[發明專利]真空射流噴嘴

有效

• 申請號: 201410588807.1
• 申請日: 2014-10-28
• 公開（公告）號: CN104373248A
• 公開（公告）日: 2015-02-25
• 發明（設計）人: 康亮杰;江銘偉;鄭東曉;肖開陽;諶忠庭;趙楊;陳開瑩
• 申請（專利權）人: 上海空間推進研究所
• 主分類號: F02K9/52
• 分類號: F02K9/52
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中

技術領域

本發明涉及真空射流噴嘴，具體地，涉及本發明涉及航天器在軌液體排放時，能改善液體霧化錐角的裝置。

背景技術

火箭末級貯箱剩余推進劑排放、火箭發動機的高空點火、國際空間站補加管路剩余推進劑吹除等，都涉及到液體的真空射流。液體進入真空時，由于過熱會劇烈汽化閃蒸，形成霧化錐角，該錐角可能污染排放管口附近的航天器壁面，對航天器的光學、力學等特性產生影響，影響航天器的正常工作甚者減緩其壽命。目前，國內外致力于減緩液體真空排放造成污染的措施主要集中在改變液體排放的溫度和速度，以及改變排放管路的管徑等上面。這些措施雖然能夠在一定程度上改善液體真空射流的霧化錐角，但在應用中有諸多限制，例如低溫高速和小管徑能改善出流霧化錐角，但是溫度過低管徑過小，排放過程中管路極易冰堵妨礙液體真空排放的順利進行，而速度過快則可能對航天器的姿態造成較大的擾動。

發明內容

針對現有技術中的缺陷，為了解決這些問題，找到更好的排放途徑，本發明提出一種真空射流噴嘴，該噴嘴能夠在不改變液體初始排放溫度、速度以及排放管徑的情況下，有效改善液體出流的霧化錐角，保護排放管口附近的航天器壁面。

根據本發明提供的一種真空射流噴嘴，包括噴射管道，噴射管道的內壁光滑，噴射管道的管嘴部分的內徑收縮；

噴射管道的內徑沿噴射方向，從管嘴部分的入口處起至管嘴部分的噴嘴唇口，由半徑R圓弧收縮至的R/2；

噴嘴唇口處銳利。

優選地，噴射管道的內壁粗糙度為1.6。

與現有技術相比，本發明具有如下的有益效果：

本發明能夠在不改變航天器設計和不外加附屬系統的情況下，改善航天器在軌液體排放時，對排放口近壁面污染的噴嘴。本發明是通過圓弧收縮口保持管路內部壓力，減緩閃蒸和結冰，使得在軌排放能順利進行，且出流液體含氣量較低，霧化錐角較小，管路內壁光滑和管嘴唇口銳利能防止冰粒附著，使排放得以順利進行。

附圖說明

通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發明的其它特征、目的和優點將會變得更明顯：

圖1為本發明的原理圖。

圖中：

1--噴射管道；

2--管嘴部分；

3--管嘴部分的入口；

4—噴嘴唇口。

具體實施方式

下面結合具體實施例對本發明進行詳細說明。以下實施例將有助于本領域的技術人員進一步理解本發明，但不以任何形式限制本發明。應當指出的是，對本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進。這些都屬于本發明的保護范圍。

本發明改善液體真空射流霧化錐角所采用的技術方案是：采用光滑銳利圓弧漸縮式管口。漸縮式管口有保壓效果，在真空排放時能有效隔絕真空環境向管路內部的壓力傳導，使得管路內部維持在較高的壓力環境下，在相對較高的壓力環境下，液體閃蒸和汽化較為緩慢，液體內部的含氣量隨之降低，使得出流時對液體霧化破碎其主要作用的氣泡含量較少，從而減緩了液體出流的霧化錐角。采用光滑內壁設計，使得管路內部因閃蒸結冰時，冰粒在管壁上的附著較少，排放能順利進行。唇口銳利也能減緩冰粒在管嘴處的附著，防止管嘴形態被改變導致的液體出流形態改變，從而將液體射流形態維持在可控范圍。

具體地，在圖1中，真空射流噴嘴的作為管嘴部分出口的噴嘴唇口處直徑，為管嘴部分的入口處之前的噴射管道內部管徑的一半，起到保壓作用，噴射管道的管路內部粗糙度為1.6，唇口切割后不作倒角處理，保持銳利。

關于上文中本發明采用的設計參數，應當注意的是：

(1)噴射管道的內徑沿噴射方向，從管嘴部分的入口處起至管嘴部分的噴嘴唇口，由半徑R圓弧收縮至的R/2

該圓弧收縮數據是通過分析常壓下射流情況及真空閃蒸劇烈膨脹的特性，在此基礎上建模仿真得到較為優化的優化帶，在優化帶區間加工數種不同角度不同截面形狀的噴嘴，經試驗驗證表明在該圓弧收縮數據要求的數值下，射流情形最優，出流射流角最小。

(2)噴射管道的內壁粗糙度為1.6

該粗糙度是在分析真空射流閃蒸機理后，表明劇烈換熱會導致結冰，可能會造成冰堵，為減小結冰的可能性，減小結冰附著點，是以給出現行工業條件下能達到的較高的粗糙度等級。

以上對本發明的具體實施例進行了描述。需要理解的是，本發明并不局限于上述特定實施方式，本領域技術人員可以在權利要求的范圍內做出各種變形或修改，這并不影響本發明的實質內容。