一种双旋流喷注器的制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种双旋流喷注器，包括顶盖、喷嘴、上底、中底、气体旋流器和喷注器腔体。喷注器腔体是一个“桶状”的空心圆柱体；喷注器顶盖和上底形成燃料腔，喷注器上底和中底之间形成气体氧化剂腔，喷注器中底和喷注器底座形成水腔；内喷嘴穿过上底、中底和喷注器腔体上的安装孔，并通过螺纹固定在上底上；空气旋流器通过螺纹安装于喷嘴上；水喷嘴为喷注器底座上圆周均布的水孔；本发明所提供的喷注器结构简单、成本低，具有雾化性能好、火焰稳定的特点。
【专利说明】—种双旋流喷注器
【技术领域】
[0001]本发明涉及液体火箭发动机和燃气发生器的喷注器，具体涉及液体火箭发动机和燃气发生器燃料喷注雾化。
【背景技术】
[0002]喷注器是将推进剂以适当的比例和状态喷入燃烧室，以产生高效、稳定的燃烧的装置。它是液体火箭发动机和燃气发生器的重要组成部分，是上述发动机设计中的核心。
[0003]目前液体火箭发动机广泛采用的喷注单元为撞击式和同轴式。《液体火箭发动机现代工程设计》(中国宇航出版社，2003)中对液体火箭发动机上的各种喷注单元形式进行了介绍。其中撞击式喷注单元引导一股射流撞击另一股或几股射流以使射流破碎雾化形成具有一定范围和尺寸分布的喷雾场。进一步地，射流可以为同种燃料也可以为不同燃料，可以都是气相或液相，也可以为不同相。将撞击式喷注单元构成的喷注器记为A类喷注器。A类喷注器由于射流中心线很难在理论撞击点上相交，使得喷雾扇的形状发生变化，雾化和混合不均匀，从而容易诱发燃烧不稳定。
[0004]航天飞机主发动机和其他氢/氧发动机喷注器则普遍采用同轴式喷注单元。同轴式喷注单元通常有一股缓慢流动的液体推进剂中心流和围绕它的气态推进剂的同心薄片流。中心流可以是氧化剂或燃料，相应的同心薄片流为另一种推进剂，氢/氧发动机的中心流通常为液态氧，同心薄片流为气态氢。将采用同轴式喷注单元的喷注器记为B类喷注器。B类喷注器中由于燃料和氧化剂之间存在高速的剪切作用使得推进剂的雾化和混合较好，但是对于推进剂均为液态或气态推进剂非常粘稠的情况不太合适。此时推进剂的雾化和混合性能严重变差，从而降低了发动机的点火性能和燃烧效率。
[0005]文献“燃气发生器点火与燃烧性能研究[D].长沙:国防科学技术大学，2008.”中介绍了一种采用同轴离心式喷注单元的燃气发生器喷注器，记为C类喷注器。与B类喷注器的喷注单元相比，C类喷注器喷注单元的液体中心流具有沿圆周切向的速度，因而气液作用更强，喷注器的雾化性能更好。但是对于煤油这类不易挥发的燃料，当氧化剂含氧量较低时，其雾化性能还不能满足燃气发生器可靠点火和高效燃烧的要求。
[0006]总的来看，目前已经用于或者可能用于液体火箭发动机或燃气发生器燃料喷注雾化的喷注器，对于不易挥发燃料的雾化性能还存在不足，并且均不具有稳定火焰的能力。
【发明内容】
[0007]本发明目的在于提供一种双旋流喷注器，以解决液体火箭发动机或燃气发生器采用不易挥发燃料(如煤油)和含氧量较低的氧化剂(如空气)时，喷注器雾化性能的不足以及该类燃气发生器点火与火焰稳定困难的问题。提高不易挥发燃料的喷注雾化性能，而且当采用含氧量较低的氧化剂时，产生一个低速的回流区来稳定火焰。
[0008]本发明一种双旋流喷注器，包括顶盖、离心式喷嘴、上底、中底、气体旋流器、喷注器腔体以及套筒；[0009]所述上底、中底分别与喷注器腔体连接为一体，喷注器顶盖与上底连接，顶盖与上底之间构成燃料腔，顶盖的上端有一液体推进剂入口 ；上底和中底之间构成气体氧化剂腔；喷注器腔体与中底之间为水腔；
[0010]所述套筒穿过中底和喷注器腔体，其两端分别焊接在中底和喷注器腔体的下底面进行固定密封，离心式喷嘴通过螺纹固定在上底上，离心式喷嘴依次穿过上底、和套筒；
[0011]所述气体旋流器通过其内壁的内螺纹与离心式喷嘴壳体上的外螺纹相互配合固定，气体旋流器与套筒之间形成了氧化剂气体的流动通道；
[0012]所述喷注器腔体上沿圆周均布的一组直通水喷孔，水经水入口进入水腔分配进入水喷孔并喷出喷注器；
[0013]所述离心式喷嘴为涡流器离心式喷嘴；
[0014]所述气体旋流器包含旋流叶片和与离心式喷嘴之间的安装螺纹。
[0015]进一步，所述离心式喷嘴由涡流器和喷嘴壳体组成；喷嘴壳体包含与上底之间的固定螺纹、气体旋流器的安装螺纹和与气体旋流器的切向密封槽。
[0016]进一步，所述离心式喷嘴为单个或多个；当燃料总质量流量大于400g/s时采用多喷嘴构型，否则采用单喷嘴；
[0017]若为多喷嘴构型，燃料总质量流量(kg/s)应当满足下式:
[0018]
【权利要求】
1.一种双旋流喷注器，包括顶盖(I)、离心式喷嘴(2)、上底(3)、中底(4)、气体旋流器(5)、喷注器腔体(6)以及套筒(7)； 所述上底(3)、中底(4)分别与喷注器腔体(6)连接为一体，喷注器顶盖(I)与上底(3)连接，顶盖(I)与上底(3)之间构成燃料腔，顶盖(I)的上端有一液体推进剂入口(10);上底⑶和中底⑷之间构成气体氧化剂腔；喷注器腔体(6)与中底⑷之间为水腔； 所述套筒(7)穿过中底⑷和喷注器腔体(6)，其两端分别焊接在中底(4)和喷注器腔体(6)的下底面进行固定密封，离心式喷嘴(2)通过螺纹固定在上底(3)上，离心式喷嘴(2)依次穿过上底(3)、和套筒(7)； 所述气体旋流器(5)通过其内壁的内螺纹(52)与离心式喷嘴(2)壳体上的外螺纹(221)相互配合固定，气体旋流器与套筒(7)之间形成了氧化剂气体的流动通道； 所述喷注器腔体(6)上沿圆周均布的一组直通水喷孔(61)，水经水入口(9)进入水腔分配进入水喷孔(61)并喷出喷注器； 所述离心式喷嘴(2)为涡流器离心式喷嘴； 所述气体旋流器(5)包含旋流叶片(51)和与离心式喷嘴(2)之间的安装螺纹(52)。
2.如权利要求1所述的一种双旋流喷注器，其特征在于所述离心式喷嘴(2)由涡流器(21)和喷嘴壳体(22)组成；喷嘴壳体(22)包含与上底(3)之间的固定螺纹(223)、气体旋流器(5)的安装螺纹(221)和与气体旋流器(5)的切向密封槽(222)。
3.如权利要求1、2所述的一种双旋流喷注器，其特征在于所述离心式喷嘴(2)为单个或多个；当燃料总质量流量大于400g/s时采用多喷嘴构型，否则采用单喷嘴； 若为多喷嘴构型，燃料总质量流量(kg/s)应当满足下式:
4.如权利要求1、2所述的一种双旋流喷注器，其特征在于所述离心式喷嘴(2)为切向孔离心式喷嘴或涡流器离心式喷嘴。
5.如权利要求1所述的一种双旋流喷注器，其特征在于所述气体旋流器的叶片数η要满足
6.如权利要求1所述的一种双旋流喷注器，其特征在于所述水喷孔(61)的直径Cl1由以下公式确定:
7.如权利要求6所述的一种双旋流喷注器，其特征在于所述水喷孔(61)的直径Cl1< Imm0
【文档编号】F02K9/52GK103867340SQ201210570009
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2012年12月12日 优先权日:2012年12月12日
【发明者】康忠涛, 张新桥, 李清廉, 成鹏, 张建强 申请人:中国人民解放军国防科学技术大学