[發(fā)明專利]一種直流冷壁式發(fā)動機(jī)燃燒室

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710764237.0
• 申請日: 2017-08-30
• 公開（公告）號: CN108457768B
• 公開（公告）日: 2020-04-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊成虎;劉昌國;張志遠(yuǎn);林慶國;劉犇;姚鋒;趙婷;吳凌峰
• 申請（專利權(quán)）人: 上海空間推進(jìn)研究所
• 主分類號: F02K9/62
• 分類號: F02K9/62;F02K9/44;F02K9/52
• 代理公司: 上海漢聲知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中

本發(fā)明公開了一種直流冷壁式發(fā)動機(jī)燃燒室，包括依次連接的燃燒室上蓋、燃燒室直線段、噴注段和噴管收斂擴(kuò)張段，所述噴注段的外壁上沿周向布置有氧化劑集液腔、氧化劑噴注孔、燃料集液腔和燃料噴注孔，氧化劑和燃料分別從氧化劑再生冷卻槽道和燃料再生冷卻槽道進(jìn)入氧化劑集液腔和燃料集液腔，然后從氧化劑噴注孔和燃料噴注孔流出形成射流，射流貼近燃燒室直線段內(nèi)壁面但不與壁面接觸，在燃燒室上蓋上撞擊霧化、摻混和燃燒，經(jīng)過噴管收斂擴(kuò)張段排出燃燒室。本發(fā)明的燃燒室可提高推進(jìn)劑燃燒效率和燃燒室熱防護(hù)能力，燃燒室整體結(jié)構(gòu)簡單，易于加工實(shí)現(xiàn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及火箭發(fā)動機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種直流冷壁式發(fā)動機(jī)燃燒室。

背景技術(shù)

火箭發(fā)動機(jī)比沖性能提高可以減少工作時的推進(jìn)劑耗量，進(jìn)而增加飛行器有效載荷或延長飛行器壽命。提高推進(jìn)劑燃燒效率是提高發(fā)動機(jī)比沖性能的重要途徑。對于液體火箭發(fā)動機(jī)，提高燃燒效率的同時會增加燃燒室熱負(fù)荷，但熱負(fù)荷過高將導(dǎo)致燃燒室材料難以承受。因此提高液體火箭發(fā)動機(jī)性能需要解決兩大問題，一是改善推進(jìn)劑霧化摻混效果，以提高燃燒效率，二是優(yōu)化燃燒室熱防護(hù)設(shè)計，以降低燃燒室工作溫度。

推進(jìn)劑霧化摻混通過噴注器完成，現(xiàn)有液體火箭發(fā)動機(jī)噴注器有直流式、針?biāo)┦健影迨健㈦x心式等多種形式，其中離心式噴注器噴嘴殼體大，流量系數(shù)低，單位噴嘴面積上通過的流量較小；直流式、針?biāo)┦健影迨綄儆谧矒綮F化方式，但氧化劑和燃料流撞擊距離太近，霧化效果改善難度較大。

在發(fā)動機(jī)燃燒室熱防護(hù)方面，現(xiàn)有液體火箭發(fā)動機(jī)多采用了液膜冷卻或復(fù)合冷卻方式。對于液膜冷卻一方面在高溫壁面下容易發(fā)生膜沸騰而顯著降低冷卻效果，另一方面，液膜有限空間內(nèi)難以有效參與燃燒反應(yīng)，導(dǎo)致發(fā)動機(jī)性能損失。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明提供了一種直流冷壁式發(fā)動機(jī)燃燒室，可提高推進(jìn)劑燃燒效率和燃燒室熱防護(hù)能力。

本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：一種直流冷壁式發(fā)動機(jī)燃燒室，包括依次連接的燃燒室上蓋、燃燒室直線段、噴注段和噴管收斂擴(kuò)張段，所述噴注段的外壁上沿周向布置有氧化劑集液腔、氧化劑噴注孔、燃料集液腔和燃料噴注孔，氧化劑和燃料分別從氧化劑再生冷卻槽道和燃料再生冷卻槽道進(jìn)入氧化劑集液腔和燃料集液腔，然后從氧化劑噴注孔和燃料噴注孔流出形成射流，射流貼近燃燒室直線段內(nèi)壁面但不與壁面接觸，在燃燒室上蓋上撞擊霧化、摻混和燃燒，經(jīng)過噴管收斂擴(kuò)張段排出燃燒室。

優(yōu)選地，所述的氧化劑噴注孔和燃料噴注孔位于軸向不同截面。通過改變氧化劑噴注孔和燃料噴注孔與燃燒室軸線的夾角調(diào)整氧化劑和燃料射流在燃燒室上蓋上的撞擊點(diǎn)布置。

優(yōu)選地，所述的燃燒室上蓋為推進(jìn)劑撞擊霧化面板，通過改變其與燃燒室直線段的夾角調(diào)整氧化劑和燃料射流與燃燒室上蓋的撞擊角度。

優(yōu)選地，所述的燃燒室直線段為圓筒形或錐筒形。

優(yōu)選地，所述的氧化劑集液腔通過氧化劑噴注孔與燃燒室連通上。

優(yōu)選地，所述的燃料集液腔通過燃料噴注孔與燃燒室連通。

相對于傳統(tǒng)噴注器，本發(fā)明具有更遠(yuǎn)的射流撞擊距離，可以提高推進(jìn)劑霧化效果；通過改變氧化劑噴孔和燃料噴孔角度調(diào)整其在燃燒室上蓋上的撞擊點(diǎn)位置，從而強(qiáng)化摻混效果；通過射流孔周向近壁布置降低燃?xì)鈱θ紵龝r壁面的熱傳遞，通過射流沿程蒸發(fā)降低壁面附近燃?xì)鉁囟龋瑖娮⑵鞯难趸瘎┘呵缓腿剂霞呵粚θ紵沂諗慷芜M(jìn)行對流冷卻，從而提高燃燒室熱防護(hù)能力，在內(nèi)部熱負(fù)荷較大時，推進(jìn)劑可通過再生冷卻槽道后再進(jìn)入集液腔，進(jìn)一步強(qiáng)化燃燒室冷卻。燃燒室整體結(jié)構(gòu)簡單，易于加工實(shí)現(xiàn)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一個具體實(shí)施例錐筒形直流冷壁式發(fā)動機(jī)燃燒室結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明另一個具體實(shí)施例圓筒形直流冷壁式發(fā)動機(jī)燃燒室結(jié)構(gòu)示意圖。