[發明專利]一種燃氣發生器

在審

• 申請號: 202210013192.4
• 申請日: 2022-01-06
• 公開（公告）號: CN114320665A
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 宋佳文;劉俊;羅世彬;許德泉;馮彥斌
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: F02K9/62
• 分類號: F02K9/62;F02K9/60;F02K9/95;F02K9/52;F02K9/64
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 薛晨光

本發明公開了一種燃氣發生器，包括燃燒室頭部、與燃燒室頭部連接的燃燒室身部以及設置于燃燒室上的火花塞，燃燒室頭部包括噴注器、設置于噴注器外周的燃料集液環、設置于噴注器上面的液氧集液腔，液氧集液腔上設有液氧入口管接頭，燃料集液環上設有燃料入口管接頭，噴注器包括多個同軸噴注單元，同軸噴注單元包括位于中心液氧流道和外環燃料流道，中心液氧流道與液氧集液腔連通，外環燃料流道與燃料集液環連通，中心液氧流道的末端液氧噴嘴和外環燃料流道的末端燃料噴嘴均與燃燒室身部連通。該燃氣發生器中心區混合比接近當量混合比，可促進燃燒，提高點火成功率；邊區混合比遠離當量混合比，限制燃氣溫度不至于太高，可延長工作時間。

技術領域

本發明涉及燃氣發生器領域，特別是涉及一種燃氣發生器。

背景技術

液體火箭發動機(Liquid Rocket Engine，LRE)技術成熟度和繼承性高，研制風險和成本低，為可重復使用火箭的首選推進方案，其中液氧甲烷發動機的可重復使用性最佳，近年來各國航天研究機構開始將重心轉移到液氧甲烷發動機。甲烷在自然界儲量豐富，是天然氣，可燃冰等的主要成分，價格遠低于煤油和液氫。作為火箭發動機推進劑，甲烷性能優良。甲烷推進劑無毒無污染，屬于綠色推進劑，使用維護方便。作為摩爾質量最輕的碳氫燃料，甲烷的燃燒性能優異，低積碳、冷卻不結焦、材料相容性好。因此液氧甲烷發動機的潛在壽命比傳統發動機更長。

現有大推力液體火箭發動機均為泵壓式方案，通過渦輪驅動泵輸送推進劑，驅動渦輪的工質由燃氣發生器提供。燃氣發生器是產生高溫燃氣的裝置，它由噴注器、燃燒室、噴管和點火裝置組成。燃氣發生器通常使用與主燃燒室相同的推進劑，但是它的工作特點與主燃燒室不盡相同。為了確保渦輪葉片溫度不超過材料的許用極限，燃氣發生器的燃氣溫度相比主燃燒室偏低；推進劑混合比偏離化學當量混合比，推進劑流量與發動機總流量的占比非常小。為保證可靠點火，推進劑在中心區集中燃燒。

燃氣發生器的設計需要呈現出與傳統設計不同的狀態，才能滿足液氧甲烷發動機高效率、高可靠性以及可重復使用的要求。由于液氧甲烷發動機采用雙低溫推進劑，再加上混合比偏置，燃氣發生器的可靠點火異常困難。燃氣發生器的燃氣溫度超過1000℃，如果不采取熱防護措施，不超過10s內壁溫度即超過金屬材料的許用極限。主燃燒室通常采用再生冷卻技術進行有效熱防護，噴注器通常不采取任何熱防護措施。

但是，現有燃氣發生器的設計和加工基于一次性使用的液體火箭發動機燃燒室，沒有考慮模塊化、互換性和維修性，各部件主要通過焊接方式連接，拆裝麻煩，某個部件出現故障時整體將失去基本功能，不適用地面試驗時測試不同結構的功能，成本較高。

采用雙低溫推進劑的燃氣發生器可靠點火異常困難，現有燃氣發生器的點火器安裝在頭部，通過長細管將點火高溫燃氣引入燃燒室，并且流經頭部的低溫燃料腔，行程較長，使燃氣溫度損失較大，經常造成燃氣發生器點火失敗。

已有燃氣發生器方案采用輻射冷卻和再生冷卻，噴注器無任何熱防護措施，僅能對燃燒室身部進行熱防護，容易造成噴注器過熱甚至燒毀，限制了燃氣發生器的使用次數，也限制了燃氣發生器產生的燃氣溫度，不能超過 1000℃。

綜上所述，如何有效地解決燃氣發生器可靠點火與有效熱防護等問題，是目前本領域技術人員急需解決的問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種燃氣發生器，該燃氣發生器可提高點火成功率和防熱有效性。

為解決上述技術問題，本發明提供如下技術方案：

一種燃氣發生器，包括燃燒室頭部、與所述燃燒室頭部連接的燃燒室身部以及設置于燃燒室上的火花塞，

所述燃燒室頭部包括噴注器、設置于所述噴注器外周的燃料集液環、設置于所述噴注器上面的液氧集液腔，所述液氧集液腔上設有液氧入口管接頭，所述燃料集液環上設有燃料入口管接頭，