[發明專利]針栓噴注器、火箭發動機和液體火箭

有效

• 申請號: 202211186786.1
• 申請日: 2022-09-28
• 公開（公告）號: CN115263605B
• 公開（公告）日: 2023-03-03
• 發明（設計）人: 成浩;劉建設;程圣清;吳洋洲;錢云方;劉百奇;謝晨;單維佶
• 申請（專利權）人: 北京星河動力裝備科技有限公司;星河動力（北京）空間科技有限公司;安徽星河動力裝備科技有限公司;江蘇星河航天科技有限公司;星河動力（山東）航天科技有限公司
• 主分類號: F02K9/52
• 分類號: F02K9/52
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 周志斌

本發明提供一種針栓噴注器、火箭發動機和液體火箭。針栓噴注器包括：針栓內筒，有中心流道；針栓頭部，安裝于針栓內筒的端部，針栓頭部與針栓內筒限定出第一噴嘴，針栓頭部形成冷卻流道，且冷卻流道的一端連通中心流道，另一端形成冷卻出口；冷卻流道內安裝有冷卻裝置，冷卻裝置與冷卻出口限定出第二噴嘴，冷卻裝置與針栓頭部的外表面限定出噴射流道；第二噴嘴通過噴射流道向針栓頭部的外表面噴射，并在針栓頭部的外表面上形成冷卻用的液膜。本發明提出的針栓噴注器，推進劑可以在針栓頭部的外表面上形成液膜冷卻結構，實現了更好的冷卻和防護，避免針栓頭部的外表面受到高溫燒蝕，實現了低成本、高可靠性、高燃燒效率的設計。

技術領域

本發明涉及火箭技術領域，尤其涉及一種針栓噴注器、火箭發動機和液體火箭。

背景技術

相關技術中，針栓噴注器是一種二十世紀五十年代提出的，目前廣泛應用于液體火箭發動機的噴注器。通過本領域技術專家的多次試驗得到的數據和數值仿真結果可知，由于針栓噴注器獨特的結構形式，使得燃燒室內形成了兩個大回流區，其中，一個為上回流區且位于頂蓋的凹形穹頂附近，另一個為中心回流區且位于針栓頭端的中心區。一般來說，上回流區的溫度較低，因此常用的金屬材料不用額外冷卻也可以耐受，而由于中心回流區的溫度非常高，其邊區溫度沿推力室軸線方向也是逐漸升高的，因此針栓頭端的燒蝕問題普遍存在于針栓噴注器的熱試驗中。

現有的針栓噴注器通常采用以下幾種冷卻方式：一是通過精加工，將針栓頭端加工成“薄壁半圓形”結構；二是選用耐高溫合金進行“抗”熱或利用鋯銅等高熱導率材料將熱流導走；三是在針栓頭端打直流微孔噴射燃料使其互擊成霧扇阻隔熱燃氣；四是直接采用多孔材料制作針栓頭端，形成“發汗”冷卻面板。

但以上方法或者對加工精度、成本有較高要求，并且有些冷卻方式需要采用貴重的金屬材料，例如，對于第一種冷卻方式而言，由于大推力液體火箭發動機燃燒室壓力更高，從而對于結構強度要求更高，因此針栓頭端制造過程中難以實現“薄壁半圓形”結構；對于第二種冷卻方式而言，需要采用貴重的金屬材料，其成本更高；對于第三種冷卻方式而言，直流孔互擊冷卻的方式需要大于5%的燃料才能有效防護針栓頭端，這將會對燃燒裝置的效率有較大的影響。

發明內容

本發明提供一種針栓噴注器、火箭發動機和液體火箭，用以解決現有技術中針栓頭部易高溫燒蝕的缺陷，實現如下技術效果：實現了更好的冷卻和防護效果，解決了針栓頭部的外表面受到高溫燒蝕的問題。

根據本發明第一方面實施例的針栓噴注器，包括：

針栓內筒，內部形成有中心流道；

針栓頭部，安裝于所述針栓內筒的端部，所述針栓頭部與所述針栓內筒之間限定出連通所述中心流道的第一噴嘴，所述針栓頭部內形成有冷卻流道，且所述冷卻流道的一端連通所述中心流道，另一端形成冷卻出口；

所述冷卻流道內安裝有冷卻裝置，所述冷卻裝置與所述冷卻出口之間共同限定出環形的第二噴嘴，所述冷卻裝置與所述針栓頭部的外表面之間限定出環形的噴射流道，所述噴射流道的外周向外敞開并朝向所述針栓頭部的外表面，所述噴射流道的內周連通所述第二噴嘴；

所述第二噴嘴通過所述噴射流道向所述針栓頭部的外表面噴射，并在所述針栓頭部的外表面上形成冷卻用的液膜。

根據本發明的一個實施例，所述冷卻裝置包括主體部和濺射部，所述濺射部固定在所述主體部的末端，所述主體部安裝在所述冷卻流道內并與所述冷卻出口限定出所述第二噴嘴；

所述濺射部固定在所述主體部的末端，所述濺射部遮蓋所述第二噴嘴，且所述濺射部與所述針栓頭部的外表面共同限定出所述噴射流道，所述噴射流道沿所述針栓頭部的外表面朝向遠離所述主體部的方向延伸。

根據本發明的一個實施例，所述濺射部的朝向所述主體部的一側表面形成導流面，所述導流面的彎曲方向與所述針栓頭部的外表面的彎曲方向相同。