用于火箭发动机的喷射器元件的制作方法

本公开要求2016年7月19日提交的美国临时专利申请号662364257的优先权。

背景技术：

液体推进剂火箭发动机可由燃料推进剂和氧化剂推进剂提供动力。燃料推进剂的例子是烃类燃料，例如rp-1（火箭推进剂-1）。氧化剂推进剂的例子是氧气。大体上，液体推进剂火箭发动机使用点火系统来由氧气点燃rp-1的燃烧。

技术实现要素：

根据本公开的示例的用于液体推进剂火箭发动机的喷射器元件包括：氧化剂导管；与氧化剂导管的下游与氧化剂导管流体联接的中心腔；以及至少部分地围绕氧化剂导管的第一环。第一环在点火流体供应源下游与点火流体供应源流体联接，并且第二环至少部分地围绕氧化剂导管。第二环在燃料供应源下游与燃料供应源流体联接，且第二环流体联接在第一环和中心腔之间。

在任何前述实施例的进一步实施例中，第一环和第二环与氧化剂导管同轴。

在任何前述实施例的进一步实施例中，第二环包括多个入口端口。

在任何前述实施例的进一步实施例中，一个或多个入口端口相对于氧化剂导管的中心轴线倾斜。

在任何前述实施例的进一步实施例中，第一环和第二环通过供给端口流体连接。

在任何前述实施例的进一步实施例中，氧化剂导管、第一环和第二环是单个整体件。

根据本公开的示例的用于液体推进剂火箭发动机的喷射器元件包括：中心腔；通向中心腔的导管，用于将主流体供给到中心腔；以及邻近导管的第一供给室。第一供给室具有第一通道和第一入口端口，用于将第一流体供给到第一通道中。第二供给室邻近导管。第二供给室具有第二通道和一个或多个第二入口端口，用于将第二流体供给到第二通道中。供给端口流体连接第一通道和第二通道，以将第一流体从第一通道供给到第二通道。第二通道通向中心腔，以将第一流体或第二流体供给到中心腔中以与主流体混合。

在任何前述实施例的进一步实施例中，第一供给室和第二供给室与导管同轴。

在任何前述实施例的进一步实施例中，一个或多个第二入口端口包括多个第二入口端口。

在任何前述实施例的进一步实施例中，第二入口端口相对于导管的中心轴线倾斜。

任何前述实施例的进一步实施例包括：经由第一入口端口与第一通道流体连接的第一流体源；和经由一个或多个第二入口端口与第二通道流体连接的第二不同流体源。

在任何前述实施例的进一步实施例中，第二供给室轴向地位于第一供给室和中心腔之间。

在任何前述实施例的进一步实施例中，第一供给室和第二供给室中的每一个都是环形的。

根据本公开的示例的液体推进剂火箭发动机包括：燃烧室，该燃烧室具有喉部；喉部后面的喷嘴；以及通入燃烧室中的喷射器元件。喷射器元件具有：中心导管；至少部分地围绕中心导管的第一环；至少部分地围绕中心导管的第二环；以及与第一环流体连通的歧管。歧管具有通向第一环的流体导管。

在任何前述实施例的进一步实施例中，第一环和第二环与中心腔同轴。

在任何前述实施例的进一步实施例中，流体导管是进入第一环的专用供给管线。

在任何前述实施例的进一步实施例中，第二环包括多个入口端口。

在任何前述实施例的进一步实施例中，第一环和第二环通过供给端口流体连接。

在任何前述实施例的进一步实施例中，一个或多个入口端口相对于中心导管的中心轴线倾斜。

附图说明

从以下详细描述中，本公开的各种特征和优点对于本领域技术人员而言将变得显而易见。伴随详细描述的附图可如下简要描述。

图1示出了液体推进剂火箭发动机的示例。

图2示出了火箭发动机的示例性喷射器元件。

具体实施方式

图1示意性地示出了液体推进剂火箭发动机20。发动机20是自燃发动机，其利用来自点火流体供应源22的点火流体（例如，三乙基铝-三乙基硼烷）来引发发动机20的燃烧室24中的燃烧。点火流体与来自氧化剂供应源28的氧化剂（例如，液态氧）一起供给到喷射器系统26中。一旦开始燃烧，来自燃料供应源30的燃料供给到喷射器系统26以与氧化剂一起燃烧。燃烧气体通过喉部32加速，然后通过喷嘴34排出以产生推力。

喷射器系统26包括一个或多个喷射器元件36。喷射器元件36中的代表性的一个在图2中以截面示出。如将描述的，喷射器元件36构造成喷射三种不同的推进剂流体，其在此为氧化剂、点火流体和燃料。将理解的是，尽管在火箭发动机20中示出，喷射器元件36也可以使其他类型的发动机受益。

如图所示，喷射器元件36安装有面板38，面板38邻近燃烧室24。喷射器元件36包括通入燃烧室24中的喷射中心腔40。中心导管42在此为氧化剂导管，其流体连接到氧化剂源28，中心导管通向中心腔40，用于将主流体（氧化剂）供给到中心腔40。中心导管42限定中心轴线a。在该示例中，中心导管42是细长管。

邻近中心导管42存在第一和第二供给室44/46。第二供给室46轴向上位于第一供给室44和中心腔40之间。在该示例中，供给室44/46是环形的使得第一供给室44是第一环，第二供给室是第二环。例如，环形完全围绕或围绕中心导管42。在备选示例中，供给室44/46可仅部分地围绕中心导管42。

第一供给室44包括第一通道44a和第一入口端口44b，用于将第一流体（例如点火流体）供给到第一通道44a中。在该示例中，入口端口44b与歧管48的流体导管48a连接。作为示例，流体导管48a是进入第一供给室44的专用供给管线。虽然未示出，但歧管48可具有多个流体导管以用于将点火流体供给到多个喷射器元件36。

第二供给室46包括第二通道46a和一个或多个第二入口端口46b，用于将第二流体（例如燃料）供给到第二通道46a中。与第一入口端口44b不同，第二入口端口46b不直接连接到供给管线。而是，第二入口端口46b通向围绕喷射器元件36的增压室50。增压室50可将燃料供给到多个喷射器元件36。

第一和第二通道44a/46a经由供给端口52流体连接。供给到第一通道44a的流体因此通过供给端口52供给到第二通道46a中。第二通道46a通向中心腔40，以将第一流体或第二流体供给到喷射腔40中，以与来自中心腔42的主流体混合。

在操作中，喷射器元件36用于引入三种推进剂：氧化剂、点火流体和燃料。最初，为了启动发动机20，从氧化剂供应源28通过中心导管42提供氧化剂。点火流体从点火流体供应源22通过歧管48和流体导管48a提供到第一供给室44中的第一通道44a中。点火流体然后通过供给端口52流入第二供给室46中的第二通道46a中。点火流体从第二通道46a排出到中心腔40中。在中心腔40中，点火流体与来自中心导管42的氧化剂混合以用于在燃烧室24中自燃以启动发动机20。

在燃烧开始之后，停止点火流体的流动，并且来自燃料供应源30的燃料通过增压室50提供到喷射器元件36。燃料通过第二入口端口46b流入第二通道46a。在该示例中，第二入口端口46b相对于中心轴线a倾斜，如端口中心轴线“s”所示。在一个示例中，中心轴线s也与中心轴线a不交叉，以在燃料进入第二通道46b时，产生旋流的燃料流，以增强混合。然后燃料从第二通道46b排出到中心腔40中，其中燃料与来自中心导管42的氧化剂混合，用于在燃烧室24中燃烧。

可使用增材制造过程制造喷射器元件36。增材制造涉及根据计算机模型（例如，计算机辅助设计文件）逐层构建诸如喷射器元件36的部件。示例性增材制造过程包括但不限于选择性激光熔化和电子束焊接。如果通过增材制造制造，则喷射器元件36会是单个整体件，其在子部件之间没有机械接头焊接接头。例如，中心导管42、第一供给室（环）44、第二供给室（环）46和流体导管48a可通过增材制造生产，使得中心导管42、第一供给室（环）44、第二供给室（环）46和流体导管48a是单个整体件。

尽管在所示示例中示出了特征的组合，但并非所有特征都需要组合以实现本公开的各种实施例的益处。换句话说，根据本公开的实施例设计的系统不一定包括任何一个附图中所示的所有特征或附图中示意性示出的所有部分。此外，一个示例性实施例的所选特征可与其他示例性实施例的所选特征组合。

前面的描述是示例性的而不是限制性的。对于本领域技术人员而言，对所公开的示例的变型和修改可以变得显而易见，这些变型和修改不一定脱离本公开。给予本公开的法律保护范围只能通过研究以下权利要求来确定。