[發(fā)明專利]一種具有切向孔出口處加設(shè)簧片的離心噴嘴及噴霧方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610424595.2
• 申請(qǐng)日: 2016-06-15
• 公開（公告）號(hào): CN106000674B
• 公開（公告）日: 2017-05-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊立軍;富慶飛;覃粒子;佟明羲
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): B05B1/06
• 分類號(hào): B05B1/06;B05B1/08;B05B1/34
• 代理公司: 北京海虹嘉誠(chéng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司11129
• 代理人: 吳小燦

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種具有切向孔出口處加設(shè)簧片的離心噴嘴及噴霧方法，主要應(yīng)用于液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)推力室、預(yù)燃室噴注器設(shè)計(jì)及液體霧化等領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著推進(jìn)技術(shù)的發(fā)展，未來火箭和武器需要高效的推進(jìn)器以達(dá)到性能需要。凝膠推進(jìn)劑成為化學(xué)推進(jìn)劑中的一個(gè)重要發(fā)展方向，它兼具液體和固體推進(jìn)劑的諸多優(yōu)點(diǎn)：比液體推進(jìn)劑更安全，比固體推進(jìn)劑更能靈活控制推力。凝膠推進(jìn)劑能實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)“推力可調(diào)”和“鈍感彈藥”特性，提高了導(dǎo)彈射程，而價(jià)格僅比固體推進(jìn)劑高30％。但是由于其自身的高粘度以及流變特性，使得它至今停留在實(shí)驗(yàn)研究階段，阻礙其發(fā)展的就是凝膠推進(jìn)劑的霧化技術(shù)。目前大多采用撞擊式霧化方法來解決這個(gè)問題，而且霧化效果亦不十分理想。因此，針對(duì)凝膠推進(jìn)劑的特點(diǎn)，亟需研制能夠適應(yīng)高粘度以及特殊流變性流體的噴嘴。

離心噴嘴具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，同等壓降條件下霧化質(zhì)量?jī)?yōu)于直流噴嘴等特點(diǎn)，因而在航空航天及民用燃燒、冷卻、消防等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。但是，離心噴嘴在面對(duì)低壓情況(航空發(fā)動(dòng)機(jī)空轉(zhuǎn)、慢車等狀態(tài))時(shí)霧化困難，對(duì)于高粘度流體(凝膠推進(jìn)劑、重油、渣油等)霧化效果變差，以及難進(jìn)一步提高霧化效果。由此看來，對(duì)離心噴嘴結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)是解決上述問題的有效途徑之一。研究表明，在離心噴嘴中組織流體振蕩能夠改善霧化細(xì)度，而且霧化均勻性明顯提高。本發(fā)明旨在提供一種具有切向孔出口處加設(shè)簧片的離心噴嘴及噴霧方法，可改善傳統(tǒng)離心噴嘴的霧化效果，提高液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒效率和穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種具有切向孔出口處加設(shè)簧片的離心噴嘴及噴霧方法，使用該噴嘴主要依靠簧片在噴嘴內(nèi)部組織流體振蕩，以便改善霧化細(xì)度，提高霧化均勻度。

本發(fā)明提供一種具有切向孔出口處加設(shè)簧片的離心噴嘴及噴霧方法，其技術(shù)方案是：

一種具有切向孔出口處加設(shè)簧片的離心噴嘴，其特征在于，包括依次連接的旋流室頭部、旋流室壁和噴嘴底蓋所形成的旋流室，所述噴嘴底蓋上設(shè)置有噴口，所述旋流室壁的外周設(shè)置有集氣腔，所述旋流室頭部的外側(cè)與噴嘴頭蓋之間形成集液腔，所述旋流室頭部上設(shè)置有切向孔，所述切向孔的入口對(duì)應(yīng)所述集液腔，所述切向孔的出口對(duì)應(yīng)所述旋流室，在所述切向孔的出口處設(shè)置簧片，所述噴嘴頭蓋上設(shè)置有噴孔入口。

在所述切向孔的出口處沿所述旋流室頭部的內(nèi)壁設(shè)置有環(huán)槽。

所述簧片包括彈性小片，所述彈性小片覆蓋切向孔出口，所述環(huán)槽與所述彈性小片之間形成切向間隙。

所述旋流室壁外圍設(shè)置有殼體，所述殼體與所述旋流室壁之間為所述集氣腔，所述殼體上設(shè)置有進(jìn)氣口。

所述噴嘴底蓋上自旋流室到噴口具有收斂段。

所述噴嘴頭蓋、旋流室頭部和殼體用螺栓連接，旋流室頭部與旋流室壁之間用墊片加以密封，噴嘴底蓋用螺釘與殼體連接，殼體與噴嘴底蓋之間用堵頭與墊片加以密封。

所述噴嘴的流量系數(shù)由以下公式獲得：

其中，n為阻尼系數(shù)，r_c為噴嘴切向孔進(jìn)口半徑，r_p為噴嘴切向孔出口半徑，r₀為空氣渦半徑，R為旋流半徑，ω₀為簧片振動(dòng)頻率，簧片振動(dòng)頻率僅與簧片的厚度、懸臂長(zhǎng)度以及簧片的物理性質(zhì)有關(guān)，其計(jì)算公式如下：

其中其中ρ為簧片密度，Y為楊氏模量，按照離心噴嘴設(shè)計(jì)方法確定各部分結(jié)構(gòu)尺寸。

簧片的固有振動(dòng)頻率與噴嘴內(nèi)部低頻擾動(dòng)波的共振頻率接近或者相匹配。

一種具有切向孔出口處加設(shè)簧片的離心噴霧方法，其特征在于，包括離心噴嘴中的切向孔，所述切向孔連通集液腔和旋流室，切向孔出口處位于所述旋流室一側(cè)，切向孔進(jìn)口處位于所述集液腔一側(cè)，在所述切向孔出口處加設(shè)簧片，所述簧片在切向孔出口處形成切向間隙，簧片在液體壓力的驅(qū)動(dòng)下開合，同時(shí)激起噴嘴旋流室內(nèi)壓力變化，二者相互影響使得旋流室內(nèi)壓力發(fā)生脈動(dòng)，同時(shí)引起噴嘴旋流室流量脈動(dòng)，噴嘴內(nèi)部壓力脈動(dòng)從而改善霧化效果。

通過選用不同厚度和/或不同固有振動(dòng)頻率的簧片以改善噴嘴霧化效果。