[發明專利]燃氣噴注器富氧燃氣供應裝置及方法

無效

• 申請號: 200810225992.2
• 申請日: 2008-11-10
• 公開（公告）號: CN101738319A
• 公開（公告）日: 2010-06-16
• 發明（設計）人: 蔡國飆;李茂;高玉閃;金平;俞南嘉
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01M15/14
• 分類號: G01M15/14;F02K9/44;F02K9/52
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

【技術領域】

本發明涉及一種用于燃氣噴注器試驗中的富氧燃氣供應裝置及方法。

【背景技術】

噴注器是液體火箭發動機的關鍵部件之一，噴注器性能的優良直接影響到發動機性能的好壞。

全流量補燃循環系統是一種新型的火箭發動機循環系統，是目前具有最高燃燒性能的分級燃燒技術，是液體火箭發動機技術的重要發展發展方向之一。在全流量補燃循環發動機技術研究中，氣氣燃燒是其關鍵技術之一。所有流量的氫和氧經過預燃室燃燒一次驅動渦輪后再進入燃燒室進行第二次燃燒，因此，全流量補燃循環發動機推力室的噴嘴為燃氣噴嘴，與常規液體火箭發動機的氣液噴嘴或者液液噴嘴完全不同。在全流量補燃循環發動機中，富氧預燃室混合比高，氫氣流量小，尤其在單噴嘴燃氣噴嘴試驗中，燃氣流量小，富氧預燃室氫氣流量極小，例如William?M.Marshall，Sibtosh?Pal，《Benchmark?Wall?Heat?Flux?Data?for?a?GO2/GH2?Single?ElementCombustor》.AIAA?2005-3572所述，其富氧預燃室混合比165，富氧預燃室氫氣流量不足0.5g/s，以該文獻的流量為基準，若要研究更低溫度的燃氣噴嘴，勢必需要提高混合比，則氫氣將更小，控制與測量難度大，需要精密的試驗設備與測量設備，成本高，且富氧預燃室設計難度大。同時，該文獻中富氧預燃室針對單一燃氣噴嘴的工況設計，直徑長度一定，不適宜燃氣參數需要大范圍調整時的試驗研究，改變燃氣參數試驗時需要更換新的富氧預燃室，試驗難度大，成本高。

【發明內容】

本發明要解決的問題是，設計一種富氧燃氣供應系統，可以增加氫氣流量使其易于控制與測量，降低富氧預燃室設計難度，同時可滿足各種工況下燃氣噴注器參數的要求。本發明采用的技術方案是富氧燃氣分流，從富氧預燃室出來的富氧燃氣一部分進入燃氣噴注器，一部分排入大氣，流量通過音速噴嘴控制。

燃氣噴注器富氧燃氣供應裝置，包括富氧預燃室、接管嘴、紫銅密封墊圈、富氧燃氣入口音速噴嘴、螺帽、管接件、三通轉接頭、外排音速噴嘴，富氧預燃室出口連接三通轉接頭一端，三通轉接頭另外兩端分別通過富氧燃氣入口音速噴嘴和外排音速噴嘴與燃氣噴注器和大氣連通。音速噴嘴裝入接管嘴(4)與管接件(8)之間，通過螺帽7擰緊作用在紫銅密封圈5上的壓力實現密封。

燃氣噴注器富氧燃氣供應方法：富氧燃氣通過三通轉接頭分成兩部分，一部分進入燃氣噴注器，一部分排入大氣。燃氣噴注器富氧燃氣流量參數要求變化時，富氧預燃室工作參數維持不變，更換富氧燃氣入口音速噴嘴和外排音速噴嘴。燃氣噴注器富氧燃氣溫度參數要求變化時，維持音速噴嘴直徑、氫氣流量不變，調整富氧預燃室氧氣流量。燃氣噴注器富氧燃氣溫度和流量參數均要求變化時，分兩步進行：維持氫氣流量不變，調整富氧預燃室氧氣流量滿足溫度參數需求；更換富氧燃氣入口音速噴嘴和外排音速噴嘴，滿足流量參數需求。

該發明的優點和積極作用在于：(1)采用了分流方案，增加了富氧預燃室總流量，從而使氫氣流量增加，利于氫氣的控制與調節和富氧預燃室的設計。(2)通過音速噴嘴控制進入燃氣噴注器的流量和外排流量，當燃氣噴注器流量要求變化時，在富氧預燃室結構不做任何改變的情況下，可以調整氧氣流量、改變音速噴嘴直徑適應新的工況，降低了試驗難度與試驗成本。

【附圖說明】

圖1是富氧燃氣供應裝置裝配圖

【具體實施方式】

下面結合附圖進一步說明本發明。

如圖1，該富氧燃氣供應裝置包括：富氧預燃室1、三通轉接頭2、外排音速噴嘴3、接管嘴4、紫銅密封墊圈5、富氧燃氣入口音速噴嘴6、螺帽7、管接件8。富氧預燃室1可以在較大氫氣流量下設計，易于控制與測量，通過三通轉接頭2富氧燃氣一部分通過富氧燃氣入口音速噴嘴6通入燃氣噴注器，一部分通過外排音速噴嘴3通入大氣。音速噴嘴裝入接管嘴4與管接件8之間，通過螺帽7擰緊作用在紫銅密封圈5上的壓力實現密封，音速噴嘴更換方便。

該富氧燃氣供應系統具體操作過程如下：

(1)若燃氣噴注器的富氧燃氣流量需求發生變化，通過更換富氧燃氣入口音速噴嘴和外排音速噴嘴直徑調整流量，富氧預燃室工況無需作任何調整。設富氧預燃室總流量為M，所需燃氣流量為m，燃氣溫度為T，平衡常數為k，氣體常數為R，壓力為p，則富氧燃氣入口音速噴嘴的直徑為：