本发明涉及液体火箭发动机技术领域，尤其是涉及一种混合喷注器及小型液体火箭发动机。
背景技术：
小型液体火箭发动机在很多航天器控制方面扮演着极其重要的角色，它可以为卫星和宇宙飞船的变轨、交会对接以及姿态控制等提供动力，还可以用于主发动机的启动保证系统以及飞行器软着陆系统等，发展小型液体火箭发动机是目前航天动力控制研究领域的一个重要方向。
喷注器是液体火箭发动机极其重要的组成部分，直接关系到推进剂的喷注、雾化以及混合，从而影响发动机的燃烧稳定性以及燃烧效率。由于小型液体火箭发动机推进剂流量较小，头部尺寸小，喷嘴数量也会受到限制，因此要保证推进剂组元混合良好且燃烧完全具有很大困难，这对喷注器的设计提出了极大的挑战性。REA20-4发动机采用了由多根毛细管组成的喷注器，可以保证推进剂喷射速度低且均匀分布；R-1E-3发动机采用了氧化剂与燃料互击的双组元互击式喷嘴；RS-2101C发动机采用了双组元互击直流式喷嘴，喷嘴沿同一圆周排列。然而以上几种方案的喷注器结构均较为复杂，对于小型液体火箭发动机通用性较差。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种混合喷注器及小型液体火箭发动机，以解决现有技术中喷注器结构均较为复杂，对于小型液体火箭发动机通用性较差的技术问题。
本发明提供了一种混合喷注器，包括壳体、盖板和芯体；
所述壳体内设置有氧化剂腔和燃料腔，所述氧化剂腔环绕所述燃料腔设置；所述盖板盖设于所述壳体上端面上，用于使所述氧化剂腔密封；所述氧化剂腔用于盛装氧化剂，所述燃料腔用于盛装燃料；所述芯体设置于所述燃料腔内，用于使所述燃料腔内的燃料进行旋流离心喷注。
进一步地，所述芯体包括顺次连接的安装部、连接部、导流部和旋流部；所述安装部为圆凸台状结构；所述连接部的外壁上设置有半螺纹，所述连接部的两端为锥形收缩式结构；所述导流部为柱状结构；所述旋流部为锥台状结构，且所述旋流部上设置有旋流槽。
进一步地，所述旋流槽的数量为三个，三个所述旋流槽均匀分布于所述旋流部上，且所述旋流槽的型面为曲面。
进一步地，所述旋流部的椎顶角为45°-60°。
进一步地，所述燃料腔呈柱状；所述燃料腔的一端设置有燃料入口，且所述燃料入口处设置有凸台，所述凸台用于连接燃料接管嘴；所述燃料腔内壁设置有内螺纹，所述内螺纹与所述芯体连接部的半螺纹相适配；所述燃料腔的另一端设置有燃料喷嘴，且所述燃料喷嘴处设置有锥台式收缩口，所述锥台式收缩口与所述芯体的旋流部相匹配。
进一步地，所述氧化剂腔呈环状，所述氧化剂腔的侧部开设有氧化剂入口，所述氧化剂腔底部均匀开设有多个氧化剂喷嘴。
进一步地，所述壳体内还设置有点火器孔，所述点火器孔用于安装点火器，且所述点火器孔与各个所述氧化剂喷嘴的中心位于同一圆周上。
进一步地，所述壳体底部边缘设置有密封凸台，用于与燃烧室密封连接。
进一步地，所述壳体上设置有多个螺栓定位孔，用于对所述混合喷注器进行轴向定位。
本发明还提供了一种小型液体火箭发动机，包括上述任一技术方案所述的混合喷注器。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提供的混合喷注器包括壳体、盖板和芯体；壳体内设置有氧化剂腔和燃料腔，氧化剂腔用于盛装氧化剂，燃料腔用于盛装燃料；氧化剂腔为环状，且氧化剂腔环绕燃料腔设置。优选地，燃料腔和氧化剂腔采用同轴式布置，燃料腔位于氧化剂腔中心。盖板盖设于壳体上端面上并与壳体相焊接，且盖板的形状为环状，其与氧化剂腔的相适配，用于使氧化剂腔密封；芯体设置于燃料腔内，芯体能够使燃料腔内的燃料进行旋流离心喷注。壳体的下端面为面板，面板上对应燃料腔处开设有燃料喷嘴，燃料腔内经芯体旋流离心的燃料通过燃料喷嘴喷出。面板上对应氧化剂腔处开设有氧化剂喷嘴，氧化剂喷嘴为直流式氧喷嘴，氧化剂腔内的氧化剂能够通过氧化剂喷嘴喷出。本发明的混合喷注器通过增加燃料喷嘴芯体结构实现燃料离心式喷注，与直流式氧喷嘴组成混合喷注方式，雾化效果好，燃烧效率较高。
本发明的混合喷注器结构紧凑，适用性较强，可以作为大部分小型液体火箭发动机的喷注装置，且工作压力范围较宽，在一定范围内调节推进剂流量，均可以稳定可靠工作。
本发明还提供了一种小型液体火箭发动机，包括所述的混合喷注器。由于所述小型液体火箭发动机包括所述混合喷注器，因而所述小型液体火箭发动机也具有燃料和氧化剂能够实现稳定可靠的喷注，并达到较好的雾化效果，燃烧效率高的有益效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的混合喷注器的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的混合喷注器的另一结构示意图；
图3为本发明实施例提供的混合喷注器的俯视结构示意图；
图4为本发明实施例提供的混合喷注器的剖视结构示意图；
图5为本发明实施例提供的混合喷注器的芯体装配后的剖视结构示意图；
图6为本发明实施例提供的芯体的具体结构示意图；
图7为本发明实施例提供的混合喷注器的底部结构示意图。
附图标记：
1-壳体，11-点火器孔，12-密封凸台，13-螺栓定位孔，14-面板，2-盖板，3-芯体，31-安装部，32-连接部，33-导流部，34-旋流部，341-旋流槽，4-氧化剂腔，41-氧化剂入口，42-氧化剂喷嘴，43-氧化剂供应系统的接管嘴，5-燃料腔，51-燃料入口，52-燃料喷嘴，53-燃料供应系统的接管嘴。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
通常在此处附图中描述和显示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。
基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面参照图1至图7描述根据本发明一些实施例的混合喷注器及小型液体火箭发动机。
本发明提供了一种混合喷注器，如图1至图5所示，包括壳体1、盖板2和芯体3；壳体1内设置有氧化剂腔4和燃料腔5，氧化剂腔4环绕燃料腔5设置；盖板2盖设于壳体1上端面上，用于使氧化剂腔4密封；氧化剂腔4用于盛装氧化剂，燃料腔5用于盛装燃料；芯体3设置于燃料腔5内，用于使燃料腔5内的燃料进行旋流离心喷注。
本发明提供的混合喷注器包括壳体1、盖板2和芯体3；壳体1内设置有氧化剂腔4和燃料腔5，氧化剂腔4用于盛装氧化剂，燃料腔5用于盛装燃料；氧化剂腔4为环状，且氧化剂腔4环绕燃料腔5设置。优选地，燃料腔5和氧化剂腔4采用同轴式布置，燃料腔5位于氧化剂腔4中心。盖板2盖设于壳体1上端面上并与壳体1相焊接，且盖板2的形状为环状，其与氧化剂腔4的相适配，用于使氧化剂腔4密封；芯体3设置于燃料腔5内，芯体3能够使燃料腔5内的燃料进行旋流离心喷注。壳体1的下端面为面板14，面板14上对应燃料腔5处开设有燃料喷嘴52，燃料腔5内经芯体3旋流离心的燃料通过燃料喷嘴52喷出。面板14上对应氧化剂腔4处开设有氧化剂喷嘴42，氧化剂喷嘴42为直流式氧喷嘴，氧化剂腔4内的氧化剂能够通过氧化剂喷嘴42喷出。本发明的混合喷注器通过增加燃料喷嘴52芯体3结构实现燃料离心式喷注，与直流式氧喷嘴组成混合喷注方式，雾化效果好，燃烧效率较高。
在本发明的一个实施例中，优选地，如图6所示，芯体3包括顺次连接的安装部31、连接部32、导流部33和旋流部34；安装部31为圆凸台状结构；连接部32的外壁上设置有半螺纹，连接部32的两端为锥形收缩式结构；导流部33为柱状结构；旋流部34为锥台状结构，且旋流部34上设置有旋流槽341。
在该实施例中，芯体3包括顺次连接的安装部31、连接部32、导流部33和旋流部34，安装部31为圆凸台状结构，其截面直径小于连接部32，便于芯体3安装时进行操作。连接部32的外壁上设置有半螺纹结构，半螺纹结构的设计一方面能够使连接部32与燃料腔5内壁固定连接，另一方面能够使燃料腔5内的燃料通过并顺利向下流动至导流部33和旋流部34；优选地，连接部32的长度不超过芯体3长度的一半。连接部32的两端为锥形收缩式结构，便于对燃料进行引流。导流部33为柱状结构，其能够将经连接部32流下的燃料导流至旋流部34处。旋流部34为锥台状结构，其上开设有旋流槽341，旋流槽341沿旋流部34的曲面螺旋分布，使进入旋流槽341内的燃料实现旋流，再通过燃料喷嘴52实现离心喷注，从燃料喷嘴52离心喷出的燃料与周围氧化剂喷嘴42直流喷出的氧化剂进行撞击，使燃料和氧化剂得到很好的雾化和混合。此外，因为芯体3与燃料腔5为螺纹连接，因此芯体3为可拆卸式结构，安装方便且加工简单。
在本发明的一个实施例中，优选地，如图6所示，旋流槽341的数量为三个，三个旋流槽341均匀分布于旋流部34上，且旋流槽341的型面为曲面。
在该实施例中，旋流槽341的数量为三个，三个旋流槽341均匀分布于旋流部34上，旋流槽341的截面为矩形，使旋流槽341内能够存储一定量的燃料；旋流槽341的型面为曲面，即旋流槽341槽壁面为一曲面，弧形过度无棱角，使得旋流槽341内燃料的离心喷注更为流畅，喷注效果更好。
在本发明的一个实施例中，优选地，如图6所示，旋流部34的椎顶角为45°-60°。
在该实施例中，旋流部34为锥台状结构，锥顶角为45°-60°；旋流部34的前端并非尖端，保证旋流槽341出口正好与喷嘴端口吻合，且旋流槽341之间不能发生干涉。
在本发明的一个实施例中，优选地，如图4所示，燃料腔5呈柱状；燃料腔5的一端设置有燃料入口51，且燃料入口51处设置有凸台，凸台用于连接燃料接管嘴；燃料腔5内壁设置有内螺纹，内螺纹与芯体3连接部32的半螺纹相适配；燃料腔5的另一端设置有燃料喷嘴52，且燃料喷嘴52处设置有锥台式收缩口，锥台式收缩口与芯体3的旋流部34相匹配。
在该实施例中，燃料腔5呈柱状，其上端为燃料入口51，且燃料入口51处设置有凸台，燃料腔5通过凸台与燃料供应系统的接管嘴53相连接，用于向燃料腔5内供应燃料；燃料腔5的中段内壁上设置有与芯体3连接部32半螺纹相适配的内螺纹，用于安装燃料喷嘴52的芯体3结构；燃料腔5的下端口为燃料喷嘴52，且燃料喷嘴52处设置有锥台式收缩口，锥台式收缩口与芯体3的旋流部34相匹配。优选地，燃料腔5的凸台与接管嘴之间设置有行密封圈，用于对燃料腔5与接管嘴的连接处进行密封。此外，燃料腔5内壁开设有测压孔，用于放置测压器对燃料腔5内的燃料压力进行检测。
在本发明的一个实施例中，优选地，如图1和图2所示，氧化剂腔4呈环状，氧化剂腔4的侧部开设有氧化剂入口41；如图7所示，氧化剂腔4底部均匀开设有多个氧化剂喷嘴42。
在该实施例中，氧化剂腔4呈环状，其侧部开设有氧化剂入口41，氧化剂入口41与氧化剂供应系统的接管嘴43相连接，向氧化剂腔4内供应氧化剂，氧化剂暂存于氧化剂腔4内。氧化剂腔4的底部均匀开设有多个氧化剂喷嘴42，即在氧化剂腔4底部的面板14上均匀开设多个氧化剂喷嘴42，氧化剂喷嘴42为直流式喷嘴，氧化剂腔4内的氧化剂通过氧化剂喷嘴42进行直流喷注，并与旋流喷注的燃料相混合。优选地，喷注面板14上设置有五个氧化剂喷嘴42，五个氧化剂喷嘴42均匀分布且圆心位于同一圆周上，燃料喷嘴52位于五个氧化剂喷嘴42的中心处，使得从中心燃料喷嘴52离心喷出的燃料与周围氧化剂喷嘴42直流喷出的氧化剂能够进行撞击，使燃料和氧化剂得到很好的雾化和混合。
在本发明的一个实施例中，优选地，如图1、图2及图7所示，壳体1内还设置有点火器孔11，点火器孔11用于安装点火器，且点火器孔11与各个氧化剂喷嘴42的中心位于同一圆周上。
在该实施例中，壳体1底部面板14上还设置有点火器孔11，点火器孔11内壁设置有螺纹，用于安装点火用的火花塞。优选地，点火器孔11与氧化剂喷嘴42位于同一圆周上，且如图4所示，点火器孔11的中轴线与燃料喷嘴52的中轴线相交，即点火孔的延伸方向相对与燃料腔5倾斜设置，且点火孔的底端相比于顶端更为靠近燃料腔5。
在该实施例中，需要说明的是，如图1所示，为方便点火器孔11的设置并使可以内氧化剂腔4、燃料腔5和点火孔的结构布设更为合理，所述氧化剂腔4可以为一连通环状结构，其一部分环状结构被安装点火器的凸台中断。
在本发明的一个实施例中，优选地，如图2所示，壳体1底部边缘设置有密封凸台12，用于与燃烧室密封连接。
在该实施例中，壳体1底部边缘设置有密封凸台12，密封凸台12处可以安装紫铜垫片，保证喷注器整体与燃烧室连接的密封性。
在本发明的一个实施例中，优选地，如图1和图2所示，壳体1上设置有多个螺栓定位孔13，用于对混合喷注器进行轴向定位。
在该实施例中，壳体1的外壁上设置有多个外凸的螺栓定位孔13，多个螺栓定位孔13等间距均匀设置，通过设置螺栓定位孔13能够对喷注器进行轴向定位。需要说明的是，螺栓定位孔13的设置过程中需避免其与氧化剂腔4入口接管嘴之间的干涉。
本发明的混合喷注器的具体工作过程为：氧化剂氧化剂入口41供入氧化剂腔4，然后通过氧化剂喷嘴42喷出，喷注方式为直流式，燃料从上端燃料入口51供入燃料腔5，经过芯体3的旋流作用，最终从中心燃料喷嘴52喷出，喷注方式为离心式，从中心燃料喷嘴52离心喷出的燃料与周围氧化剂喷嘴42直流喷出的氧化剂进行撞击，使燃料和氧化剂得到很好的雾化和混合。
本发明还提供了一种小型液体火箭发动机，包括上述任一实施例所述的混合喷注器。
在该实施例中，由于所述小型液体火箭发动机包括上述任一实施例所述的混合喷注器，因而具有所述混合喷注器的全部有益效果，在此不再一一赘述。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。