[發明專利]帶收縮段氣-氣噴嘴

無效

• 申請號: 200810226255.4
• 申請日: 2008-11-11
• 公開（公告）號: CN101737198A
• 公開（公告）日: 2010-06-16
• 發明（設計）人: 蔡國飆;杜正剛;汪小衛
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: F02K9/52
• 分類號: F02K9/52
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

【技術領域】

本發明涉及液體火箭發動機噴嘴，尤其涉及一種氧化劑帶收縮段的同軸剪切氣-氣噴嘴。

【背景技術】

噴嘴是液體火箭發動機中的重要部件，它的功能是將推進劑引入燃燒室，組織推進劑的燃燒，使混合物中燃料和氧化劑比例得當，組分沿燃燒室橫截面分布均勻。

液體火箭發動機是推進劑為液體的發動機，但是，在某些種類的液體火箭發動機中，燃料和氧化劑在噴入燃燒室摻混燃燒之前已經轉化為氣態，因此需要對氣-氣噴嘴技術進行研究。比如在全流量補燃循環液體火箭發動機中，全部流量的液態推進劑先進入富氧預燃室和富燃預燃室初步燃燒，形成高溫的富氧燃氣和富燃燃氣，然后兩種燃氣再進入主燃燒室繼續摻混補燃，因此在全流量補燃循環發動機的主燃燒室中需要使用氣-氣噴嘴，即噴射的燃料和氧化劑均為氣態的噴嘴。

當液態推進劑噴入燃燒室內時，推進劑液滴越小越有利于加快霧化和蒸發過程，提高燃燒效率。為使液體推進劑破碎成為直徑小的液滴，需要液體推進劑以一定的速度噴射入燃燒室，需要氧噴嘴有較高的噴注壓降，氧化劑噴嘴的壓降通常取室壓的15％至25％，而這會增加發動機供應系統的負擔，提高發動機的密封和設計要求。

氣體推進劑在燃燒室中只有摻混和燃燒過程，因此氧化劑可以取小的噴嘴速度，氧化劑噴射速度小，有利于增加氧化劑在燃燒室內的化學反應時間，使推進劑的燃燒效率升高。但是，若使用傳統結構的同軸剪切噴嘴，當氧噴嘴出口速度過小時，導致氧化劑噴嘴壓降過小，燃燒室的壓力波動會傳遞至氧噴嘴頭腔，影響發動機工作性能。

公知的是，在氧化劑噴嘴通道中增加收縮段，使氧化劑在收縮段有較高的流速，收縮段之后由于流通面積增大，使氧化劑流速降低。因此，在氧化劑噴嘴中增加收縮段，能使氧化劑在噴嘴進出口形成一定噴注壓降，防止燃燒室壓力波動傳遞至頭腔；氧化劑出口處流速降低有利于提高燃燒效率。

【發明內容】

本發明創造性地提出了一種帶收縮段的同軸剪切氣-氣噴嘴，采用在氧化劑通道中增加收縮段，使氧化劑在噴嘴進出口進劑一定壓降，而氧化劑出口的流速較低，有利于推進劑的燃燒。

本發明帶收縮段氣-氣噴嘴的結構如下所述。

帶收縮段的氣-氣噴嘴，包括噴嘴入口短(1)、收縮段(2)和噴嘴出口段(3)。噴嘴入口段為圓柱狀，其直徑是收縮段直徑的1.5至2倍；入口段長度5至10mm；收縮段與入口段采用錐形過渡，角度為90至120度。通過選定的氧化劑噴嘴壓降和流量系數，由流量公式確定收縮段(2)的直徑，收縮段長度設計為5至10mm；收縮段與噴嘴出口段采用錐形過渡，角度為30至90度。氧化劑出口段直徑是收縮段直徑的1.4至2倍。氧化出口的壁面厚度為0.5至1.5mm。氧化劑通道長度與直徑的比值大于3；氧化劑內通道(4)與外壁面(5)的角度為直角，有利于推進劑在壁面出形成穩定的回流區，起到穩定燃燒火焰的作用。

本發明通過在氧化劑通道中增加收縮段，使推進劑形成一定壓降，燃燒室壓力波動傳遞入頭腔；增大氧噴嘴出口面積，降低氧化劑出口速度，能提高推進劑的燃燒效率。本發明基于而不局限于液體火箭發動機，還可以用于其他涉及氣-氣噴注的裝置或設備中

【附圖說明】

圖1是本發明帶收縮段氣-氣噴嘴剖視圖

【具體實施方式】

本發明首次提出帶收縮段氣-氣噴嘴，能防止燃燒室壓力波動傳遞入頭腔，且使推進劑達到高的燃燒效率。提供了帶收縮段氣-氣噴嘴及其設計方法，能保證推進劑能高效、穩定的燃燒，設計方法簡單有效。

如圖1所示的帶收縮段氣-氣噴嘴，包括噴嘴入口短(1)、收縮段(2)、出口段(3)和燃料噴嘴(6)。噴嘴入口段為圓柱狀，其面積是收縮段面積的1.5至2倍；入口段長度5至10mm；收縮段與入口段采用錐形過渡，角度為90至120度。通過選定的氧化劑噴嘴壓降和流量系數，由流量公式確定收縮段(2)的直徑，收縮段長度設計為5至10mm；收縮段與噴嘴出口段采用錐形過渡，角度為30至90度。氧化劑出口段直徑是收縮段直徑的1.4至2倍。出口段的壁面厚度為0.5至1.5mm。氧化劑通道長度與直徑的比值大于3；氧化劑內通道(4)與外壁面(5)的角度為直角，有利于推進劑在壁面出形成穩定的回流區，起到穩定燃燒火焰的作用。根據面積公式確定外圈燃料噴嘴(6)的面積和直徑。