性要求。为了满足这些要求,喷嘴通常采用同心圆式的排列方式,这种排列方式的特点是所有喷嘴都位于一系列的同心圆上,并且沿着同心圆的半径方向喷嘴的个数依次增加,其可分为中心区主喷嘴、边区喷嘴和外围喷嘴,通过调节不同区域的混合比分布等方法来提高烧的稳定性。
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,而提供一种能研究多喷嘴间喷雾关系的火箭发动机喷注面板,该能研究多喷嘴间喷雾关系的火箭发动机喷注面板不仅可以研究单个喷嘴的雾化特性,还可以通过调整喷嘴个数和喷嘴间距研究多个喷嘴之间喷雾相互关系对雾化特性的影响。
为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案是:
一种能研究多喷嘴间喷雾关系的火箭发动机喷注面板,包括顶盖、中间连接板、底座和若干个液体中心型气液同轴喷嘴。
顶盖同轴密封安装在中间连接板的顶面中心,且顶盖与中间连接板之间形成密封的集液腔。
底座同轴密封安装在中间连接板的底面中心,且底座与与中间连接板之间形成密封的集气腔。
每个液体中心型气液同轴喷嘴均包括液体内喷嘴和外围气喷嘴。
所有外围气喷嘴均竖直布设在与集气腔相对应的底座中,且均与集气腔相连通。
每个液体内喷嘴均包括液喷管和同轴设置在液喷管顶部的储液室;储液室沿周向均匀布设有若干个进液孔。
所有液体内喷嘴均竖直且密封安装在中间连接板上,每个液体内喷嘴的储液室均位于集液腔中,且每个进液孔均与集液腔和储液室相连通。
每个液体内喷嘴的液喷管均同轴插设在对应的外围气喷嘴中,液喷管外壁面与对应外围气喷嘴之间形成环缝形的气体直流喷射通道。
液体内喷嘴为离心式液喷嘴,储液室为旋流室,每个进液孔均为与旋流室圆周相切的切向孔。
外围气喷嘴的数量不少于三个,每次仅使其中两个外围气喷嘴同时工作,将其余外围气喷嘴进行密封封堵;通过调整同时工作的两个外围气喷嘴之间的间距,从而能够研究不同喷嘴间距下喷雾间相互关系对整体雾化特性的影响。
外围气喷嘴的数量不少于五个,因而液体中心型气液同轴喷嘴的数量也不少于5个;通过改变而液体中心型气液同轴喷嘴同时工作的个数,则能研究喷嘴排列方式对多喷嘴喷雾之间相互关系对整体雾化特性的影响。
通过改变液体内喷嘴中液喷管的厚度,则能外围气喷嘴和液体内喷嘴之间的气体直流喷射通道的环缝面积,进而能够研究环缝面积对雾化特性的影响。
通过改变液体内喷嘴中液喷管的长度,则能改变液喷管在对应外围气喷嘴中的插入深度,也即能够改变液体内喷嘴和对应外围气喷嘴之间的缩进长度,进而能够研究缩进长度对雾化特性的影响。
顶盖上设置有气体供应管和液体供应管;其中,液体供应管伸入集液腔中,用于向集液腔内供应液体推进剂;气体供应管伸入集气腔中,用于向集气腔中供应气体推进剂。
中间连接板的顶面中心一体设置有凸台,顶盖底部密封套设在凸台的外周,顶盖与凸台之间形成密封的集液腔;中间连接板的底面中心一体设置有法兰盘,底座密封安装在法兰盘底面;底座与法兰盘内腔围合形成密封的集气腔。
外围气喷嘴的数量为五个。
液体内喷嘴中液喷管中心的液体喷射通道包括从上至下依次布设的等直段和出口扩张段;其中,等直段的顶部通过收缩段与储液室相连通。
本发明具有如下有益效果:
1、底座上的外围气喷嘴两两之间的距离不同,从而可以研究不同喷嘴间距下喷雾之间的相互关系对于整体雾化特性的影响;改变喷嘴同时工作的个数,即可以研究喷嘴排列方式对多喷嘴喷雾之间相互关系对整体雾化特性的影响。
2、集液腔的液体推进剂通过离心式液喷嘴的切向孔进入液体喷射流道,外围气喷嘴为直流喷嘴,二者搭配即为液体中心型离心式喷嘴。
3、通过改变液体内喷嘴的厚度,即可改变外围气喷嘴和液体内喷嘴之间的环缝面积,从而可以研究环缝面积对雾化特性的影响。
4、通过改变液体内喷嘴的长度,即可改变中心液体内喷嘴和外围气喷嘴之间的缩进长度,从而可以研究缩进长度对雾化特性的影响。
5、本发明模块化程度高、结构紧凑、稳定性好。以上的研究方法不仅可以单独研究,还可以交叉混合研究,可以基本满足真实火箭发动机的工作状况,具有非常重要的工程运用价值。
附图说明
图1显示了本发明能研究多喷嘴间喷雾关系的火箭发动机喷注面板的三维示意图。
图2显示了本发明能研究多喷嘴间喷雾关系的火箭发动机喷注面板的三维纵剖面图。
图3显示了本发明中底座的三维结构示意图。
图4显示了本发明中的中间连接板的顶面结构示意图。
图5显示了本发明中的中间连接板的底面结构示意图。
图6显示了本发明中顶盖的顶面结构示意图。
图7显示了本发明中顶盖的底面结构示意图。
图8显示了本发明中液体内喷嘴的纵剖面图。
图9显示了本发明中液体内喷嘴的切向孔的剖面图。
其中有:
1.顶盖;
11.顶盖固定孔;12.气体供应管;13.液体供应管;14.气体供应管轴向密封槽;
2.中间连接板;
21.内部固定孔;22.液体内喷嘴固定孔;23.顶盖密封槽;24. 气体供应管穿孔;25.外部固定孔;26.凸台;
3.底座;
31.底座固定孔;32.外围气喷嘴;33.底座密封槽;
4.液体内喷嘴;
41.切向孔;42.旋流室;43.收缩段;44.轴向密封槽;45.等直段;46.出口扩张段;
5.集气腔;
6.集液腔。
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所示,一种能研究多喷嘴间喷雾关系的火箭发动机喷注面板,包括顶盖1、中间连接板2、底座3和若干个液体中心型气液同轴喷嘴。本发明中,液体中心型气液同轴喷嘴的数量优选为5个。
如图2、图4和图5所示,中间连接板的顶面中心优选设置有一体的凸台26,凸台的侧壁面优选设置有顶盖密封槽23,顶盖密封槽内优选嵌设有密封圈。
凸台上优选设置有一个气体供应管穿孔24和与液体中心型气液同轴喷嘴数量相等的液体内喷嘴固定孔22。
中间连接板的底面中心优选一体设置有法兰盘,法兰盘上优选设置有若干个竖向贯通的内部固定孔21。
进一步,中间连接板的四周还优选设置有外部固定孔25,用于与外部设备,如燃烧室等的安装连接。
顶盖同轴密封安装在中间连接板的顶面中心,且顶盖与中间连接板之间形成密封的集液腔。具体优选设置方法为:顶盖底部密封套设在凸台的外周,且通过顶盖密封槽内的密封圈实现轴向密封,顶盖与凸台顶面之间形成密封的集液腔6。
如图6和图7所示,顶盖的外缘优选设置有与内部固定孔21数量相等的顶盖固定孔11,通过顶盖固定孔11、内部固定孔21和螺栓等,实现顶盖和中间连接板的连接。
进一步,顶盖上还优选设置有气体供应管12和液体供应管13;其中,液体供应管伸入集液腔中,用于向集液腔内供应液体推进剂;气体供应管底端优选从气体供应管穿孔24穿过后伸入下述集气腔中,用于向集气腔中供应气体推进剂。
底座同轴密封安装在中间连接板的底面中心,且底座与与中间连接板之间形成密封的集气腔5。具体优选设置方法为:如图3所示,底座的外缘优选均布有与内部固定孔21数量相等的底座固定孔31,底座固定孔31内侧的底座顶面设置有底座密封槽33,底座密封槽内嵌设有密封圈。优选采用螺栓依次穿过顶盖固定孔11、内部固定孔21和底座固定孔31,从而实现三者的密封可拆卸连接,底座与法兰盘内腔围合形成密封的集气腔。
与集气腔对应的底座中心优选设置有液体中心型气液同轴喷嘴数量相等的外围气喷嘴32,每个外围气喷嘴32均竖直贯通布设,且均与集气腔相连通。
每个液体中心型气液同轴喷嘴均包括液体内喷嘴4和一个上述外围气喷嘴。
如图8所示,每个液体内喷嘴均包括液喷管和同轴设置在液喷管顶部的储液室;储液室沿周向均匀布设有若干个进液孔。
位于储液室底部的液喷管顶端设置有若干个轴向密封槽44,每个轴向密封槽内均优选嵌设有密封圈。液喷管中心的液体喷射通道包括从上至下依次布设的等直段45和出口扩张段46;其中,等直段的顶部通过收缩段43与储液室相连通。
所有液体内喷嘴均竖直布设,每个液体内喷嘴的储液室均位于集液腔中,从而使得每个进液孔均与集液腔和储液室相连通。
液体内喷嘴的液喷管分别从对应的液体内喷嘴固定孔中穿过,且液喷管的轴向密封槽及密封圈与液体内喷嘴固定孔之间实现轴向密封。
每个液体内喷嘴的液喷管底端均同轴插设在对应的外围气喷嘴中,液喷管外壁面与对应外围气喷嘴之间形成环缝形的气体直流喷射通道。
上述液体内喷嘴为离心式液喷嘴,如图8和图9所示,储液室为旋流室42,每个进液孔均为与旋流室圆周相切的切向孔41。
进一步,外围气喷嘴的数量不少于三个,每次仅使其中两个外围气喷嘴同时工作,将其余外围气喷嘴进行密封封堵;通过调整同时工作的两个外围气喷嘴之间的间距,从而能够研究不同喷嘴间距下喷雾间相互关系对整体雾化特性的影响。
进一步,外围气喷嘴的数量不少于五个,因而液体中心型气液同轴喷嘴的数量也不少于5个;通过改变而液体中心型气液同轴喷嘴同时工作的个数,则能研究喷嘴排列方式对多喷嘴喷雾之间相互关系对整体雾化特性的影响。
另外,本发明还能通过改变液体内喷嘴中液喷管的厚度,则能外围气喷嘴和液体内喷嘴之间的气体直流喷射通道的环缝面积,进而能够研究环缝面积对雾化特性的影响。
另外,本发明还能通过改变液体内喷嘴中液喷管的长度,则能改变液喷管在对应外围气喷嘴中的插入深度,也即能够改变液体内喷嘴和对应外围气喷嘴之间的缩进长度,进而能够研究缩进长度对雾化特性的影响。
液体内喷嘴中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 (10)
1.一种能研究多喷嘴间喷雾关系的火箭发动机喷注面板,其特征在于:包括顶盖、中间连接板、底座和若干个液体中心型气液同轴喷嘴;
顶盖同轴密封安装在中间连接板的顶面中心,且顶盖与中间连接板之间形成密封的集液腔;
底座同轴密封安装在中间连接板的底面中心,且底座与与中间连接板之间形成密封的集气腔;
每个液体中心型气液同轴喷嘴均包括液体内喷嘴和外围气喷嘴;
所有外围气喷嘴均竖直布设在与集气腔相对应的底座中,且均与集气腔相连通;
每个液体内喷嘴均包括液喷管和同轴设置在液喷管顶部的储液室;储液室沿周向均匀布设有若干个进液孔;
所有液体内喷嘴均竖直且密封安装在中间连接板上,每个液体内喷嘴的储液室均位于集液腔中,且每个进液孔均与集液腔和储液室相连通;
每个液体内喷嘴的液喷管均同轴插设在对应的外围气喷嘴中,液喷管外壁面与对应外围气喷嘴之间形成环缝形的气体直流喷射通道。
2.根据权利要求1所述的能研究多喷嘴间喷雾关系的火箭发动机喷注面板,其特征在于:液体内喷嘴为离心式液喷嘴,储液室为旋流室,每个进液孔均为与旋流室圆周相切的切向孔。
3.根据权利要求1所述的能研究多喷嘴间喷雾关系的火箭发动机喷注面板,其特征在于:外围气喷嘴的数量不少于三个,每次仅使其中两个外围气喷嘴同时工作,将其余外围气喷嘴进行密封封堵;通过调整同时工作的两个外围气喷嘴之间的间距,从而能够研究不同喷嘴间距下喷雾间相互关系对整体雾化特性的影响。
4.根据权利要求1所述的能研究多喷嘴间喷雾关系的火箭发动机喷注面板,其特征在于:外围气喷嘴的数量不少于五个,因而液体中心型气液同轴喷嘴的数量也不少于5个;通过改变而液体中心型气液同轴喷嘴同时工作的个数,则能研究喷嘴排列方式对多喷嘴喷雾之间相互关系对整体雾化特性的影响。
5.根据权利要求1所述的能研究多喷嘴间喷雾关系的火箭发动机喷注面板,其特征在于:通过改变液体内喷嘴中液喷管的厚度,则能外围气喷嘴和液体内喷嘴之间的气体直流喷射通道的环缝面积,进而能够研究环缝面积对雾化特性的影响。
6.根据权利要求1所述的能研究多喷嘴间喷雾关系的火箭发动机喷注面板,其特征在于:通过改变液体内喷嘴中液喷管的长度,则能改变液喷管在对应外围气喷嘴中的插入深度,也即能够改变液体内喷嘴和对应外围气喷嘴之间的缩进长度,进而能够研究缩进长度对雾化特性的影响。
7.根据权利要求1所述的能研究多喷嘴间喷雾关系的火箭发动机喷注面板,其特征在于:顶盖上设置有气体供应管和液体供应管;其中,液体供应管伸入集液腔中,用于向集液腔内供应液体推进剂;气体供应管伸入集气腔中,用于向集气腔中供应气体推进剂。
8.根据权利要求1所述的能研究多喷嘴间喷雾关系的火箭发动机喷注面板,其特征在于:中间连接板的顶面中心一体设置有凸台,顶盖底部密封套设在凸台的外周,顶盖与凸台之间形成密封的集液腔;中间连接板的底面中心一体设置有法兰盘,底座密封安装在法兰盘底面;底座与法兰盘内腔围合形成密封的集气腔。
9.根据权利要求1所述的能研究多喷嘴间喷雾关系的火箭发动机喷注面板,其特征在于:外围气喷嘴的数量为五个。
10.根据权利要求1所述的能研究多喷嘴间喷雾关系的火箭发动机喷注面板,其特征在于:液体内喷嘴中液喷管中心的液体喷射通道包括从上至下依次布设的等直段和出口扩张段;其中,等直段的顶部通过收缩段与储液室相连通。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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