[發明專利]一種開槽同軸針栓式噴注器推力室

有效

• 申請號: 201410264384.8
• 申請日: 2014-06-13
• 公開（公告）號: CN104234870A
• 公開（公告）日: 2014-12-24
• 發明（設計）人: 凌前程;高坤;林革;李軍;劉新華;章榮軍;宋大亮;種衡陽;劉永興;豐雪平
• 申請（專利權）人: 中國航天科技集團公司第六研究院第十一研究所
• 主分類號: F02K9/62
• 分類號: F02K9/62;F02K9/52
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 陳廣民

技術領域

本發明屬于液體火箭發動機領域，涉及一種無液膜冷卻推力室，尤其涉及一種開槽同軸針栓式噴注器推力室。可用于大推力、高室壓、快響應的液體火箭軌控發動機。?

背景技術

在我國軍事航天器高速發展的形勢下，提高現有的液體軌控火箭發動機能力刻不容緩，這要求軌控發動機具備快響應、高性能、輕質化能力。由于技術難度大，目前國內還未能開發出響應時間小于30ms、推力萬牛級、推質比大于500的常規液體軌控發動機。?

傳統的液體火箭發動機噴注器如直流式噴注器離心式噴注器及針栓式噴注器是應用較早、較多的噴注形式，它依靠噴注器外圈采用專門的冷卻孔實現邊區的低溫控制，在兼顧穩定性和冷卻的條件下，獲取合理的性能。在某些任務要求下，由于入口壓力和多次起動、響應時間的限制，目前軌姿控液體火箭發動機普遍采用耐高溫鈮合金輻射冷卻方案，推力室身部最優選擇仍然是輻射冷卻的鈮合金和陶瓷基復合材料身部。?

對于輻射冷卻推力室而言，需要專門的液膜冷卻，將較高比例的液膜設置于近壁區，使得燃燒性能無法達到最高，另外起動時液膜冷卻腔需要充填和關機時殘留的推進劑慢慢流動，造成發動機響應較差。傳統的針栓式噴注器外圈推進劑與內圈推進劑以環形液膜的形式在針栓頂端進行撞擊、混合，這種噴注撞擊后空間混合區域較小，特別是在推進劑流量較大時，很難形成較好的徑向混合比分布，無法有效實現性能和冷卻的兼顧。?

由于依靠噴注器既要組織高效燃燒，又要通過射流撞擊優化達到可靠冷卻身部的目標，因而技術難度較大。為了實現目前軌控發動機大推力快響應高性能的目標，開發了一種無專門冷卻的開槽噴注結構的雙?套筒“面關機”針栓式推力室結構。采用雙套筒的燃料中心開槽方案使得中心推進劑以束狀射流與外圈推進劑液膜撞擊，不但增大燃料與氧化劑接觸面積，強化了射流局部穿透能力，使得部分束狀射流更容易穿透外圈液膜，形成空間上(徑向與軸向)的不同流強、混合比分布的參差相錯、射角不同的合成射流為能夠有效降低邊區溫度。?

發明內容

為了解決背景技術中所存在的技術問題，本發明提出了一種開槽同軸針栓式噴注器推力室。?

本發明的技術方案是：一種開槽同軸針栓式噴注器推力室，其特殊之處在于：包括中心筒與殼體，中心筒與殼體之間還設置有內套筒與外套筒；?

上述外套筒與殼體形成外圈通道及環形噴嘴；?

上述內套筒與中心筒形成中心通道及徑向噴嘴；?

上述外套筒上端通過主彈簧和墊環與中心筒相連；?

上述內套筒上端通過副彈簧和墊環與中心筒相連；?

上述中心筒下端設置有端頭槽口；端頭槽口由主槽和輔槽構成；?

上述主槽高度高于輔槽，輔槽寬度寬于主槽。?

本發明的優點是：1.本發明推力室由于采用無單獨液膜冷卻結構，雙套筒獨立密封結構，高剛度、大變形特型彈簧，結構簡單，克服了傳統軌姿控發動機因單獨液膜冷卻帶來的響應特性差，性能偏低的問題，實現了大推力發動機的快速響應，響應時間由原先的數百毫秒縮短至30ms。?

2.本發明噴注器采用燃料中心開槽針栓式噴注形式，創新設計的新型高窄主槽結構，使得中心推進劑以束狀射流與外圈推進劑液膜撞擊，不但增大燃料與氧化劑接觸面積，強化了射流局部穿透能力，使得部分束狀射流更容易穿透外圈液膜。通過矮寬輔槽優化混合比分布，形成了空間上(徑向與軸向)的不同流強、混合比分布的參差相錯、射角不同的合成射流，從而使得燃燒性能大大提高，燃燒效率可達到0.97。?

3.本發明采用新型的高窄主槽結構，強化燃料射流，使得部分燃料穿透外圈氧化劑并冷卻內壁，通過矮寬輔槽優化混合比分布，以及設置帶角度的導向板，減小了撞擊后射流擊壁時的濺擊效應，并使更多的富燃噴霧扇流下，有效控制了身部壁溫低于1300℃，實現了推力室長壽命可靠冷卻。?

4.本發明噴注器結構設計簡單，加工零件數量少、工藝簡單，具有響應快，效率高等優點，應用前景廣闊，尤其適用于大推力、高室壓、快響應的軌控發動機。?

附圖說明

圖1為本發明結構示意圖；?

圖2為本發明的推力室控制腔作動結構原理圖；?

圖3為本發明的噴注器外圈和中心流道/密封結構剖面圖；?

圖4為本發明的中心筒端頭槽口徑向截面圖；?