真空射流保护罩的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种真空射流保护罩，其能够约束航天器在轨液体排放羽流角小于100°的保护罩。通过圆弧过渡，使液体射流连续进入锥形真空区，45°锥角能避免射流与锥形壁面之间出现间隙形成湍流扰动，且50mm的闪蒸长度能够确保液体充分闪蒸，避免了液体流出保护罩之后而二次闪蒸，有效约束真空射流羽流角；同时，保护罩内表面的光滑处理和唇口的锐利处理，能避免闪蒸冰粒的附着，保持保护罩完整的型面，有效约束真空射流羽流角。
【专利说明】真空射流保护罩
【技术领域】
[0001]本发明涉及金属保护罩，具体地，涉及一种能够有效约束液体真空射流羽流角的金属保护罩。
【背景技术】
[0002]我国航天器在轨排放要求液体出流羽流角小于100°，以保护排放口附近的航天器壁面及仪器。国内外约束羽流角常用的措施有:改变液体初始温度、改变液体出流速度以及改变管径等。这些措施虽然在一定程度上能改善出流羽流角，但对于排放中后期管口不可避免出现的结冰现象，这些措施却无能为力，因为结冰会改变管口及管路型面，导致出流方向不可控不规则，无法满足我国航天器小于100°的要求。
【发明内容】
[0003]针对现有技术中的缺陷，为了解决现有约束羽流角措施无法满足我国航天器在轨排放要求的问题，本发明提供一种锥形真空射流保护罩，该保护罩能确保在排放的全过程中羽流角均小于100°度，且在保护罩外缘不会有羽流角度扩大和回流现象。
[0004]根据本发明提供的一种真空射流保护罩，包括锥形保护罩，所述锥形保护罩由直管、锥段构成，直管到锥段光滑圆弧过渡，锥形保护罩内表面光滑，锥形保护罩的唇口切割保持锐利。
[0005]优选地，
[0006]锥形保护罩的半锥角为45度；
[0007]锥形保护罩锥段长度为50mm ；
[0008]直管到锥段的内倒角直径为直管管径的1/3 ；
[0009]直管到锥段的外倒角直径为直管管径的2/3。
[0010]优选地，锥形保护罩内表面粗糙度为1.6。
[0011]优选地，锥形保护罩的唇口外缘切面与锥形保护罩的轴线平行。
[0012]与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果:
[0013]本发明能够在外加少量结构的基础上给航天器排放口附近的外表面和仪器提供切实安全的保护，保证航天器的正常寿命。通过圆弧过渡，使液体射流连续进入锥形真空区，45°锥角能避免射流与锥形壁面之间出现间隙形成湍流扰动，且50mm的闪蒸长度能够确保液体充分闪蒸，避免了液体流出保护罩之后而二次闪蒸，有效约束真空射流羽流角；同时，保护罩内表面的光滑处理和唇口的锐利处理，能避免闪蒸冰粒的附着，保持保护罩完整的型面，有效约束真空射流羽流角。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
[0015]图1为本发明的原理图。
[0016]图中:
[0017]I—直管；
[0018]2—锥段；
[0019]3—唇口。
【具体实施方式】
[0020]下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
[0021]本发明解决航天器在轨排放羽流角小于100°的方案是:采用圆弧过渡的45°锥形保护罩，保护罩内表面光滑，唇口锐利。圆弧过渡能保证液体连续渐变的进入保护罩内部区域，在进入保护罩内部的真空区域后，液体因接触真空环境剧烈闪蒸汽化，由于液体为连续渐变的进入锥形保护罩，在液体汽化时，液体与保护罩壁面间不会出现湍流间隙来扰乱射流出流，同时因45°锥角空间能满足液体真空相变所需的体积空间，使得液体流出保护罩时不会因为相变不充分而二次膨胀形成更大的羽流锥角。保护罩内表面光滑处理和唇口锐利处理均能防止液体真空闪蒸时的冰粒附着，保持保护罩的完整型面，有效地约束真空射流羽流角。
[0022]具体地，在图1中，真空射流保护罩包括锥形保护罩，锥形保护罩的半锥角为45度，直管到锥段的内倒角直径为管径的1/3，直管到锥段的外倒角直径为管径的2/3，锥段长度为50mm，保护罩内表面粗糙度为1.6，锥段唇口外缘切面与真空射流保护罩的轴线平行，唇口外缘保持锐利。
[0023]关于本发明所采用的设计参数，应该注意的是:
[0024](I)锥形保护罩的半锥角为45度
[0025]本发明半锥角45度的确立是在分析液体真空射流特性，因过热出现超音速膨胀流，以锥形保护罩锥顶为膨胀点源沿径向和轴向膨胀流出，因膨胀后的气液混合流超音速，液体初始速度的影响和忽略不计，由此，膨胀流的合速度即为与轴向呈45度指向下游，保护罩的角度即应当与混合流同向，过大或过小以及非锥形都会影响保护罩的保护效果。
[0026](2)锥形保护罩锥段长度为50mm
[0027]理论上锥形保护罩长度越长保护效果越好，基于最有效原则，选取不同长度保护罩仿真计算，对比分析表明50mm长度时，混合流膨胀充分，不会形成二次点源膨胀，保护效果最好，在仿真基础上试验验证表明50mm长度保护效果最好。
[0028](3)锥形保护罩内表面粗糙度为1.6
[0029]射流因剧烈相变结冰时，管壁的微突起和微凹陷为温度梯度最大处，该处最易结冰，而管壁的微突起和微凹陷即为粗糙度的微观表现，粗糙度越高则突起凹陷越小，越不易结冰，理论上绝对光滑壁面最有效，但考虑现行工业加工能力，故给出较高的粗糙度1.6。
[0030](4)直管到锥段的内倒角直径为直管管径的1/3，直管到锥段的外倒角直径为直管管径的2/3
[0031]外倒角为保证刚度的条件下方便加工，内倒角为仿真计算得湍流损耗最小的倒角。
[0032]以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
【权利要求】
1.一种真空射流保护罩，其特征在于，包括锥形保护罩，所述锥形保护罩由直管、锥段构成，直管到锥段光滑圆弧过渡，锥形保护罩内表面光滑，锥形保护罩的唇口切割保持锐利。
2.根据权利要求1所述的真空射流保护罩，其特征在于， 锥形保护罩的半锥角为45度； 锥形保护罩锥段长度为50mm ； 直管到锥段的内倒角直径为直管管径的1/3 ； 直管到锥段的外倒角直径为直管管径的2/3。
3.根据权利要求1所述的真空射流保护罩，其特征在于，锥形保护罩内表面粗糙度为1.6。
4.根据权利要求1所述的真空射流保护罩，其特征在于，锥形保护罩的唇口外缘切面与锥形保护罩的轴线平行。
【文档编号】F02K9/52GK104405532SQ201410588508
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年10月28日 优先权日:2014年10月28日
【发明者】康亮杰, 江铭伟, 郑东晓, 肖开阳, 谌忠庭, 赵杨, 陈开莹 申请人:上海空间推进研究所