[發(fā)明專利]模塊化可重復(fù)使用多單元圓轉(zhuǎn)方縮比塞式噴管試驗(yàn)裝置

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210291225.8
• 申請(qǐng)日: 2012-08-16
• 公開（公告）號(hào): CN102852669A
• 公開（公告）日: 2013-01-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 覃粒子;張文電;張曉源;王一白;劉宇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): F02K9/96
• 分類號(hào): F02K9/96;F02K9/97
• 代理公司: 北京永創(chuàng)新實(shí)專利事務(wù)所 11121
• 代理人: 周長(zhǎng)琪

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及航空航天發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域，具體的說，是一種模塊化可重復(fù)使用多單元圓轉(zhuǎn)方縮比塞式噴管試驗(yàn)裝置。

背景技術(shù)

提高噴管效率，減輕噴管重量，是火箭發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)。由于航空航天運(yùn)載器在飛行過程中要經(jīng)歷不同的飛行高度，傳統(tǒng)鐘型噴管僅在設(shè)計(jì)高度才能獲得最佳的性能，高于或低于設(shè)計(jì)高度均會(huì)造成一定的性能損失，即欠膨脹損失或過膨脹損失。氣動(dòng)塞式噴管由于其外側(cè)開放的流動(dòng)結(jié)構(gòu)，使得燃?xì)鈫蝹?cè)與環(huán)境壓力相通，受環(huán)境反壓影響而自動(dòng)調(diào)節(jié)膨脹狀態(tài)，燃?xì)庠谡麄€(gè)飛行高度上處于完全或接近完全膨脹的狀態(tài)，噴管的高度性能具有自動(dòng)補(bǔ)償特性。國(guó)內(nèi)外研究表明，塞式噴管在設(shè)計(jì)點(diǎn)附近的性能與理想鐘型噴管相近，而低空性能明顯優(yōu)于鐘型噴管，噴管效率最多可提高20%～30%；面積比相同時(shí)塞式噴管長(zhǎng)度遠(yuǎn)比鐘型噴管短，重量可以減輕。塞式噴管的應(yīng)用前景極其廣泛，其高度補(bǔ)償特性使之尤其適用于要求噴管面積比變化范圍大或大面積比的高空工作環(huán)境。以塞式噴管發(fā)動(dòng)機(jī)為基礎(chǔ)的可重復(fù)使用運(yùn)載器可望作為一個(gè)通用的空間運(yùn)輸工具用于許多重要的航天領(lǐng)域，如載人航天、空間站物資運(yùn)輸、星際運(yùn)輸、登月運(yùn)輸、衛(wèi)星搭載等。

塞式噴管發(fā)動(dòng)機(jī)的研制過程需要經(jīng)歷大量的預(yù)先研究和分系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究，通過理論分析、數(shù)值仿真和試驗(yàn)驗(yàn)證來掌握影響塞式噴管性能的關(guān)鍵因素，之后將多項(xiàng)分解技術(shù)綜合，進(jìn)行多次全系統(tǒng)的地面和高空飛行演示驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。但目前實(shí)驗(yàn)研究的工作難度大、耗費(fèi)高、試驗(yàn)準(zhǔn)備時(shí)間長(zhǎng)、試驗(yàn)件完成的實(shí)驗(yàn)任務(wù)有限，特別是針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)熱流試驗(yàn)，試驗(yàn)件使用次數(shù)有限。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述問題，本發(fā)明提出一種模塊化裝卸、可多次重復(fù)使用的被動(dòng)冷卻式多單元圓轉(zhuǎn)方縮比塞式噴管試驗(yàn)裝置，既可進(jìn)行冷流試驗(yàn)，又可進(jìn)行點(diǎn)火熱流試驗(yàn)，且實(shí)現(xiàn)了各組件模塊化設(shè)計(jì)與裝卸，通過更換燒蝕零件可多次重復(fù)使用；并采用燒蝕和熱沉的被動(dòng)冷卻方式，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，續(xù)用成本低。

一種模塊化可重復(fù)使用多單元圓轉(zhuǎn)方縮比塞式噴管試驗(yàn)裝置，包括燃燒室殼體、噴注器組件、燃燒室組件、塞錐組件與支撐連接組件；所述燃燒室殼體內(nèi)部并排開設(shè)n個(gè)筒狀內(nèi)腔，n＞1；每個(gè)內(nèi)腔兩端貫通燃燒室殼體前后兩端。

所述噴注器組件為包括噴注筒、噴注器環(huán)形墊層、噴注器上底、噴注器下底、氫氧氣氣直流噴嘴、氣氧管路接頭以及氣氫管路接頭。

噴注筒具有大內(nèi)徑段與小內(nèi)徑段，小內(nèi)徑段端部焊接有一個(gè)氣氧管路接頭，大內(nèi)徑段端面與板狀的噴注器上底固連，噴注筒中大內(nèi)徑段與噴注器上底間形成氣氧腔；噴注器上底底面同軸固定有筒狀噴注器環(huán)形墊層，噴注器環(huán)形墊層底端與板狀噴注器下底焊接固定，噴注器上底和噴注器下底間形成氣氫腔；氣氫腔內(nèi)部設(shè)置有至少1個(gè)同軸式氫氧氣氣直流噴嘴；所述同軸式氫氧氣氣直流噴嘴由管狀氣氧直流噴嘴與管狀氣氫直流噴嘴構(gòu)成；其中，氣氧直流噴嘴外側(cè)同軸套接有氣氫直流噴嘴；氣氧直流噴嘴上端焊接固定在噴注器上底上，下端懸置，且氣氧直流噴嘴下端端面與噴注器下底底面齊平；氣氫直流噴管兩端分別固定于噴注器上底、噴注器下底上，并使氣氫直流噴嘴外側(cè)壁與氣氧直流噴嘴內(nèi)側(cè)壁間具有間隙，且沿氣氫直流噴嘴周向切線開有通孔；所述的噴注器上底和噴注器下底的中心處開有點(diǎn)火裝置安裝孔；噴注器下底上由內(nèi)向外周向分布三圈小孔；所述的噴注器環(huán)形墊層周向上對(duì)稱開設(shè)氣氫管路通孔，氣氫管路通孔與安裝在燃燒室外殼上的氣氫管路接頭連通；上述噴注器組件固定設(shè)置在燃燒室殼體內(nèi)腔后部并使噴注器組件中的小直徑段與氣氧管路接頭位于內(nèi)腔外部。

所述的燃燒室組件為包括燃燒室內(nèi)襯、圓轉(zhuǎn)方內(nèi)噴管與壓強(qiáng)測(cè)量接口；其中，燃燒室內(nèi)襯為筒狀結(jié)構(gòu)，內(nèi)部具有圓柱腔；燃燒室內(nèi)襯側(cè)壁上開有至少1個(gè)壓強(qiáng)測(cè)量通孔，壓強(qiáng)測(cè)量通孔與安裝在燃燒室外殼上的燃燒室壓強(qiáng)測(cè)量接口連通；圓轉(zhuǎn)方內(nèi)噴管同為筒狀結(jié)構(gòu)，內(nèi)部由一端開始依次具有收縮腔與擴(kuò)張腔；其中，收縮腔的收縮端與擴(kuò)張腔的收縮端相接，擴(kuò)張腔的收縮端至擴(kuò)張端由圓型截面過渡到方形截面。

上述結(jié)構(gòu)燃燒室組件整體設(shè)置在燃燒室殼體內(nèi)腔后部，燃燒室內(nèi)襯一端端面與噴注器組件下底相接，另一端與圓轉(zhuǎn)方內(nèi)噴管中收縮腔的擴(kuò)張端端面配合定位，燃燒室組件周向與燃燒室殼體內(nèi)腔內(nèi)壁間隙配合；在燃燒室殼體的后部外側(cè)上下分別安裝上夾緊塊和下夾緊塊，通過將上夾緊塊與下夾緊塊固連，提供燃燒室內(nèi)襯、圓轉(zhuǎn)方內(nèi)噴管在燃燒室殼體內(nèi)密封的壓力。

所述的塞錐組件包括塞錐、塞錐側(cè)板與塞錐壓強(qiáng)測(cè)量接口，其中，塞錐塞錐前端與圓轉(zhuǎn)方內(nèi)噴管間相對(duì)定位；塞錐兩側(cè)固定安裝有塞錐側(cè)板；在塞錐側(cè)板上由前至后間隔安裝塞錐壓強(qiáng)測(cè)量接口。