CN212177296U - 一种火箭发动机及其用流量孔板 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种火箭发动机及其用流量孔板，包括标准孔板和设置在标准孔板的一侧的环形凸起部，环形凸起部的凸起方向为沿标准孔板的孔轴线朝向标准孔板的出口方向凸起，环形凸起部的圆周侧壁上开设有外螺纹。国内外对标准孔板进行了大量的试验，积累了大量数据，基于试验数据获得的计算方法准确度较高，并形成了标准孔板的国际和国家标准，其流量特性可不必通过试验确定。通过将标准孔板应用在火箭发动机上，则可避免气液流试验，降低发动机孔板的配套成本和配套周期。解决火箭发动机传统使用的孔板流量特性获取困难、测量精度低等缺点，标准孔板流量特性精度高，可避免试验，节约成本，缩短周期。并且安装方式简单，并且密封形式可靠。

Description

一种火箭发动机及其用流量孔板

技术领域

本实用新型涉流量孔板及技术领域，尤其涉及一种火箭发动机及其用流量孔板。

背景技术

火箭发动机由推力室、发生器、涡轮泵、阀门等组成，由于各组件性能存在散差，为了保证发动机的推力、混合比等性能控制在一定范围内，需要配套孔板等流量控制元件进行发动机性能参数调整，另外，通过调节元件可获得发动机相应流路的推进剂流量，用来评估发动机的性能是否满足设计要求，所以孔板是液体火箭发动机的重要组件。

发动机配套孔板设计中，孔板型面没有统一的设计标准，通常根据经验设计成长圆孔形式，如图1所示，为传统的流量孔板18，孔板特性预估较困难，需要通过气液流试验获得孔板流量特性，得到孔板特性后再进行发动机的工况调整计算，该环节增加了孔板配套成本和配套周期。

因此，如何提供一种火箭发动机用流量孔板，以实现流量特性精度高，并且避免气液流试验，降低发动机孔板的配套成本和配套周期，是目前本领域技术人员亟待解决的技术问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种火箭发动机用流量孔板，以实现流量特性精度高，并且避免气液流试验，降低发动机孔板的配套成本和配套周期。本实用新型的另一目的在于提供一种采用上述火箭发动机用流量孔板的火箭发动机。

为了达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种火箭发动机用流量孔板，包括标准孔板和设置在所述标准孔板的一侧的环形凸起部，

所述环形凸起部的凸起方向为沿所述标准孔板的孔轴线朝向所述标准孔板的出口方向凸起，

所述环形凸起部的圆周侧壁上开设有外螺纹。

优选的，上述标准孔板和所述环形凸起部为一体式结构。

优选的，该火箭发动机用流量孔板沿所述标准孔板的孔轴线方向的长度为6-10mm。

优选的，上述标准孔板和所述环形凸起部的连接处设置有倒角，所述倒角不大于R5。

优选的，上述环形凸起部上设置有多个用于与扳手配合使用的豁口。

优选的，上述豁口为四个且呈环形均匀分布。

优选的，上述外螺纹与通过所述标准孔板的物质流动方向遵循左手螺旋原则。

本实用新型还提供一种火箭发动机，包括流量孔板和用于放置所述流量孔板的安装管路，所述安装管路的内壁上设置有内螺纹，

所述流量孔板为如上述任意一项所述的火箭发动机用流量孔板，

所述外螺纹与所述内螺纹配合使用。

优选的，上述安装管路上且位于所述流量孔板的两侧分别设置第一压力测试点和第二压力测试点，

所述第一压力测试点设置在所述流量孔板的入口侧，所述第二压力测试点设置在所述流量孔板的出口侧。

优选的，上述第一压力测试点和所述第二压力测试点的引压点位置距离所述流量孔板的喉部入口位置小于所述标准孔板的外径的一半。

本实用新型提供的火箭发动机用流量孔板，包括标准孔板和设置在所述标准孔板的一侧的环形凸起部，

所述环形凸起部的凸起方向为沿所述标准孔板的孔轴线朝向所述标准孔板的出口方向凸起，所述环形凸起部的圆周侧壁上开设有外螺纹。

本实用新型提供的火箭发动机用流量孔板，直接采用现有技术中的标准孔板，标准孔板是测量流量的差压发生装置，如图2所示，与压力传感器配合使用获得进出口压差，用于测量通过的介质流量，具有结构紧凑、操作简单，使用方便等技术特点，可用于液体、气体以及蒸汽等介质，广泛应用于石油、化工等行业。

国内外对标准孔板进行了大量的试验，积累了大量数据，基于试验数据获得的计算方法准确度较高，并形成了标准孔板的国际和国家标准，其流量特性可不必通过试验确定。

本实用新型提供的火箭发动机用流量孔板，通过将标准孔板应用在火箭发动机上，则可避免气液流试验，降低发动机孔板的配套成本和配套周期。解决火箭发动机传统使用的孔板流量特性获取困难、测量精度低等缺点，而标准孔板流量特性精度高，可避免试验，节约成本，缩短周期。

并且，本实用新型提供的火箭发动机用流量孔板，通过在标准孔板的一侧设置环形凸起部，环形凸起部的圆周侧壁上开设外螺纹，安装方式简单，并且密封形式可靠，而现有技术中采用的流量孔板的两侧采用法兰夹持的的方式，结构笨重，不适用于发动机对重量要求极其严格的使用场，密封可靠性低，不能满足液体火箭发动机高压、低温、振动的恶劣工况，以及极高的密封要求。

本实用新型提供的火箭发动机用流量孔板，高压密封效果好，安装可靠，并且能够实现轻量化。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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实用新型的一些实施例，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为现有技术中的流量孔板的结构示意图；

图2为现有技术中的标准孔板的结构示意图；

图3为现有技术中的标准孔板的安装结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的火箭发动机用流量孔板的结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的火箭发动机用流量孔板的仰视结构示意图；

图6为本实用新型实施例提供的火箭发动机用流量孔板的安装结构示意图；

图7为本实用新型实施例提供的火箭发动机用流量孔板应用在火箭发动机上的简化结构示意图。

上图1-7中：

标准孔板1、环形凸起部2、外螺纹3、豁口4、安装管路5、内螺纹6、安装法兰7、火箭发动机用流量孔板8、推力室11、涡轮12、燃料泵13、氧化剂泵14、发生器15、副阀16、主阀17、流量孔板18。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参考图1至图7：

图1为现有技术中的流量孔板的结构示意图；

图2为现有技术中的标准孔板的结构示意图；

图3为现有技术中的标准孔板的安装结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的火箭发动机用流量孔板的结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的火箭发动机用流量孔板的仰视结构示意图；

图6为本实用新型实施例提供的火箭发动机用流量孔板的安装结构示意图；

图7为本实用新型实施例提供的火箭发动机用流量孔板应用在火箭发动机上的简化结构示意图。

本实用新型实施例提供的火箭发动机用流量孔板8，包括标准孔板1和设置在标准孔板1的一侧的环形凸起部2，

环形凸起部2的凸起方向为沿标准孔板1的孔轴线朝向标准孔板1的出口方向凸起，环形凸起部2的圆周侧壁上开设有外螺纹3。

本实用新型提供的火箭发动机用流量孔板8，直接采用现有技术中的标准孔板1，标准孔板1是测量流量的差压发生装置，如图2所示，与压力传感器配合使用获得进出口压差，用于测量通过的介质流量，具有结构紧凑、操作简单，使用方便等技术特点，可用于液体、气体以及蒸汽等介质，广泛应用于石油、化工等行业。

国内外对标准孔板1进行了大量的试验，积累了大量数据，基于试验数据获得的计算方法准确度较高，并形成了标准孔板1的国际和国家标准，其流量特性可不必通过试验确定。

本实用新型提供的火箭发动机用流量孔板8，通过将标准孔板1应用在火箭发动机上，则可避免气液流试验，降低发动机孔板的配套成本和配套周期。解决火箭发动机传统使用的孔板流量特性获取困难、测量精度低等缺点，而标准孔板流量特性精度高，可避免试验，节约成本，缩短周期。

并且，本实用新型提供的火箭发动机用流量孔板8，通过在标准孔板1的一侧设置环形凸起部2，环形凸起部2的圆周侧壁上开设外螺纹3，安装方式简单，并且密封形式可靠，而现有技术中，在安装管路5上安装标准孔板1时，是在标准孔板1的两侧采用安装法兰7夹持的的方式，如图3所示，结构笨重，不适用于发动机对重量要求极其严格的使用场，密封可靠性低，不能满足液体火箭发动机高压、低温、振动的恶劣工况，以及极高的密封要求。

本实用新型提供的火箭发动机用流量孔板8，高压密封效果好，安装可靠，并且能够实现轻量化。

具体的，标准孔板1和环形凸起部2为一体式结构，可以采用一体化成型，当然也可以是分体式结构。

为了进一步优化上述方案，该火箭发动机用流量孔板8沿标准孔板1的孔轴线方向的长度为6-10mm，如图4所示，即孔板长度B的确定要综合考虑外螺纹长度、结构限制等因素确定，一般取6mm～10mm。

为了进一步优化上述方案，标准孔板1和环形凸起部2的连接处设置有倒角，倒角不大于R5。可避免应力集中，提高强度。

为了进一步优化上述方案，环形凸起部2上设置有多个用于与扳手配合使用的豁口4。用于扳手加载拧紧力矩。具体的，豁口4可以为四个且呈环形均匀分布。

为了进一步优化上述方案，外螺纹3与通过标准孔板1的物质流动方向遵循左手螺旋原则。

本实用新型实施例还提供一种火箭发动机，包括流量孔板和用于放置流量孔板的安装管路5，安装管路5的内壁上设置有内螺纹6，

流量孔板为如上述任意一项实施例的火箭发动机用流量孔板8，

外螺纹3与内螺纹6配合使用，如图6所示。

本实用新型实施例提供的火箭发动机，如图7所示，包括推力室11、涡轮12、燃料泵13、氧化剂泵14、发生器15、副阀16和主阀17，为现有技术中的火箭发动机系统的简化形式，安装管路5位于推力室11和氧化剂泵14的连通管路上，本实用新型提供的火箭发动机用流量孔板8设置在安装管路5上。

其中，安装管路5上且位于流量孔板的两侧分别设置第一压力测试点和第二压力测试点，

第一压力测试点设置在流量孔板的入口侧，第二压力测试点设置在流量孔板的出口侧。如图6和图7所示，P1为第一压力测试点，在孔板入口压力测量。P2为第二压力测试点，在孔板出口压力测量。

具体的，第一压力测试点和第二压力测试点的引压点位置距离流量孔板的喉部入口位置小于标准孔板1的外径的一半。

本实用新型实施例提供的火箭发动机用流量孔板，涉及航天技术领域，具体地说涉及一种液体火箭发动机流量孔板，用于控制和测量发动机相应流路的推进剂流量。

本实用新型提供的火箭发动机用流量孔板8，所采用的技术方案，识别标准孔板性能的性能影响核心因素，结合发动机的结构特点，是一种同时满足发动机安装要求和标准孔板性能要求的标准孔板1，有效突破标准孔板在发动机上的应用瓶颈。

现有技术中流量孔板的安装方法是采用法兰夹持的方式，如图3所示，该安装方式存在的主要问题：

1、两端夹持安装法兰7，结构笨重，不适用于发动机对重量要求极其严格的使用场景；

2、密封可靠性低，液体火箭发动机高压、低温、振动的恶劣工况，对密封要求极高。

本实用新型提供的火箭发动机用流量孔板8，基于标准孔板1进行设计，如图4所示：

1、保证孔板喉部长度E、扩张角度F、孔板厚度e等要素与标准孔板1一致；

2、孔板出口垂直与水平相交处，设置倒角，可避免应力集中，提高强度，倒角不大于R5；

3、孔板长度B的确定要综合考虑外螺纹长度、结构限制等因素确定，一般取6mm～10mm；

4、孔板设置外螺纹3；

5、出口端外圆设置四个豁口4，用于扳手加载拧紧力矩；

6、螺纹旋向与流动方向遵循左手螺旋原则；

7、进出口设置压力测点，引压点位置距离孔板喉部入口的位置小于0.5D。

本实用新型提供的火箭发动机用流量孔板的安装方法，如图6所示：

1、采用安装管路5的内螺纹6与孔板的外螺纹3配合安装，螺纹形式根据密封要求确定；

2、孔板手动旋入安装管路5后，通过与四个豁口4匹配的专用扳手对孔板施加力矩拧紧；

3、进出口压力测点安装。

本实用新型提供的火箭发动机用流量孔板，是一种火箭发动机用流量孔板元件，可用于液体火箭发动机的流量控制和测量：

(1)将标准孔板1应用到液体火箭发动机领域中，避免了发动机传统孔板流量特性获取困难的问题，简化了发动机调节元件的配套流程，实现发动机推进剂流量的精确测量；

(2)本实用新型提供的火箭发动机用流量孔板8，具有标准孔板1和新的安装结构，安装方式简单、密封形式可靠，安装配套质量大大降低，满足火箭发动机的使用要求。

本实用新型提供的火箭发动机用流量孔板8，在发动机中的作用：

在液体火箭发动机中主路配套1个本实用新型提供的火箭发动机用流量孔板8和进出口压力测量点P1、P2，该孔板的主要作用包括(1)发动机推进剂流量测量，用于发动机比冲、混合比等性能计算；(2)流量和压降控制，平衡发动机各组件的性能偏差，保证发动机性能参数在要求范围内。

本实用新型提供的火箭发动机用流量孔板8的工作原理：

标准孔板1是一种压差节流装置，其流量与压差具有一定的确定关系，而标准孔板1是指只要按照相关标准文件设计、制造和使用，无需实流校准即可确定压差与流量的关系。

本实用新型提供的火箭发动机用流量孔板8的核心要素与标准孔板1一致，其流量特性完全符合标准孔板1。

标准孔板1计算方法：

其中，

qm——孔板流量；

β——孔板直径比，

dt为喉部直径，D孔板外径；

At——孔板喉部面积；

ρ——推进剂密度；

△P——孔板进出口压差，△P＝P1-P2；

C——孔板流出系数，为孔板直径比β、雷诺数Re等参数的函数，即C＝f(β,Re)；

本实用新型提供的火箭发动机用流量孔板在发动机中的安装：

1、本实用新型提供的火箭发动机用流量孔板8安装在主路主阀入口与安装管路5的对接法兰中，如附图6所示，推进剂流向为P1到P2；

2、安装管路5中为内螺纹6，孔板为外螺纹3；

3、孔板由安装管路5出口段旋入，并加载力矩；

4、孔板入口进出口0.5D范围内设置压力传感器测量孔板进口压力P1和出口压力P2。

流量计算：

根据实测进出口压力，获得发动机流量：

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种火箭发动机用流量孔板，其特征在于，包括标准孔板和设置在所述标准孔板的一侧的环形凸起部，

所述环形凸起部的凸起方向为沿所述标准孔板的孔轴线朝向所述标准孔板的出口方向凸起，

所述环形凸起部的圆周侧壁上开设有外螺纹。

2.根据权利要求1所述的火箭发动机用流量孔板，其特征在于，所述标准孔板和所述环形凸起部为一体式结构。

3.根据权利要求1所述的火箭发动机用流量孔板，其特征在于，该火箭发动机用流量孔板沿所述标准孔板的孔轴线方向的长度为6-10mm。

4.根据权利要求1所述的火箭发动机用流量孔板，其特征在于，所述标准孔板和所述环形凸起部的连接处设置有倒角，所述倒角不大于R5。

5.根据权利要求1所述的火箭发动机用流量孔板，其特征在于，所述环形凸起部上设置有多个用于与扳手配合使用的豁口。

6.根据权利要求5所述的火箭发动机用流量孔板，其特征在于，所述豁口为四个且呈环形均匀分布。

7.根据权利要求1所述的火箭发动机用流量孔板，其特征在于，所述外螺纹与通过所述标准孔板的物质流动方向遵循左手螺旋原则。

8.一种火箭发动机，包括流量孔板和用于放置所述流量孔板的安装管路，其特征在于，所述安装管路的内壁上设置有内螺纹，

所述流量孔板为如上述权利要求1-7任意一项所述的火箭发动机用流量孔板，

所述外螺纹与所述内螺纹配合使用。

9.根据权利要求8所述的火箭发动机，其特征在于，所述安装管路上且位于所述流量孔板的两侧分别设置第一压力测试点和第二压力测试点，

所述第一压力测试点设置在所述流量孔板的入口侧，所述第二压力测试点设置在所述流量孔板的出口侧。

10.根据权利要求9所述的火箭发动机，其特征在于，所述第一压力测试点和所述第二压力测试点的引压点位置距离所述流量孔板的喉部入口位置小于所述标准孔板的外径的一半。

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