[發(fā)明專利]氣膜冷卻結(jié)構(gòu)、液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)及其氣膜冷卻試驗(yàn)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810558356.5
• 申請(qǐng)日: 2018-06-01
• 公開（公告）號(hào): CN108869099B
• 公開（公告）日: 2020-07-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫冰;王太平;劉迪;向紀(jì)鑫
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): F02K9/64
• 分類號(hào): F02K9/64;G01M15/14
• 代理公司: 北京超凡志成知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11371
• 代理人: 趙志遠(yuǎn)

本發(fā)明公開了一種氣膜冷卻結(jié)構(gòu)、液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)及其氣膜冷卻試驗(yàn)方法，涉及火箭發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，該氣膜冷卻結(jié)構(gòu)包括基體部和氣膜噴射部，基體部上設(shè)置有氣膜介質(zhì)入口，氣膜噴射部上設(shè)置有環(huán)形的氣膜集合器，氣膜集合器的圓周上設(shè)置有排氣孔，氣膜介質(zhì)入口與排氣孔連通，由氣膜介質(zhì)入口進(jìn)入的氣體通過(guò)排氣孔排出形成氣膜。本發(fā)明的液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)采用上述氣膜冷卻結(jié)構(gòu)，整體成本低，在液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)熱防護(hù)試驗(yàn)中，更換氣膜噴射部可以實(shí)現(xiàn)不同參數(shù)下發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室內(nèi)壁上的熱荷載分布情況，而且不需要多次試驗(yàn)轉(zhuǎn)動(dòng)燃燒室，試驗(yàn)效率高、成本小，試驗(yàn)結(jié)果精確。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及火箭發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種氣膜冷卻結(jié)構(gòu)、液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)及其氣膜冷卻試驗(yàn)方法。

背景技術(shù)

火箭是靠火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴射工質(zhì)產(chǎn)生的反作用力向前推進(jìn)的飛行器，火箭發(fā)動(dòng)機(jī)按照推進(jìn)劑的形態(tài)不同分為固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)和液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。

液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)是指液體推進(jìn)劑的化學(xué)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)一般由推進(jìn)劑供應(yīng)系統(tǒng)、燃燒室及發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)組成。推進(jìn)劑供應(yīng)系統(tǒng)包括燃料儲(chǔ)箱、氧化劑儲(chǔ)箱及相應(yīng)的供應(yīng)管路等，燃料和氧化劑通過(guò)噴注器組件注入燃燒室，經(jīng)霧化，蒸發(fā)，混合和燃燒等過(guò)程成生成燃燒產(chǎn)物，燃燒室內(nèi)壓力可達(dá)2O0大氣壓、溫度高達(dá)300O～4000℃，高溫高壓的燃燒產(chǎn)物高速?gòu)膰姽苤袥_出而產(chǎn)生推力。由于燃燒室內(nèi)高溫高壓的環(huán)境，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的熱防護(hù)是非常重要的，在液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的熱防護(hù)技術(shù)中，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室壁的冷卻是非常重要的一個(gè)部分。冷卻技術(shù)是對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)處于高溫環(huán)境的零組件采取的散熱和隔熱措施，以使受熱件溫度不超過(guò)材料強(qiáng)度允許的范圍，保證受熱零件正常工作或提高它們的性能。

氣膜冷卻是火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室熱防護(hù)手段中的一種。現(xiàn)有燃燒室氣膜冷卻結(jié)構(gòu)中氣膜孔由燃燒室壁面與噴注器配合形成，在發(fā)動(dòng)機(jī)氣膜冷卻試驗(yàn)中，改變氣膜孔的離散尺寸需要更換噴注器，成本高?，F(xiàn)有火箭發(fā)動(dòng)機(jī)熱防護(hù)試驗(yàn)中，為了評(píng)價(jià)冷卻效果，必須測(cè)量燃燒室內(nèi)壁熱載荷，主要是內(nèi)壁溫度和熱流密度。在燃燒室冷卻試驗(yàn)中，燃燒室熱荷載除了沿軸向變化外，周向不均勻也很明顯，為了測(cè)量周向不均勻性，一般需要測(cè)量不同角度的值，從而得到二維熱載荷。然而，由于測(cè)量裝置結(jié)構(gòu)的限制，現(xiàn)有熱荷載測(cè)試試驗(yàn)通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)燃燒室在兩次試驗(yàn)中獲得二維熱載荷分布，一方面增加了試驗(yàn)成本，另一方面重復(fù)試驗(yàn)必然帶來(lái)一定的測(cè)量誤差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種氣膜冷卻結(jié)構(gòu)、液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)及其氣膜冷卻試驗(yàn)方法，以解決現(xiàn)有氣膜冷卻結(jié)構(gòu)在火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的熱防護(hù)試驗(yàn)中試驗(yàn)成本高，以及燃燒室熱荷載測(cè)試試驗(yàn)中出現(xiàn)重復(fù)試驗(yàn)帶來(lái)誤差的問(wèn)題。

本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明第一方面提供一種氣膜冷卻結(jié)構(gòu)，包括基體部和氣膜噴射部，所述基體部上設(shè)置有氣膜介質(zhì)入口，所述氣膜噴射部上設(shè)置有環(huán)形的氣膜集合器，所述氣膜集合器的圓周上設(shè)置有排氣孔，所述氣膜介質(zhì)入口與所述排氣孔連通，由所述氣膜介質(zhì)入口進(jìn)入的氣體通過(guò)所述排氣孔排出形成氣膜。

如上所述氣膜冷卻結(jié)構(gòu)，所述基體部和所述氣膜噴射部可拆卸連接，所述基體部與所述氣膜噴射部之間采用墊圈密封。

如上所述氣膜冷卻結(jié)構(gòu)，所述基體部與所述氣膜集合器之間具有中空腔體，所述氣膜介質(zhì)入口與所述中空腔體連通。

如上所述氣膜冷卻結(jié)構(gòu)，所述氣膜介質(zhì)入口包括多個(gè)，多個(gè)所述氣膜介質(zhì)入口均勻分布于所述基體上。

如上所述氣膜冷卻結(jié)構(gòu)，所述排氣孔為圓孔或者槽縫。

如上所述氣膜冷卻結(jié)構(gòu)，所述排氣孔沿圓周均勻分布，所述排氣孔的數(shù)量為6的倍數(shù)。

如上所述氣膜冷卻結(jié)構(gòu)，所述氣膜集合器在軸向上突出于所述氣膜噴射部的安裝面。