CN114962073A - 气氧煤油富燃点火器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种气氧煤油富燃点火器，涉及点火装置技术领域，包括：喷注单元、反应单元和导焰单元；由于喷注壳体与喷注面板螺纹连接，喷注面板可随意拆装，改变喷注面板的结构参数，可以实现在一定流量、氧燃比范围内的高效可靠点火，扩展了点火器的适用范围，煤油积液腔内的煤油进入到多个煤油喷注孔中，通过煤油喷注孔将煤油雾化，并且使用汽车火花塞进行点火，简化了整个点火系统的结构与成本，同时实现了在富燃条件下的可靠点火与稳定工作，导焰筒与点火器转接件可拆卸连接，点火器转接件可随意拆装，可自行改变点火器转接件出口内径值，进而直接调整点火器的工作压力，拓展了该型点火器的工作范围。

Description

气氧煤油富燃点火器

技术领域

本发明涉及点火装置技术领域，尤其是涉及一种气氧煤油富燃点火器。

背景技术

液氧煤油作为一种高性能无毒无污染的推进剂被广泛应用于航空航天发动机领域，但因为其非自燃性质需要增加额外的点火装置以启动液氧煤油发动机。目前常用的点火方式主要有：固体点火药点火器、高能电点火器、化学自燃点火器和非自燃火炬式点火器。

固体点火药点火器性能稳定、能量高，但难以适应需要多次启动的要求；高能电点火器需要很大功率的电源，因而会过度增加结构质量，且其在真空环境高压电路系统中的工作可靠性差；化学自燃点火器需要设计额外的供应、启动系统，增加了发动机的质量与复杂性，进而影响系统可靠性；非自燃火炬式点火器点火能量大、可重复使用、结构相对简单，是可重复使用发动机合适的点火方式。

目前火炬点火器普遍存在在富燃条件下启动困难、工作可靠性低、成本高、可适用范围较小等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种气氧煤油富燃点火器，以缓解现有技术中存在的火炬点火器启动困难、工作可靠性低、成本高、可适用范围小的技术问题。

第一方面，本发明提供的气氧煤油富燃点火器，包括：喷注单元、反应单元和导焰单元；

所述喷注单元包括喷注面板和喷注壳体，所述喷注壳体的一端与所述喷注面板螺纹连接，所述喷注壳体的另一端与所述反应单元螺纹连接，所述喷注面板的端部与所述喷注壳体围设形成煤油积液腔，沿着所述喷注面板的径向设置有多个煤油喷注孔，多个所述煤油喷注孔与所述煤油积液腔连通；

所述反应单元内腔形成点火室，所述反应单元具有伸入到所述点火室内的汽车火花塞；

所述导焰单元包括导焰筒和点火器转接件，所述导焰筒的一端与所述反应单元连接，所述导焰筒的另一端与所述点火器转接件可拆卸连接。

在可选的实施方式中，

所述喷注面板具有氧气通道，所述氧气通道与所述煤油积液腔连通，外部氧气通过所述氧气通道进入到所述点火室中。

在可选的实施方式中，

所述喷注单元还包括O型圈、第一紫铜垫圈和第二紫铜垫圈；

所述O型圈设置在所述喷注面板和所述喷注壳体之间，且所述O型圈位于所述喷注面板和所述喷注壳体之间的连接处靠近所述反应单元的一侧；

所述第一紫铜垫圈设置在所述喷注面板伸入到所述喷注壳体的端部，所述喷注面板的端部具有多个方形槽，多个所述方形槽与所述第一紫铜垫圈围设形成多个所述煤油喷注孔；

所述第二紫铜垫圈设置在所述喷注壳体和所述反应单元之间的连接处。

在可选的实施方式中，

所述喷注单元还包括煤油入口接嘴；

所述煤油入口接嘴与所述喷注面板连接，且所述煤油入口接嘴与所述煤油喷注孔连通。

在可选的实施方式中，

所述反应单元上设置有用于连接温度传感器的测温接套；

所述反应单元上设置有用于连接压力传感器的测压接嘴。

在可选的实施方式中，

所述测温接套与所述反应单元之间的连接处设置有第三紫铜垫圈。

在可选的实施方式中，

所述导焰单元还包括安装调节件；

所述安装调节件套设在所述导焰筒远离所述反应单元的一端，且所述安装调节件能够沿着周向方向转动；

所述点火器转接件与所述安装调节件螺纹连接。

在可选的实施方式中，

所述导焰单元还包括第四紫铜垫圈；

所述导焰筒沿着外筒壁的方向设置有凸台，所述凸台的一侧与所述安装调节件抵接，所述凸台的另一侧与所述点火器转接件之间设置有所述第四紫铜垫圈。

在可选的实施方式中，

所述煤油喷注孔设置为方形。

在可选的实施方式中，

所述汽车火花塞与所述点火室的内壁面之间的距离为2-5mm；

所述汽车火花塞与所述煤油喷注孔之间的距离小于35mm。

本发明提供的气氧煤油富燃点火器，包括：喷注单元、反应单元和导焰单元；由于喷注壳体与喷注面板螺纹连接，喷注面板可随意拆装，改变喷注面板的结构参数，可以实现在一定流量、氧燃比范围内的高效可靠点火，扩展了点火器的适用范围，煤油积液腔内的煤油进入到多个煤油喷注孔中，通过煤油喷注孔将煤油雾化，并且使用汽车火花塞进行点火，简化了整个点火系统的结构与成本，同时实现了在富燃条件下的可靠点火与稳定工作，导焰筒与点火器转接件可拆卸连接，点火器转接件可随意拆装，可自行改变点火器转接件出口内径值，进而直接调整点火器的工作压力，拓展了该型点火器的工作范围，缓解了现有技术中存在的目前火炬点火器存在启动困难、工作可靠性低、成本高、可适用范围小的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的气氧煤油富燃点火器的整体结构剖面图；

图2为本发明实施例提供的气氧煤油富燃点火器的局部放大结构示意图；

图3为本发明实施例提供的气氧煤油富燃点火器中点火实验压力数据图。

图标：100-喷注单元；011-喷注面板；012-O型圈；013-第一紫铜垫圈；014-煤油入口接嘴；015-喷注壳体；016-第二紫铜垫圈；017-煤油积液腔；018-煤油喷注孔；200-反应单元；021-测温接套；022-第三紫铜垫圈；023-汽车火花塞；024-测压接嘴；025-点火室；300-导焰单元；031-导焰筒；032-安装调节件；033-第四紫铜垫圈；034-点火器转接件。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

目前，火炬点火器普遍存在在富燃条件下启动困难、工作可靠性低、成本高、可适用范围小等问题，此外小流量点火器因其结构尺寸相对较小，所以又给设计加工带来了挑战。

有鉴于此，本实施例提供了一种气氧煤油富燃点火器，包括：喷注单元100、反应单元200和导焰单元300；喷注单元100包括喷注面板011和喷注壳体015，喷注壳体015的一端与喷注面板011螺纹连接，喷注壳体015的另一端与反应单元200螺纹连接，喷注面板011的端部与喷注壳体015围设形成煤油积液腔017，沿着喷注面板011的径向设置有多个煤油喷注孔018，多个煤油喷注孔018与煤油积液腔017连通；反应单元200内腔形成点火室025，反应单元200具有伸入到点火室025内的汽车火花塞023；导焰单元300包括导焰筒031和点火器转接件034，导焰筒031的一端与反应单元200连接，导焰筒031的另一端与点火器转接件034可拆卸连接。

由于喷注壳体015与喷注面板011螺纹连接，喷注面板011可随意拆装，改变喷注面板011的结构参数，可以实现在一定流量、氧燃比范围内的高效可靠点火，扩展了点火器的适用范围，煤油积液腔017内的煤油进入到多个煤油喷注孔018中，使用汽车火花塞023进行点火，简化了整个点火系统的结构与成本，同时实现了在富燃条件下的可靠点火与稳定工作，导焰筒031与点火器转接件034可拆卸连接，点火器转接件034可随意拆装，可自行改变点火器转接件034出口内径值，进而直接调整点火器的工作压力，拓展了该型点火器的工作范围。

关于喷注单元100的具体结构，详细而言：

喷注单元100包括喷注面板011、喷注壳体015、第一紫铜垫圈013、煤油入口接嘴014、喷注壳体015和第二紫铜垫圈016；煤油积液腔017中的煤油通过煤油喷注孔018实现在中心的撞击雾化，同时高速氧气沿喷注面板011中的氧气通道将撞击雾化了的煤油吹入到点火室中，在此过程中二者充分混合。喷注面板011通过螺纹与喷注壳体015连接，并在喷注面板011的端部设置第一紫铜垫圈013，利用第一紫铜垫圈013进行密封，喷注面板011中心通道为氧气通道，供氧气喷注流动，在喷注面板011的头部设置多个煤油喷注孔018，煤油喷注孔018的具体数量、孔径大小和排布方式可根据实际而定，在图1和图2中，煤油喷注孔018的数量为八个，喷注面板011和喷注壳体015相互连接后，在喷注面板011的头部位置与喷注壳体015的内壁自然形成一个环形腔室为煤油积液腔017，煤油入口接嘴014通过焊接与喷注壳体015连接，煤油经煤油入口接嘴014进入到煤油积液腔017中，再由煤油喷注孔018喷出撞击雾化，汇聚到氧气通道的中心位置，随着氧气一同进入到点火室025中，且氧气通道的氧气能够使煤油进一步雾化。

为了防止煤油经喷注面板011和喷注壳体015之间的螺纹处外漏，在螺纹和煤油积液腔017之间设置O型圈012，利用O型圈012进行密封。

由于喷注面板011和喷注壳体015是通过螺纹连接的，因此可以根据不同的流量、工况需求更换相应的喷注面板011。

煤油喷注孔018的孔径为0.2mm，加工精度较差，因此将喷注面板011的端部开设方形槽，方形槽与第一紫铜垫圈013配合形成喷注通道，如图3所示，通过实验发现：在喷注面积一致的情况下相比于圆形喷注孔，方形喷注孔有更好的喷注雾化性能。通过端面铣槽加垫圈密封配合的方式，有效解决了小尺寸孔不易加工制造的问题，使结构尺寸精度有所保证。

关于反应单元200的具体结构，详细而言：

反应单元200为燃烧的主要场所，反应单元200的内腔形成点火室025，反应单元200通过螺纹与喷注壳体015连接，并且在反应单元200与喷注壳体015的连接处设置第二紫铜垫圈016，利用第二紫铜垫圈016将反应单元200与喷注壳体015之间的连接处密封，反应单元200与导焰单元300焊接，汽车火花塞023伸入到点火室025中，点火器自身的启动依靠汽车火花塞023放电点火，相比于专门为火箭发动设计的高压火花塞，汽车火花塞023在实现可靠点火工作的同时也极大地降低了点火器整体结构尺寸与成本。

为了尽量保证汽车火花塞023不被主流高温烧毁破坏，其旋入深度可调，以实现汽车火花塞023侧电极与点火室025内壁面距离在2-5mm范围；沿着主流流动方向壁面附近温度呈增加趋势，因此，汽车火花塞023需要选择合适的轴向位置以减少高温烧蚀的情况发生，通过计算仿真确定在距煤油喷注孔018以内壁面温度在合适范围。

测压接嘴024与测温接套021分别用来连接压力传感器与温度传感器以实现实时监控点火器压力、温度数据，其中测压接嘴024通过焊接与反应单元200连接，测温接套021则通过螺纹与反应单元200连接，并用第三紫铜垫圈022密封，因此在验证汽车点火器工作可靠后可将测温接套021拆除替代为相应堵头以实现节约安装空间的需求。

关于导焰单元300的具体结构，详细而言：

导焰单元300将高温反应气体传导至发动机或燃气发生器以实现点火，导焰单元300包括导焰筒031、安装调节件032、第四紫铜垫圈033和点火器转接件034，导焰筒031通过焊接与反应单元200连接，且在焊接前需先将安装调节件032套于导焰筒031上，以实现安装调节件032在后续安装过程中可轴向周向活动。

点火器转接件034通过螺纹与安装调节件032连接，同时压紧导焰筒031凸台和第四紫铜垫圈033以实现通道与外部环境的隔绝密封，点火器转接件034的右端与发动机或燃气发生器连接。安装调节件032的转动可调，使点火器转接件034与发动机或燃气发生器连接时可以整体转动以防止出现结构干涉的情况，此外，由于点火器转接件034与安装调节件032螺纹连接，可以根据需要更换不同出口直径的点火器转接件034，以实现调整点火器室压的需求。

点火器工作过程：煤油电磁阀打开使煤油经煤油喷嘴进入煤油积液腔017，进而通过8个煤油喷注孔018进入点火室025喷撞雾化；同时氧气电磁阀打开，经过中心氧气通道进入点火室025与径向煤油射流碰撞，进一步雾化煤油并掺混；汽车火花塞023放电引燃混合反应气，在点火室025内组织燃烧；高温反应的气体经导焰筒031进入发动机最终引燃发动机内的液氧煤油。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种气氧煤油富燃点火器，其特征在于，包括：喷注单元(100)、反应单元(200)和导焰单元(300)；

所述喷注单元(100)包括喷注面板(011)和喷注壳体(015)，所述喷注壳体(015)的一端与所述喷注面板(011)螺纹连接，所述喷注壳体(015)的另一端与所述反应单元(200)螺纹连接，所述喷注面板(011)的端部与所述喷注壳体(015)围设形成煤油积液腔(017)，沿着所述喷注面板(011)的径向设置有多个煤油喷注孔(018)，多个所述煤油喷注孔(018)与所述煤油积液腔(017)连通；

所述反应单元(200)内腔形成点火室(025)，所述反应单元(200)具有伸入到所述点火室(025)内的汽车火花塞(023)；

所述导焰单元(300)包括导焰筒(031)和点火器转接件(034)，所述导焰筒(031)的一端与所述反应单元(200)连接，所述导焰筒(031)的另一端与所述点火器转接件(034)可拆卸连接。

2.根据权利要求1所述的气氧煤油富燃点火器，其特征在于，

所述喷注面板(011)具有氧气通道，所述氧气通道与所述煤油积液腔(017)连通，外部氧气通过所述氧气通道进入到所述点火室(025)中。

3.根据权利要求2所述的气氧煤油富燃点火器，其特征在于，

所述喷注单元(100)还包括O型圈(012)、第一紫铜垫圈(013)和第二紫铜垫圈(016)；

所述O型圈(012)设置在所述喷注面板(011)和所述喷注壳体(015)之间，且所述O型圈(012)位于所述喷注面板(011)和所述喷注壳体(015)之间的连接处靠近所述反应单元(200)的一侧；

所述第一紫铜垫圈(013)设置在所述喷注面板(011)伸入到所述喷注壳体(015)的端部，所述喷注面板(011)的端部具有多个方形槽，多个所述方形槽与所述第一紫铜垫圈(013)围设形成多个所述煤油喷注孔(018)；

所述第二紫铜垫圈(016)设置在所述喷注壳体(015)和所述反应单元(200)之间的连接处。

4.根据权利要求3所述的气氧煤油富燃点火器，其特征在于，

所述喷注单元(100)还包括煤油入口接嘴(014)；

所述煤油入口接嘴(014)与所述喷注面板(011)连接，且所述煤油入口接嘴(014)与所述煤油喷注孔(018)连通。

5.根据权利要求1所述的气氧煤油富燃点火器，其特征在于，

所述反应单元(200)上设置有用于连接温度传感器的测温接套(021)；

所述反应单元(200)上设置有用于连接压力传感器的测压接嘴(024)。

6.根据权利要求5所述的气氧煤油富燃点火器，其特征在于，

所述测温接套(021)与所述反应单元(200)之间的连接处设置有第三紫铜垫圈(022)。

7.根据权利要求1所述的气氧煤油富燃点火器，其特征在于，

所述导焰单元(300)还包括安装调节件(032)；

所述安装调节件(032)套设在所述导焰筒(031)远离所述反应单元(200)的一端，且所述安装调节件(032)能够沿着周向方向转动；

所述点火器转接件(034)与所述安装调节件(032)螺纹连接。

8.根据权利要求7所述的气氧煤油富燃点火器，其特征在于，

所述导焰单元(300)还包括第四紫铜垫圈(033)；

所述导焰筒(031)沿着外筒壁的方向设置有凸台，所述凸台的一侧与所述安装调节件(032)抵接，所述凸台的另一侧与所述点火器转接件(034)之间设置有所述第四紫铜垫圈(033)。

9.根据权利要求1所述的气氧煤油富燃点火器，其特征在于，

所述煤油喷注孔(018)设置为方形。

10.根据权利要求5所述的气氧煤油富燃点火器，其特征在于，

所述汽车火花塞(023)与所述点火室(025)的内壁面之间的距离为2-5mm；

所述汽车火花塞(023)与所述煤油喷注孔(018)之间的距离小于35mm。

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