一种适用于泵压式供应系统的高压环形射流泵的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于航空、航天技术领域，设及一种预增压装置，具体设及一种适用于累压 式供应系统的高压环形射流累。
【背景技术】
[0002] 航空航天飞行器需要在远离地面的高空或太空工作。受飞行器空间尺寸和结构质 量的约束，累压式供应系统的结构尺寸和质量受到严格限制。为了尽量减小结构尺寸和质 量，推进剂累的转速越来越高。而为了减轻贬箱增压系统的质量和规模，推进剂贬箱的压力 越来越低。推进剂累具有的高转速和低入口压力的特点，要求累具有非常高的抗汽蚀性能。
[0003] 累的汽蚀性能由汽蚀比转速C, 来衡量。普通离屯、轮的汽蚀比 转速最多只有1500?2000,而在离屯、轮前增设诱导轮后累的汽蚀比转速最高也只能达到 3500?4500左右。要想进一步提高累的汽蚀比转速，必须另辟暧径。
[0004] 一种方式是将低转速离屯、累或类似叶片式预压装置作为增压累设置在离屯、累前， 使离屯、累的入口压力提高，可W在低的入口压力下正常工作。但该种叶片式预压装置需要 额外增设驱动源，增加系统的结构尺寸和重量，使得系统复杂化，在空间尺寸紧张的情况 下，是不能够实现的。
[0005] 一种方式是在离屯、累前设置一台预增压累射流累，将累后的高压流体引入累进 口，利用累后的高压，可提高离屯、累进口压力，使离屯、累在高转速和低入口压力条件下正常 工作。
[0006] 传统的射流累如图2所示，由喷嘴1、入口组件2、喷管3组成。其特点是主流由侧 面喷嘴外侧进入，主流受到中屯、喷嘴的阻隔，入口压力存在一定程度的损失，适应的累入 口压力有限。此外，传统射流累的流量比（主流流量/引射流量）通常较小，因此为了提高 射流累的效率，通常采用较小的面积比（喉部面积/喷嘴总面积），喉部面积较小。因此， 在该种情况下，当传统射流累工作于很低的入口压力时，射流累进口通道和喉部都将发生 严重堵塞，无法提供足够的扬程给下游的离屯、累，导致下游离屯、累不能在高转速下运转， 将增大系统的尺寸和重量。因此，传统射流累难W满足高速离屯、累低入口压力下和小空间 尺寸使用的难题。
[0007] 一种方式，采用的射流累主流体方向上依次设置有入口段管道、混合段管道、喉 管、扩压段管道、出口段管道；其中，提供高压流体的喷嘴布置在入口段管道上，此种方式， 虽然射流累可W在低入口压力下使用，但是，主流体与高压流体的流速差较大，射流累增压 能力较低，容易造成下游的主累汽蚀，使得离屯、累难W达到高转速和小尺寸的使用要求。
【发明内容】
[000引为了解决现有技术中离屯、累无法在低入口压力下高速运行、W及小尺寸空间下使 用的难题，本发明提供一种结构紧凑、质量轻、抗汽蚀性能好的高压环形射流累，使推进剂 累可w在更高转速和更低的入口压力下正常工作。
[0009] 本发明的具体技术方案是：
[0010] 一种适用于累压式供应系统的高压环形射流累，包括沿主流体流向依次设置的入 口段管道、混合段管道、喉管、扩压段管道、出口段管道；其特征在于；还包括依次设置在入 口段管道与混合段管道之间的台阶段管道；所述台阶段管道包括收敛段管道和平直段管 道；所述平直段管道上设置有提供高压流体的喷嘴。
[0011] 上述喷嘴沿圆周方向均匀开设有多个；所述喷嘴的喷射方向与主流体的流向一 致；所述喷嘴与平直段管道管壁之间的角度为锐角。
[0012] 上述台阶段管道设置有多个。
[0013] 上述喷嘴对应的外部空间设置有环形腔体；所述喷嘴通过环形腔体与高压流体连 通。
[0014] 上述喉管截面积与多个喷嘴总截面积的比值范围50?100。
[0015] 上述喉管的长径比为3?6。
[0016] 上述喷嘴喷射位置的内径为Dj = Ds+x值0-Ds);其中，DO为入口段管道直径，Ds 为喉管直径，Dj为喷嘴喷射位置的内径；X为系数，0《X《l(x = 1时，喷嘴位于入口 段管道，X =0时，喷嘴位于喉管段，〇<x<l时，喷嘴位于台阶型管道的平直段）。
[0017] 本发明的优点在于：
[0018] 1、本发明的高压环形射流累的主通道是沿轴向布置的，主流不受阻隔，因此没有 拐弯、撞击损失，大大提高了自身的抗汽蚀性能。
[0019] 2、本发明采用台阶段管道，使得喷嘴的喷射位置直径小于入口段管道直径。由于 主流通道的收缩，因此提高了渗混前主流的流速，减小了主流与高压引射流体之间的速度 差，使得射流累的渗混效率高，射流累的扬程高，提高了主累进口的能量，允许主累在高 转速下运转，减小离屯、累和供应系统的尺寸和重量.
[0020] 3、本发明与常规的射流累相比，喉管截面积与多个喷嘴总截面积的比值比较大， 范围为50?100。流体流经射流累时的动压降小，允许射流累在非常低的入口压力下正常 工作。
[0021] 4、本发明的喷嘴采用斜向贴壁喷射，主流与工作流体的夹角较小，因此两股射流 的动量渗混损失小，可W达到很高的渗混效率，使射流累的效率和扬程提高。
[0022] 5、本发明结构紧凑、轴向尺寸小。由于采用了轴向多点喷射技术，因此射流累的渗 混效率很高，用很短的距离即可完成动量交换，喉管的长径比可W选择较小的3?6。较短 的喉管长度，可W幅缩短射流累的轴向长度和重量。该点在空间布局比较紧张的情况下优 势明显。
【附图说明】
[0023] 图1为累压式供应系统中射流累的安装功能图；
[0024] 1-高压环形射流累、2-离屯、累、3-驱动机、4-高压引流管路。
[0025] 图2为传统射流累的结构示意图；
[0026] 1-入口部件；2-喉管部件；3-喷嘴；
[0027] 图3为本发明一组喷嘴的结构示意图；
[002引图4为本发明多组喷嘴的结构示意图。
[0029] 1-主通道；2-环腔盖板；3-引射接管嘴；4-喷嘴、11-入口段管道；12-混合段管 道；13-喉管、14-扩压段管道；15-出口段管道混合段；16-台阶段管道；161-收敛段管道、 162-平直段管道；
【具体实施方式】
[0030] 如图1所示，累压式供应系统包括高压环形射流累1、离屯、累2、驱动机3 W及高压 引流管路4等组成；高压射流累1主流进口与上游管路相连接，高压流体通过高压引射管路 4与离屯、累2后管路相连接，混合流出口与离屯、累2的进口相连接。高压环形射流累1利用 离屯、累2出口的一股高压，对上游管路来的低压流体进行增压，提高离屯、累2进口的压力， 使得离屯、累2可W工作在很高的转速，取得小的结构尺寸和重量。
[0031] 如图3所示，本发明的高压环形射流累1包括沿主流体的流向依次设置的入口段 管道11、混合段管道12、喉管13、扩压段管道14、出口段管道15 ;其改进之处是：该管道还 包括依次设置在入口段管道11与混合段管道12之间的台阶段管道16 ;台阶段管道16包 括收敛段管道161和平直段管道162 ;平直段管道162上设置有提供高压流体的喷嘴4。
[0032] 特别之处还在于，喷嘴4沿圆周方向均匀开设有多个；喷嘴4的喷射方向与主流体 的流向一致；喷嘴4与平直段管道162管壁之间的角度为锐角；，
[0033] 特别之处还在于，如图4该高压环形射流累1在入口段管道11与混合段管道12 之间还可依次设置多个台阶段管道16,而且每个台阶段管道16的平直段管道162上都均设 置有喷嘴4,喷嘴4在圆周方向上均匀开设多个。
[0034] 特别之处还在于，该高压环形射流累1在喷嘴4对应的外部空间设置有环形腔体 2 ;喷嘴4通过环形腔体2与高压流体连通，高压流体通过引射接管嘴3引入环形腔体2。
[0035] 另外，需要说明的是，所述喉管13截面积与多个喷嘴4总截面积的比值范围50? 100 ；
[0036] 所述喉管13的长径比为3?6。
[0037] 由于累压式供应系统的工作需要（需要高压环形射流累能够适应较低的入口压 力，同时需要高压环形射流累有较高的喷射效率和扬程），需要定义喷嘴喷射位置的内径尺 寸；
[003引设高压环形射流累的入口段管道直径和喉管直径分别为DO和化、系数X ;喷嘴喷 射位置的内径为Dj = Ds+ X值0-Ds)。
[0039] 其中，系数X通过射流累抗汽蚀性能和射流累效率权衡确定，0《X《1 ;(x = 1时，喷嘴位于入口段管道，X = 0时，喷嘴位于喉管段，0<x<l时，喷嘴位于台阶型管道的 平直段）。
[0040] 在射流累的入口直径DO和喉管直径化一定的情况下，系数X越大，喷射位置越 靠近入口段，射流累所能适应的入口压力越低；系数X越小，喷射位置越接近喉管，射流累 的效率和扬程越高。
【主权项】
1. 一种适用于累压式供应系统的高压环形射流累，包括沿主流体的流向依次设置的 入口段管道、混合段管道、喉管、扩压段管道、出口段管道；其特征在于；还包括依次设置在 入口段管道与混合段管道之间的台阶段管道；所述台阶段管道包括收敛段管道和平直段管 道；所述平直段管道上设置有提供高压流体的喷嘴。
2. 根据权利要求1所述的适用于累压式供应系统的高压环形射流累，其特征在于：所 述喷嘴沿圆周方向均匀开设有多个；所述喷嘴的喷射方向与主流体的流向一致；所述喷嘴 与平直段管道管壁之间的角度为锐角。
3. 根据权利要求2所述的适用于累压式供应系统的高压环形射流累，其特征在于：所 述台阶段管道设置有多个。
4. 根据权利要求2或3所述的适用于累压式供应系统的高压环形射流累，其特征在于： 所述喷嘴对应的外部空间设置有环形腔体；所述喷嘴通过环形腔体与高压流体连通。
5. 根据权利要求4所述的适用于累压式供应系统的高压环形射流累，其特征在于：所 述喉管截面积与多个喷嘴总截面积的比值范围50?100。
6. 根据权利要求5所述的适用于累压式供应系统的高压环形射流累，其特征在于：所 述喉管的长径比为3?6。
7. 根据权利要求6所述的适用于累压式供应系统的高压环形射流累，其特征在于：所 述喷嘴喷射位置的内径为Dj = Ds+x值0-Ds);其中，DO为入口段管道直径，化为喉管直 径，Dj为喷嘴喷射位置的内径；X为系数，0《X《1。
【专利摘要】本发明属于航空、航天技术领域，具体涉及一种适用于泵压式供应系统的高压环形射流泵。该高压环形射流泵包括沿主流体的流向依次设置的入口段管道、混合段管道、喉管、扩压段管道、出口段管道；其特征在于：还包括依次设置在入口段管道与混合段管道之间的台阶段管道；所述台阶段管道包括收敛段管道和平直段管道；所述平直段管道上设置有提供高压流体的喷嘴。该高压环形射流泵不仅结构紧凑、质量轻、抗汽蚀性能好，而且可以满足在高转速和低的入口压力下的工况下正常工作。
【IPC分类】F04F5-44, F04D29-66, F04F5-00, F04F5-46
【公开号】CN104533846
【申请号】CN201410783618
【发明人】李永鹏, 陈晖 , 逯婉若, 杜玉洁, 许开富, 王文廷, 李春乐, 卜学兵, 王晓锋
【申请人】中国航天科技集团公司第六研究院第十一研究所
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2014年12月16日