一种变推力固液火箭发动机双路离心式喷注器结构的制作方法

本发明属于固液火箭发动机领域，具体涉及一种变推力固液火箭发动机双路离心式喷注器结构。

背景技术：

具有推力控制能力的火箭发动机在航天运输及空间机动飞行的许多情况下都具有技术上的优越性，可以实现最佳推力控制，从而使运载能力达到最大。

载人航天的主动段飞行使用变推力发动机进行推进，可以严格控制宇航员的过载，确保宇航员的飞行安全；对于空间飞行器的交会对接与轨道机动，变推力发动机可以提高操纵控制的灵活性。如果导弹系统采用变推力发动机进行推进，则可以改善导弹飞行轨道的机动性，从而提高导弹武器的突防能力。在诸如月球等无大气天体表面的软着陆及机动飞行中，变推力发动机是目前唯一可用的动力装置。

喷注器是火箭发动机中的一个关键部件，直接关系到火箭发动机的点火、燃烧效率和运行稳定性。变推力固液火箭发动机设计中，可调喷注器的设计尤为重要。变推力固液火箭发动机在大范围推力调节过程中，氧化剂流量发动机发生很大变化，采用常规的喷注器难以保证整个工作过程中的喷注压降和发动机性能。目前常用的可调喷注器有针栓式喷注器和离心式喷注器，可调喷注器要求在喷注压降随流量的变化小，可调喷注器的性能，直接决定了发动机的推力调节比和雾化燃烧性能。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提出一种变推力固液火箭发动机双路离心式喷注器结构，双路离心式喷注器中改进了离心式喷注器的设计，保证喷注压降和喷注性能的同时，进一步扩大了流量的调节比。

一种变推力固液火箭发动机双路离心式喷注器结构，包括喷盖、分液器、喷口与壳体；喷口、分液器与喷盖为柱状，由前至后同轴设置于筒状壳体内。

所述喷盖上具有副路斜孔A、主路直孔A、主路积液腔。分液器上具有副路积液腔、副路斜孔B、副路直孔、副路切向槽、旋流室前段与主路直孔B。喷口上具有主路直孔C、旋流室后段、主路切向槽与喷孔。

上述旋流室前段与旋流室后段连通，形成旋流室。主路直孔A与主路积液腔连通。主路积液腔与主路直孔B连通；主路直孔B与主路直孔C连通，主路直孔C通过主路切向槽与旋流室后段连通。主路氧化剂依次经主路直孔A-主路积液腔-主路直孔B-主路直孔C后，经由主路切向槽切向喷入旋流室。

上述副路斜孔A与副路积液腔连通；副路积液腔通过副路斜孔B与副路直孔连通；副路直孔通过副路切向槽与旋流室前段连通。副路氧化剂依次经副路斜孔A-副路积液腔-副路斜孔B-副路直孔后，经由副路切向槽切向喷入旋流室。

上述旋流室与喷孔连通，氧化剂在旋流室内形成旋流，在喷孔处加速由喷孔喷出。

本发明的优点在于：

(1)本发明变推力固液火箭发动机双路离心式喷注器结构，通过两路供液喷注设计，能够实现10:1流量调节比的情况下，氧化剂均能很好雾化，实现较高的燃烧效率。

(2)本发明变推力固液火箭发动机双路离心式喷注器结构，主路、副路氧化剂喷注共用一个旋流室出口，通过改变入口面积实现不同流量条件下的喷注雾化要求，具有结构简单、可靠性好等优点。

(3)本发明变推力固液火箭发动机双路离心式喷注器结构，结构紧凑，适用于飞行试验。

(4)本发明变推力固液火箭发动机双路离心式喷注器结构，切向槽入口由矩形截面槽与端面围绕而成，加工方便、成本低。

附图说明

图1为本发明变推力固液火箭发动机双路离心式喷注器结构整体结构剖视图；

图2为本发明变推力固液火箭发动机双路离心式喷注器结构中分液器结构剖视图；

图3为本发明变推力固液火箭发动机双路离心式喷注器中分液器结构前视图；

图4为本发明变推力固液火箭发动机双路离心式喷注器中分液器结构后视图；

图5为本发明变推力固液火箭发动机双路离心式喷注器中喷口结构剖视图；

图6为本发明变推力固液火箭发动机双路离心式喷注器中喷口结构后视图；

图7为本发明变推力固液火箭发动机双路离心式喷注器工作时，主副路氧化剂流向图。

图中：

1-喷盖 2-分液器 3-喷口

4-壳体 101-副路斜孔A 102-主路直孔A

103-主路积液腔 104-密封凸台A 201-副路积液腔

202-副路斜孔B 203-副路直孔 204-副路切向槽

205-旋流室前段 206-主路直孔B 207-密封凹槽B

208-环形凹槽C 209-密封凸台B 210-定位凸起

301-主路直孔C 302-旋流室后段 303-主路切向槽

304-喷孔 305-环形凹槽A 306-定位孔

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明变推力固液火箭发动机双路离心式喷注器结构，包括喷盖1、分液器2、喷口3与壳体4，如图1所示。

所述喷口3、分液器2与喷盖1为柱状，由前至后同轴设置于筒状壳体4内，外壁与壳体4内壁间周向配合。其中，喷口3前端与壳体4前端周向间台肩配合定位；喷盖1与壳体4后端周向上台肩配合定位，并通过螺钉与壳体4固连，同时由喷盖1将喷口3与分液器2压紧固定于壳体4内。上述喷口3与分液器2之间，以及分液器2与喷盖1之间采用榫槽式O型圈密封。

所述喷盖1用于连接供应系统管路。喷盖1上具有副路斜孔A101、主路直孔A102、主路积液腔103，如图1所示。其中，副路斜孔101为贯通喷盖1前后侧面的通孔，副路斜孔轴线与喷盖1轴线夹角为30～60°。主路直孔A102沿喷盖1轴向开设，与副路斜孔101间不发生干涉。喷盖1前端面周向上开有环形槽，与分液器2后端面间形成容腔，作为主路积液腔103。上述副路斜孔101的入口端焊接接管嘴，通过接管嘴与副路氧化剂管路相连；副路斜孔101的出口端与分液器2上设计的分液器积液腔201连通。主路直孔A入口端焊接接管嘴，通过接管嘴与主路氧化剂管路相连；主路直孔A102的出口端与环形槽集液腔103连通。通过上述方式，在喷盖1上设计副路斜孔101和主路直孔A102，有利于增大接管嘴的焊接空间，有利于主路积液腔103的空间排布。

所述分液器2用于将主路氧化剂与副路氧化剂隔离，分别旋入旋流室。分液器2上具有副路积液腔201、副路斜孔B202、副路直孔203、副路切向槽204、旋流室前段205与主路直孔B206，如图2、图3、图4所示。所示。其中，副路积液腔201同轴开设于分液器2后侧面上，与喷盖1前端面间形成容腔。副路直孔203为沿分液器2轴向开设于分液器2前端面上的盲孔，周向均布三个。副路斜孔B202周向均布三个，副路斜孔B202轴向与分液器2轴线夹角为45～75°。三个副路斜孔B202的前端均与副路积液腔连通，后端分别与三个副路直孔203连通。副路切向槽204开设于分液器2前侧面上，为三个条形槽，截面为矩形，矩形截面宽高比取1～2之间，优选为1.5。三条副路切向槽205周向均布，入口端角度相差120度，分别与三个副路直孔相切，且均与副路积液腔201相切。三条副路切向槽205的入口端分别与三个副路直孔203连通，出口端均与副路积液腔201连通。旋流室前段205同轴开设于分液器2前端面上，与在喷口3上设计的旋流室后段302连通，共同组成旋流室。主路直孔B206为沿分液器2轴向开设的，贯通分液器2前后端面的通孔，周向均布三个，且相邻的主路直孔B206与副路直孔203中心间距相等。三个主路直孔206的入口端均与喷盖1上的主路积液腔103连通，出口端分别与喷口3上开设的主路直孔C301连通。

所述喷口3上具有主路直孔C301、旋流室后段302、主路切向槽303与喷孔304，如图5、图6所示。其中，主路直孔C301沿喷口轴向开设于喷口3后侧面上的盲孔，周向均布三个，分别与分液器2上的三条主路直孔B206连通。旋流室后段302同轴开设于喷口3后侧面上。主路切向槽303开设于喷口3后侧面上，为三个条形槽，截面为矩形，矩形截面宽高比取1～2之间，优选为1.5。三条主路切向槽303周向均布，入口端角度相差120度，分别与三个主路直孔C301相切，且均与旋流室后段302相切。上述三条主路切向槽303与三条副路切向槽204尺寸均相同，且三条主路切向槽303与三条副路切向槽204的入口端在喷注器轴向位置不同的两截面上交错排列，主路切向槽303与三条副路切向槽204间的角度相差60度。喷口3的前端面上开有喷孔304；喷孔304的入口端与旋流室后段302连通，出口端设计为收敛段。

上述结构的变推力固液火箭发动机双路离心式喷注器工作时，分为两种工况：如图7所示，在大流量工况下，主路和副路同时喷注氧化剂；其中，主路氧化剂由喷盖1上的主路直孔A102进入主路积液腔103，随后分三路分别经分液器2上的三条主路直孔B206进入喷口3上的三条主路直孔C301，最终经由三条主路切向槽303切向喷入旋流室。

副路氧化剂由喷盖1上的副路斜孔A101进入分液器2上的副路积液腔201，随后分三路分别经分液器上的三条副路斜孔B202进入三条副路直孔203，最终经由三条副路切向槽204，切向喷入旋流室。

主路与副路供给的氧化剂在旋流室内形成旋流，在喷口3的喷孔304处加速，由喷孔304喷出，形成液膜，在气动力、表面张力等的作用下破碎、雾化。

在小流量的情况下，仅主路喷注氧化剂，从而实现大流量调节比下的高效燃烧。

本发明变推力固液火箭发动机双路离心式喷注器结构中，喷口3后侧面周向上设计有环形凹槽A305，内置密封圈，用于喷口3与分液器2间的密封。分液器2后侧面周向上设计有环形密封凹槽B207，内置密封圈；密封凹槽B207位于副路直孔203与分液器2外缘之间，用于分液器2与喷盖1之间的密封。分液器2后侧面周向上设计有密封凹槽C208，内置密封圈；密封凹槽C208位于副路积液腔201与副路直孔203之间，用于分液器2与喷盖1之间的进一步密封，同时隔离主路氧化剂与副路氧化剂。分液器2前侧面周向上设计有环形密封凸台A209，用来与环形凹槽A305配合插接，压紧环形凹槽A305内的密封圈。喷盖1前侧面周向上设计有环形密封凸台A104，用来与环形凹槽B207配合插接，压紧环形凹槽B207内的密封圈；环形凹槽C208内的密封圈由喷盖1前端面压紧。

上述分液器2前侧面外缘还设计有定位凸起210，同时在喷口3后侧面外缘设计有定位孔306，通过定位凸起210与定位孔306间配合，实现分液器2与喷口3间安装时的周向定位，保障分液器2与喷口3的安装方位满足要。