一种具有支撑和导流作用的喷嘴结构的制作方法

本实用新型涉及一种具有支撑和导流作用的喷嘴结构，属于燃烧技术领域。

背景技术：

双组元液体火箭发动机喷注器一般具有三底两腔结构，三底指一底、二底、三底，两腔是指一底与二底构成燃料腔，二底和三底构成氧腔。二底把燃料腔和氧腔分开，喷注器上安装多个按一定规律排列的喷嘴。

喷嘴是一种雾化装置，它的作用是将推进剂按一定混合比喷入燃烧室完成喷注、雾化、混合的重要元件。喷嘴的设计质量和加工精度对燃烧效率和燃烧稳定性及寿命有极大的影响。目前，在液体火箭发动机领域，常用的是双组元同轴直流式喷嘴，即气液或液液，主要由液氧喷嘴和燃料喷嘴组成，一般液氧喷嘴在内，燃料喷嘴在外，液氧与燃料通过较高的喷注速度差产生剪切作用使液氧和燃料雾化、混合，并组织高效的燃烧。

氧喷嘴和燃料喷嘴之间以及氧喷嘴与二底、燃料喷嘴与一底的连接一般是通过钎焊完成。目前存在的问题是：喷注器在钎焊完成后，氧喷嘴与燃料喷嘴之间的环形间隙不均匀，局部环形间隙明显小于设计值，造成局部混合比偏高，极大地缩短了燃烧室的内壁寿命。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，解决喷注器钎焊后喷嘴环形间隙减小以及不均匀问题，提供一种可以在有限的距离内既能控制喷嘴环形间隙又使喷嘴出口流量均匀的喷嘴结构。

本实用新型目的通过以下技术方案予以实现：

一种具有支撑和导流作用的喷嘴结构，所述喷嘴结构为阶梯状圆柱体，喷嘴结构内部设有阶梯状通孔；所述喷嘴结构外半径较小的部分作为悬臂；所述悬臂的外表面设有流线型的支撑肋；所述喷嘴结构内部阶梯状通孔靠近支撑肋的一端作为出口端；另一端作为进口端。

上述具有支撑和导流作用的喷嘴结构，所述流线型的支撑肋是横截面为水滴状的柱体，或，横截面为椭圆的柱体，或，横截面是两端为圆弧中间为梯形的柱体。

上述具有支撑和导流作用的喷嘴结构，所述悬臂的外表面至少设有3个支撑肋，所述支撑肋在悬臂的外表面沿悬臂周向均布。

上述具有支撑和导流作用的喷嘴结构，所述支撑肋与出口端的最小距离为悬臂总长度的1/3～2/3。

上述具有支撑和导流作用的喷嘴结构，所述水滴状的横截面由4个相切的圆弧组成。

上述具有支撑和导流作用的喷嘴结构，所述两端为圆弧中间为梯形的横截面由2个圆弧和两条直线组成。

上述具有支撑和导流作用的喷嘴结构，所述4个相切的圆弧，其中沿喷嘴结构轴向方向的两个圆弧半径相等。

上述具有支撑和导流作用的喷嘴结构，所述4个相切的圆弧，靠近喷嘴结构的进口端的圆弧半径大于靠近喷嘴结构的出口端的圆弧半径。

上述具有支撑和导流作用的喷嘴结构，所述2个圆弧，靠近喷嘴结构的进口端的圆弧半径大于靠近喷嘴结构的出口端的圆弧半径。

上述具有支撑和导流作用的喷嘴结构，所述4个相切的圆弧，靠近喷嘴结构的进口端的圆弧半径，与，靠近喷嘴结构的出口端的圆弧半径的比值为2～10。

上述具有支撑和导流作用的喷嘴结构，所述2个圆弧，靠近喷嘴结构的进口端的圆弧半径，与，靠近喷嘴结构的出口端的圆弧半径的比值为2～10。

上述具有支撑和导流作用的喷嘴结构，所述4个相切的圆弧，沿喷嘴结构轴向方向的圆弧半径，与，靠近喷嘴结构的进口端的圆弧半径的比值为4～10。

上述具有支撑和导流作用的喷嘴结构，所述支撑肋的高度与外部燃料喷嘴结构的内径相匹配。

上述具有支撑和导流作用的喷嘴结构，喷嘴结构采用1Cr18Ni9Ti材料，一体成型。

上述具有支撑和导流作用的喷嘴结构，所述进口端的半径小于喷嘴结构的出口端的半径。

本实用新型相比于现有技术具有如下有益效果：

(1)本实用新型的支撑肋结构，用于喷嘴结构与外部燃料喷嘴结构的间隙配合，解决了喷注器钎焊后喷嘴环形间隙减小及不均匀问题；

(2)本实用新型的支撑肋采用流线形设计，保持喷嘴出口流量均匀性不变；

(3)本实用新型的喷嘴结构可以适应高温、高压及振动环境恶劣的极端环境，工作可靠，达到多次重复使用的目的；

(4)本实用新型的喷嘴结构为一体成型，采用成熟材料，成本低；

(5)本实用新型的支撑肋结构能解决燃烧装置的身部烧蚀或热线问题，提高燃烧装置的可靠性和耐用性。

附图说明

图1为本实用新型喷嘴结构A-A向的剖视图；

图2为本实用新型喷嘴结构的示意图；

图3为本实用新型喷嘴结构P向支撑肋的第一实施例的剖面示意图；

图4为本实用新型喷嘴结构P向支撑肋的第二实施例的剖面示意图；

图5为本实用新型喷嘴结构P向支撑肋的第三实施例的剖面示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的实施方式作进一步详细描述。

本实用新型的喷嘴结构能够作为液氧喷嘴使用，设计成具有支撑肋4结构。在燃烧装置中使用时，液氧喷嘴和燃料喷嘴配合使用。燃料喷嘴套在本实用新型的喷嘴结构的悬臂1上。本实用新型从结构设计上保证了喷嘴环形间隙均匀，为减小流阻，在有限的距离内使喷嘴出口处燃料流量分布均匀，保证喷嘴出口燃料流量分布均匀，为燃烧室内壁创造良好的温度环境。

支撑肋4越靠近上游，对喷嘴出口处扰动越小，喷嘴出口的流量越均匀，但对喷嘴出口的环形间隙控制越不利；反之，支撑肋4越靠近下游，控制喷嘴出口的的环形间隙越有利，对出口流量均匀性越不利。

同时为使喷嘴出口流量分布更均匀，沿流体流动方向，支撑肋4下游的圆弧半径应小于上游的圆弧半径。通过调整支撑肋4的位置及水滴形状的圆弧半径，实现喷嘴出口处的流量分布均匀性和环形间隙的最优匹配。支撑肋4外表面为弧形，可以实现与外喷嘴内表面的良好接触。更有效的控制环形间隙均匀。通过调整支撑肋4的高度调整图1中的L，实现满足设计要求的最小环形间隙；支撑肋4的高度与外部燃料喷嘴结构的内径相匹配。

本实用新型具有支撑和导流作用的喷嘴结构，如图2所示，喷嘴结构为阶梯状圆柱体，喷嘴结构的内部设有阶梯状通孔，通孔靠近支撑肋4的一端作为出口端3；另一端作为进口端2。进口端2的半径小于喷嘴结构的出口端3的半径，液氧由进口端2流入，由出口端3流出。

所述喷嘴结构外半径较小的部分作为悬臂1；所述悬臂1的外表面设有流线型的支撑肋4；所述流线型的支撑肋4是横截面为水滴状的柱体，或，横截面为椭圆的柱体，或，横截面是两端为圆弧中间为梯形的柱体；支撑肋4与出口端3的最小距离为悬臂1总长度的1/3～2/3。悬臂1的总长度为8mm～20mm；喷嘴结构的总长度为25mm～80mm。

本实用新型实施例中，悬臂1的外表面至少设有3个支撑肋4，所述支撑肋4在悬臂1的外表面沿悬臂1周向均布。如图1所示，采用至少3个支撑肋4，一方面便于喷嘴结构与外部燃料喷嘴结构的间隙配合，另一方面在喷注器钎焊后喷嘴环形间隙发生变形时，各个支撑肋4的受力更为均匀。

第一实施例，如图3所示。流线型的支撑肋4是横截面为水滴状的柱体，水滴状的柱体的横截面由4个相切的圆弧组成，4个相切的圆弧中，中沿喷嘴结构轴向方向的两个圆弧半径相等。横截面内的4个圆弧中，相邻的两个相切，以构成一个连续的曲线。靠近喷嘴结构的进口端2的圆弧半径大于靠近喷嘴结构的出口端3的圆弧半径。第一实施例中靠近喷嘴结构的进口端2的圆弧半径，与，靠近喷嘴结构的出口端3的圆弧半径的比值为2～10。沿喷嘴结构轴向方向的圆弧半径，与，靠近喷嘴结构的进口端2的圆弧半径的比值为4～10。R1的圆心位于悬臂1长度的1/2位置；R1与R3的比值为5，R1半径为1mm，R2半径为5mm，R3半径为0.2mm。悬臂1的总长度为10mm；喷嘴结构的总长度为25mm。

第二实施例，如图4所示。流线型的支撑肋4是横截面为椭圆柱体，是一种形状相对简洁的流线型的支撑肋4。

第三实施例，如图5所示。流线型的支撑肋4横截面是两端为圆弧中间为梯形的柱体；即由2个圆弧和两条直线组成，与第二实施例的形状相近，也构成一种流线型的支撑肋4。靠近喷嘴结构的进口端2的圆弧半径大于靠近喷嘴结构的出口端3的圆弧半径。第三实施例中靠近喷嘴结构的进口端2的圆弧半径，与，靠近喷嘴结构的出口端3的圆弧半径的比值为2～10。第三实施例中，靠近喷嘴结构的进口端2的圆弧半径为1mm，靠近喷嘴结构的出口端3的圆弧半径为0.2mm。悬臂1的总长度为15mm；喷嘴结构的总长度为40mm。

上述三个实施例的共同特点是两端均为圆弧形，便于减小液氧在流动过程中遇到支撑肋4后的阻力，同时降低支撑肋4对液氧流动的干扰，确保出口流量均匀性。

本实用新型具有导流和支撑作用的喷嘴结构采用1Cr18Ni9Ti材料，一体成型，结构强度更高、更耐用。

本实用新型已经过大量生产验证，喷注器钎焊完成后喷嘴环形间隙均匀，最小环形间隙接近设计值。并且此实用新型已通过了热试车考核，试验燃烧室温度高达约1000K，压力约8MPa，振动量级在1000m/s²左右。试验结果证明喷嘴装置工作安全可靠，流量系数稳定，燃烧效率高，燃烧室身部内壁无热线、烧蚀等现象。本设计实用新型已成功推广至某液氧甲烷火箭发动机预研项目研究工作中，此外，本专利技术成果还可以用于同轴离心式喷嘴，也可推广应用于石油化工、炼油等民用多种领域，有较好的借鉴推广作用。

本实用新型说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。