偏心变截面流量分配板的制作方法

本发明涉及液体火箭发动机领域，具体地，涉及用于大流量高室压轨控发动机喷注器的偏心变截面流量分配板。适用于高速大流量喷注器的高均匀性低流阻的流量分配板，以适应更大流量更高流速的使用环境，显著提高下游流量分配的均匀性

背景技术：

高比冲性能的高室压轨控发动机对尺寸包络和重量要求比较苛刻，多采用包含流量分配板的“层板-直流”组合式喷注器。喷注器上各喷嘴的流量特性直接影响发动机的燃烧效率、燃烧室喷注面板和室壁的热状态，最终会影响总体性能，因此合理设计喷注器的流量分配板非常重要。

目前，高室压姿控小推力发动机的喷注器技术已经比较成熟，工程上建立了一套完善的设计准则和测试筛选方法。流量分配结构简单，仅适用于推进剂流量小，喷嘴圈数、数量少的喷注器，均流和流阻要求易满足。

由于大推力高室压轨控发动机用喷注器高速大流量的使用环境，多喷嘴圈数、数量的喷注芯体结构设计，以及流量分配高均匀性、低流阻的要求，现有的流量分配板无法满足使用要求，所以克服以上不足是设计新型喷注器流量分配板的关键。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种偏心变截面流量分配板。

根据本发明提供的一种偏心变截面流量分配板，包括：推进剂分配流道21和推进剂流道孔22。

优选地，所述偏心变截面流量分配板置于喷注器壳体1和喷注芯体3之间时，推进剂分配流道21和推进剂流道孔22与对应的氧化剂流路进口11、燃料流路进口12、槽道31、直流喷嘴32连通；

其中，喷注器壳体1包括氧化剂流路进口11、燃料流路进口12，喷注芯体3包括槽道31、直流喷嘴32；氧化剂流路进口11、燃料流路进口12对称分布。

优选地，采用双层圆板结构，上层为推进剂分配流道21，下层为推进剂分配流道21对应的推进剂流道孔22。

优选地，包括燃料分配流道211和燃料流道孔221；

燃料分配流道211为偏心圆组合空腔结构，沿燃料流动方向燃料分配流道211的流道截面逐渐变小，燃料分配流道211的流道拐弯处通过圆弧过渡；燃料分配流道211上方为燃料流路进口12，下方为燃料流道孔221；

燃料流道孔221每圈孔径相同，在燃料分配流道211内以同心圆、对称、变角度或等角度分布。

优选地，包括氧化剂分配流道212和氧化剂流道孔222。

氧化剂分配流道212为偏心圆组合空腔结构，沿氧化剂流动方向氧化剂分配流道212的流道截面逐渐变小，流道拐弯处通过圆弧过渡；氧化剂分配流道212上方为氧化剂流路进口11，下方为氧化剂流道孔222；

氧化剂流道孔222每圈孔径相同，在氧化剂分配流道212内以同心圆、对称、变角度或等角度分布。

优选地，推进剂分配流道21包括多条支路流道，支路流道数量和位置由下游喷注芯体3的槽道31确定，支路流道宽度由下游喷注芯体3的槽道31和直流喷嘴32流量确定，通过以下公式计算得到：

wi为支路流道宽度，qi为支路流道流量，ρ为推进剂密度，hd为支路流道设计高度，vd为支路流道内设计最高流速，nj、nj+1为远离推进剂进口的支路流道末端对应喷注芯体槽道内两圈喷嘴数量，n为总喷嘴对数，qm为推进剂质量流量；

支路流道偏心距由流道宽度和内外圆半径确定，通过以下公式计算得到：

l为支路流道偏心距，r、r分别为支路流道外、内圆半径，θ、θ′分别为流道宽度wi位置对应外、内圆偏角。

优选地，所述的推进剂流道孔22以同心圆、对称、变角度或等角度分布，推进剂流道孔22的流道孔径通过以下公式计算得到：

dl为流道孔径，al为流道孔总截面积，n为流道孔设计数量，vl为流道孔内设计最高流速。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明通过改进推进剂分配流道21和推进剂流道孔22尺寸设计和位置分布，实现推进剂的高均匀性低流阻流量分配。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明所述的一种偏心变截面流量分配板剖视图示意图；

图2为流量分配板在喷注器内部装配示意图；

图3为流量分配板剖视图；

图4为流量分配板的燃料分配流道和流道孔示意图；

图5为流量分配板的氧化剂分配流道和流道孔示意图；

图6为流量分配板支路流道偏心距计算示意图；

图中示出：

1-喷注器壳体，11-氧化剂流路进口，12-燃料流路进口；

2-流量分配板，21-推进剂分配流道，211-燃料分配流道，212-氧化剂分配流道，22-推进剂流道孔，221-燃料流道孔，222-氧化剂流道孔；

3-喷注芯体，31-喷注芯体槽道，32-直流喷嘴。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明涉及一种偏心变截面的流量分配板，具体而言，用于大流量高室压轨控发动机喷注器，实现推进剂的高均匀性低流阻流量分配。

如图1所示，偏心变截面的流量分配板2，包括推进剂分配流道21和推进剂流道孔22。

如图2所示，流量分配板2置于喷注器壳体1和喷注芯体3之间，喷注器壳体1的氧化剂流路进口11和燃料流路进口12对称分布；喷注芯体3具有槽道31、直流喷嘴32；推进剂分配流道21、推进剂流道孔22与对应的氧化剂流路进口11、燃料流路进口12、槽道31、直流喷嘴32连通。

如图3所示，流量分配板2采用双层圆板结构，上层为推进剂分配流道21，下层为推进剂分配流道21对应的推进剂流道孔22。给出流量分配板2高度h2、推进剂分配流道21设计高度h21和推进剂流道孔22设计高度h22。

如图4所示，流量分配板2的燃料路包括燃料分配流道211和燃料流道孔221。

燃料分配流道211为偏心圆组合空腔结构，沿燃料流动方向燃料分配流道211的流道截面逐渐变小，燃料分配流道211的流道拐弯处通过圆弧过渡，使得沿流道周向的压力分布基本趋于均匀，同时将局部流阻控制在较低水平，避免流场畸变。燃料分配流道211上方为燃料流路进口12，下方为燃料流道孔221。

燃料流道孔221每圈孔径相同，在燃料分配流道211内以同心圆、对称、变角度或等角度分布，保证各燃料流道孔221等流量流动和下游喷注芯体槽道31周向的压力分布基本趋于均匀。

如图5所示，流量分配板2的氧化剂路包括氧化剂分配流道212和氧化剂流道孔222。

氧化剂分配流道212为偏心圆组合空腔结构，沿氧化剂流动方向氧化剂分配流道212的流道截面逐渐变小，流道拐弯处通过圆弧过渡，使得沿流道周向的压力分布基本趋于均匀，同时可以将局部流阻控制在较低水平，避免流场畸变。氧化剂分配流道212上方为氧化剂流路进口11，下方为氧化剂流道孔222。

氧化剂流道孔222每圈孔径相同，在氧化剂分配流道212内以同心圆、对称、变角度或等角度分布，保证各流道孔222等流量流动和下游喷注芯体槽道31周向的压力分布基本趋于均匀。

支路流道流量qi可以根据远端对应喷注芯体槽道31内两圈喷嘴数量nj、nj+1，总喷嘴对数n以及推进剂质量流量qm计算得到。

支路流道宽度wi可以根据流道内设计最高流速vd和流道设计高度hd计算得到。

式中：ρ为推进剂密度。

如图6所示，支路流道偏心距l可以根据支路流道内圆半径r和流道宽度wi位置对应外、内圆偏角θ、θ′计算得到。

流道宽度wi位置对应内圆偏角θ′可以根据支路流道外、内圆半径r、r，流道宽度wi和对应外圆偏角θ计算得到：

流道孔总截面积al可以根据支路流道流量qi和流道孔内设计最高流速vl计算得到。

流道孔径dl可以根据流道孔总截面积al和流道孔设计数量n计算得到。

流道孔位置由数值仿真方法迭代计算优化。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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申请和简化描述，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申请的限制。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。