CN115355107A - 一种实现快速优化调整的栓式喷注器中心路装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种实现快速优化调整的栓式喷注器中心路装置，主要解决现有中心筒尺寸较大、结构复杂、加工工序较多、研制时间较长的问题。该装置包括中心筒、中心杆和紧固件；中心筒主要由上部中心筒体和底部喷注体组成；上部中心筒体的腔体内设置有环形支撑台，环形支撑台通过沿周向设置的多个连接筋板与上部中心筒体的内壁连接，上部中心筒体腔体右端的内壁上设置有环形槽；底部喷注体包括喷注板和设置在喷注板左侧的连接套；喷注板设置在上部中心筒体的右侧端面上，喷注板的端面上沿周向设置有多个喷注孔，连接套设置在环形槽内；中心杆包括支撑板和中心柱体，支撑板设置在喷注板的右侧，中心柱体穿过环形支撑台，其末端设置有紧固件。
Description
技术领域
本发明属于液体火箭发动机喷注器领域，具体涉及一种实现快速优化调整的栓式喷注器中心路装置。
背景技术
液体火箭发动机是运载火箭、航天器的主要动力装置。运载火箭主动力系统广泛采用栓式喷注器发动机。栓式喷注器发动机的两路推进剂通过喷注器内不同的流道进入燃烧室实现燃烧，其中一路通过中心零件构成的中心通道通过径向喷嘴进入燃烧室。栓式喷注器中心路零件通常包括中心筒、中心杆以及螺帽或螺母等，中心筒内型面与中心杆外型面形成中心通道，中心筒端面与中心杆端面形成径向喷嘴(也称喷注孔)。而中心路径向喷嘴的形式多种多样，有槽孔式、环缝式或以上两种的组合式。径向喷嘴通常设置在中心筒上，而中心筒上端还具有连接、传力、密封等功能，其型面比较复杂。
在采用栓式喷注器的推力装置产品研制过程中，中心筒的径向喷嘴是影响产品工作温度与性能的主要因素之一，产品研制过程需要对径向喷嘴结构进行多方案优化调整与考核。因此，需要对中心筒径向喷嘴进行多次调整与优化。虽然该类喷注器的方案调整仅需更换中心筒一个零件，这相对其他形式的喷注器方案调整已相对较简单，但是，该中心筒零件尺寸仍然相对较大、结构较为复杂，且加工工序较多，研制时间较长，尤其是在大推力发动机使用上，中心筒的尺寸更大，产品成本更高。
发明内容
本发明的目的是解决栓式喷注器的研制过程中，中心筒尺寸相对较大、结构较为复杂、加工工序较多、研制时间较长的问题，提供一种实现快速优化调整的栓式喷注器中心路装置，该装置可以实现栓式喷注器中心路多种方案的快速优化调整，减小研制成本，缩短研制时间。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种实现快速优化调整的栓式喷注器中心路装置，包括中心筒、中心杆和紧固件；所述中心筒主要由上部中心筒体和底部喷注体组成；所述环形支撑台通过沿周向设置的多个连接筋板与上部中心筒体的内壁连接，同时，所述上部中心筒体腔体右端的内壁上设置有环形槽；所述底部喷注体包括喷注板和设置在喷注板左侧的连接套；所述喷注板设置在上部中心筒体的右侧端面上，喷注板的端面上沿周向设置有多个喷注孔，所述连接套设置在环形槽内；所述上部中心筒体和底部喷注体的接触端面上设置有密封件，所述密封件实现上部中心筒体和底部喷注体之间的径向密封和轴向密封；所述中心杆为T形结构，包括支撑板和设置在支撑板左侧的中心柱体，所述支撑板设置在喷注板的右侧，所述中心柱体穿过环形支撑台，其末端设置有紧固件，通过旋转紧固件将中心杆、底部喷注体和上部中心筒体沿轴向压紧。
进一步地，所述喷注孔的轴向尺寸为H，此时，所述喷注板的厚度为H+(3～10)mm。
进一步地，所述上部中心筒体的右侧端面设置有截面为矩形的环形缺口，所述密封件是截面为矩形的环形结构，并设置在环形缺口内。
进一步地，所述环形缺口的径向侧壁上设置有截面为V形的第一环形槽，所述喷注板的左侧端面上设置有截面为V形的第二环形槽。
进一步地，所述第一环形槽和第二环形槽相对设置。
进一步地，所述密封件为金属件或非金属件。
进一步地，所述密封件为铝垫、铜垫、聚四氟乙烯垫或石墨垫。
进一步地，所述紧固件为螺帽。
进一步地，所述上部中心筒体的外筒壁上设置有法兰，用于与外部设备连接。
与现有技术相比，本发明具有的有益技术效果如下：
1.结构简单，设计灵活
本发明装置的上部中心筒体与底部喷注体组合形成的内外型面为最终的产品结构型面，将其一分为二后，中间通过密封件进行密封，结构简单，设计灵活，不影响最终产品结构。每次仅需更换密封件与底部喷注体即可实现方案的优化调整，待方案确定后，再将两个零件内外型面组合成一个零件，即可得到最终产品状态。
2.优化流程，实现快速低成本研制
本发明装置上部中心筒体和底部喷注体内外型面组合为一个整体产品时，现有方法加工工序除了底部喷注体部分的喷嘴结构加工外，通常还包含大量其他结构加工工序，比如，法兰结构、螺纹结构、定位结构、密封结构等。本发明将其一分为二成上部中心筒体和底部喷注体，每次方案调整仅需更换与喷注结构有关的部分，即底部喷注体，而其他结构，比如法兰结构、螺纹结构、定位结构、密封结构则均在上部中心筒体，可以重复使用，减小产品加工成本与周期，从而实现快速低成本研制。
附图说明
图1为本发明实现快速优化调整的栓式喷注器中心路装置结构示意图；
图2为图1的局部放大图。
附图标记：1-上部中心筒体，2-密封件，3-底部喷注体，4-中心杆，5-紧固件，6-第一环形槽，7-第二环形槽，11-环形支撑台，12-法兰，13-连接筋板，31-喷注板，32-连接套，33-喷注孔，41-支撑板，42-中心柱体。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用来解释本发明的技术原理，目的并不是用来限制本发明的保护范围。
鉴于栓式喷注器中心组件中心筒尺寸相对较大、较复杂，且加工工序较多，研制时间较长等缺陷，本发明提出了一种栓式喷注器中心路结构及快速优化调整方法，用于喷注器方案研制与优化过程，以降低研制成本，缩短研制周期。
如图1所示，本发明提供的实现快速优化调整的栓式喷注器中心路装置包括中心筒、中心杆4和紧固件5；中心筒主要由上部中心筒体1和底部喷注体3组成；环形支撑台11通过沿周向设置的多个连接筋板13与上部中心筒体1的内壁连接，同时，上部中心筒体1腔体右端的内壁上设置有环形槽；底部喷注体3包括喷注板31和设置在喷注板31左侧的连接套32；喷注板31设置在上部中心筒体1的右侧端面上，且喷注板31的端面上沿周向设置有多个喷注孔33，连接套32设置在环形槽内；上部中心筒体1和底部喷注体3的接触端面上设置有密封件2，密封件2实现上部中心筒体1和底部喷注体3之间的径向密封和轴向密封；上述中心杆4为T形结构，包括支撑板41和设置在支撑板41左侧的中心柱体42，支撑板41设置在喷注板31的右侧，中心柱体42穿过环形支撑台11，其末端设置有紧固件5，通过旋转紧固件5将中心杆4、底部喷注体3和上部中心筒体1沿轴向压紧。
如图1所示，本发明喷注板的厚度为H+(3～10)mm，H为喷注孔的轴向尺寸为，例如，若产品尺寸较小，喷注孔高度约为0.5mm，则喷注板厚度为3.5mm，对于大尺寸产品，厚度应比孔高度高，满足强度要求，推荐3～10mm。
如图2所示，本发明上部中心筒体1与底部喷注体3上均带有密封面，两者组合形成密封所用的密封槽结构，中间安装有密封件2。即本发明上部中心筒体1的右侧端面设置有截面为矩形的环形缺口，密封件2是截面为矩形的环形结构，并设置在环形缺口内，环形缺口的径向侧壁上设置有截面为V形的第一环形槽6，喷注板31的左侧端面上设置有截面为V形的第二环形槽7。第一环形槽6和第二环形槽7相对设置。该种结构形式使得密封件2易于装配和拆卸，从而节省实验成本与时间。
上部中心筒体1和底部喷注体3装配完成之后，环形缺口和无变形的密封件2完全贴合，从而保证密封件2处于受力而又不会发生变形过大的非压溃式密封，保证密封可靠。上述密封件2可以是金属件，如铝垫、铜垫等，也可以是非金属件，如聚四氟乙烯件、石墨件等。紧固件5为螺帽，螺帽可以是带有螺纹的任何形式的螺母。上部中心筒体1的外筒壁上设置有法兰12，用于与外部设备连接。
本发明将上部中心筒体1和底部喷注体3通过中心杆4、和螺帽相连，将中心筒分割成两部分，带有喷注结构的部分单独作为第一个零件，即底部喷注体3，剩余部分为第二个零件，即上部中心筒体1，两者中间设置密封件2，通过中心杆4与螺帽进行连接固定。通过该种结构，可实现栓式喷注器中心路结构快速调整方法，完成一次方案试验后，仅需更换喷注结构部分即底部喷注体3与密封件2即可实现喷注喷方案调整，用于进行下一方案优化调整与考核。
本发明装置结构简单，设计灵活：上部中心筒体1与底部喷注体3组合成的内外型面为最终的产品结构型面，将其一分为二后，中间通过密封件2进行密封，结构简单，设计灵活，而不影响最终产品结构。每次仅需更换密封件2与底部喷注体3即可实现方案的优化调整，待方案确定后，再将两个零件内外型面组合成一个零件，即可得到最终产品状态。
本发明装置优化流程，实现快速低成本研制：上部中心筒体1和底部喷注体3内外型面组合为一个整体产品时，现有加工工序除了底部喷注体3部分的喷嘴结构加工外，通常还包含大量其他结构加工工序，比如，法兰结构、螺纹结构、定位结构、密封结构等。将其一分为二成上部中心筒体1和底部喷注体3，每次方案调整仅需更换与喷注结构有关的部分，即底部喷注体3，而其他结构，比如法兰结构、螺纹结构、定位结构、密封结构则均在上部中心筒体1上，可以重复使用，减小产品加工成本与周期，从而实现快速低成本研制。
Claims (9)
1.一种实现快速优化调整的栓式喷注器中心路装置，包括中心筒、中心杆(4)和紧固件(5)；其特征在于：所述中心筒主要由上部中心筒体(1)和底部喷注体(3)组成；
所述上部中心筒体(1)的腔体内设置有环形支撑台(11)，所述环形支撑台(11)通过沿周向设置的多个连接筋板(13)与上部中心筒体(1)的内壁连接，同时，所述上部中心筒体(1)腔体右端的内壁上设置有环形槽；
所述底部喷注体(3)包括喷注板(31)和设置在喷注板(31)左侧的连接套(32)；所述喷注板(31)设置在上部中心筒体(1)的右侧端面上，喷注板(31)的端面上沿周向设置有多个喷注孔(33)，所述连接套(32)设置在环形槽内；
所述上部中心筒体(1)和底部喷注体(3)的接触端面上设置有密封件(2)，所述密封件(2)实现上部中心筒体(1)和底部喷注体(3)之间的径向密封和轴向密封；
所述中心杆(4)为T形结构，包括支撑板(41)和设置在支撑板(41)左侧的中心柱体(42)，所述支撑板(41)设置在喷注板(31)的右侧，所述中心柱体(42)穿过环形支撑台(11)，其末端设置有紧固件(5)，通过旋转紧固件(5)将中心杆(4)、底部喷注体(3)和上部中心筒体(1)沿轴向压紧。
2.根据权利要求1所述的实现快速优化调整的栓式喷注器中心路装置，其特征在于：所述喷注孔(33)的轴向尺寸为H，此时，所述喷注板(31)的厚度为H+(3～10)mm。
3.根据权利要求1所述的实现快速优化调整的栓式喷注器中心路装置，其特征在于：所述上部中心筒体(1)的右侧端面设置有截面为矩形的环形缺口，所述密封件(2)是截面为矩形的环形结构，并设置在环形缺口内。
4.根据权利要求3所述的实现快速优化调整的栓式喷注器中心路装置，其特征在于：所述环形缺口的径向侧壁上设置有截面为V形的第一环形槽(6)，所述喷注板(31)的左侧端面上设置有截面为V形的第二环形槽(7)。
5.根据权利要求4所述的实现快速优化调整的栓式喷注器中心路装置，其特征在于：所述第一环形槽(6)和第二环形槽(7)相对设置。
6.根据权利要求1至5任一所述的实现快速优化调整的栓式喷注器中心路装置，其特征在于：所述密封件(2)为金属件或非金属件。
7.根据权利要求6所述的实现快速优化调整的栓式喷注器中心路装置，其特征在于：所述密封件(2)为铝垫、铜垫、聚四氟乙烯垫或石墨垫。
8.根据权利要求7所述的实现快速优化调整的栓式喷注器中心路装置，其特征在于：所述紧固件(5)为螺帽。
9.根据权利要求8所述的实现快速优化调整的栓式喷注器中心路装置，其特征在于：所述上部中心筒体(1)的外筒壁上设置有法兰(12)，用于与外部设备连接。
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