[發明專利]一種火箭發動機用渦輪進口管結構

有效

• 申請號: 201810972378.6
• 申請日: 2018-08-24
• 公開（公告）號: CN109098857B
• 公開（公告）日: 2019-08-20
• 發明（設計）人: 毛凱;王曉鋒;于晴;李惠敏;宣統;李向陽;李春樂
• 申請（專利權）人: 西安航天動力研究所
• 主分類號: F02C7/04
• 分類號: F02C7/04
• 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

本發明屬于液體火箭發動機渦輪泵領域，具體涉及一種火箭發動機渦輪進口管結構，目的在于保證渦輪靜子入口氣流均勻的同時解決發動機渦輪泵軸向尺寸較大的問題。該渦輪進口管結構包括導流體、進口管外殼和渦輪靜子，進口管外殼為回轉體結構，包括擴張段以及與擴張段大端連接的水平段；導流體包括內殼和外殼，內殼為空心錐形結構，外殼為空心圓臺形結構，外殼與內殼同軸設置，內殼外壁與外殼內壁形成一個過流面積逐漸收縮的通道，外殼與內殼通過設在二者之間的多個支板連接在一起；導流體設在進口管外殼內，其中外殼的小端與進口管外殼擴張段小端固連在一起，內殼的大端與進口管外殼擴張段大端通過設在二者之間的渦輪靜子固連在一起。

技術領域

本發明屬于液體火箭發動機渦輪泵領域，具體涉及一種火箭發動機用渦輪進口管結構。

背景技術

火箭發動機渦輪入口燃氣由氧化劑和燃料在發生器中燃燒獲得，具有溫度高、壓力高的特點。發生器一般采用多個噴嘴組織燃燒，出口剖面氣流溫度存在較大差異，正對噴嘴核心區的氣流溫度高，兩個噴嘴中間溫度低。有時噴嘴核心區氣流溫度非常高，燃氣未充分混合的情況下可能已超過渦輪靜子承受范圍，導致渦輪靜子燒蝕。此外，渦輪入口燃氣不均勻會導致渦輪性能低。

針對此問題，發動機設計時常用的一種方式為采用直筒形式進氣結構。但為了保證氣流均勻，需在發生器和渦輪靜子入口設置較長的過渡管道，導致該類型發動機渦輪泵軸向尺寸較大。

發明內容

本發明的目的在于在保證渦輪靜子入口氣流均勻的同時，解決發動機渦輪泵存在軸向尺寸較大的技術問題，而提供一種火箭發動機用渦輪進口管結構。

本發明的基本構思是：通過在進口管內部設置形狀較復雜的導流體零件，合理選擇導流體內殼和外殼與軸線的夾角，以控制通道面積的變化規律，保證較低的流動損失。在此前提下，導流體內殼錐型面促使發生器出口氣流沿徑向產生強烈摻混效應，從而在較短的軸向長度內降低了燃氣的不均程度，改善渦輪進氣條件，提高渦輪效率。

為了完成上述目的，本發明的具體技術解決方案是：一種火箭發動機用渦輪進口管結構，其特殊之處在于：包括導流體、進口管外殼和渦輪靜子；

所述進口管外殼為回轉體結構，包括進口管外殼擴張段和與進口管外殼擴張段大端相連的進口管外殼水平段；

所述導流體包括內殼和外殼，所述內殼為空心錐形結構，包括內殼擴張段和內殼擴張段大端相連的內殼水平段，外殼為空心圓臺形結構，所述外殼與內殼同軸設置，內殼外壁與外殼內壁之間形成一個過流面積逐漸收縮的通道，外殼與內殼通過設在二者之間的多個支板連接在一起；

導流體設在進口管外殼內，其中外殼的小端與進口管外殼擴張段小端固連在一起，內殼與進口管外殼通過設在內殼水平段與進口管外殼水平段之間的渦輪靜子固定連接在一起。

進一步地，為控制速度場的均勻分布，進一步減少損失，所述內殼殼體壁與軸線方向的夾角α₁為40°-50°，外殼殼體壁與軸線方向的夾角α₂為15°-25°。

進一步地，為了避免進口管外殼在工作時承載變形后與導流體發生干涉，所述進口管外殼擴張段內壁與外殼的外壁平行并且留有間隙。

進一步地，為了使得發動機工作時進口管外殼與外殼間隙中的氣流順利流動，靠近外殼小端的殼體壁上開設有幾個沿其周向分布的通孔。

進一步地，為了增加內殼的剛度，減小變形，所述內殼的大端加厚并且設有向內殼軸心延伸的凸臺，內殼內壁與所述凸臺采用圓弧過渡連接。

進一步地，所述支板貫穿內殼，由內殼小端延伸至大端與所述凸臺相連。

進一步地，所述內殼內壁與凸臺的過渡部位沿周向均布設置有多個加強筋。

進一步地，所述加強筋的數量與支板的數量相同，各加強筋分別設在相鄰兩個支板之間圓弧過渡段的中間位置。