一种双组元互击式火炬点火器

本发明涉及点火器，特别是一种双组元互击式火炬点火器。

背景技术：

1、在火箭发动机工作过程中，当采用非自燃双组元低温推进剂组合时，需要设置点火装置才能够实现发动机点火启动。液体火箭发动机常用的点火装置主要为传统的自燃液体点火器、固体火药点火器以及火炬式点火器。火炬点火器是一种可靠的点火方式，作为一种间接点火方式，火炬点火器具有点火能量强、能重复起动、可靠性高等优点，在火箭发动机、超燃冲压发动机以及燃气轮机等燃烧装置上已得到广泛应用。

2、随着航天任务需求的增加，航天器的中途轨道转移修正、月球着陆器的近月制动、环月飞行降轨以及月面着陆，均要求发动机启动次数将不小于10次，这对于发动机点火系统及结构设计都提出了更高的要求。

3、现有的火炬点火器大部分结构较为复杂，需要设计专门的集气腔、喷嘴等部件，制造难度大，并且一部分的火炬点火器为专用型号，使用不灵活。另外，现有火炬点火器，基本均采用的是液体燃料，点火的成功率依赖于液体燃料的雾化程度；零部件多，结构复杂，使用维护麻烦；另外，由于不少发动机中心布设有喷嘴，不能再安装火花塞，再加之中心空间不足，因而，目前只能采取壁面点火的方式。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种双组元互击式火炬点火器，该双组元互击式火炬点火器采用火花塞中心点火的方式，点火能力强，点火温度高、点火所需推进剂流量小。

2、为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

3、一种双组元互击式火炬点火器，包括沿轴向依次同轴布设的一体式喷嘴、燃烧室和喷管；

4、一体式喷嘴包括喷注面板、n组推进剂喷嘴和火花塞；其中；n≥1。

5、喷注面板同轴密封布设在燃烧室头部。

6、n组推进剂喷嘴沿喷注面板的周向一体式布设，每组推进剂喷嘴均包括一个燃料喷嘴和一个氧化剂喷嘴。

7、燃料喷嘴喷射出的燃料和氧化剂喷嘴喷射出的氧化剂相互撞击，n组推进剂喷嘴的撞击点均为撞击点a，且撞击点a位于燃烧室的中轴线上；其中，撞击点a与喷注面板之间的喷注区域，形成为三角形截面的回流区域。

8、燃料和氧化剂撞击后形成的混合推进剂的动量之和位于燃烧室的中轴线上。

9、火花塞同轴安装在喷注面板的外侧端面，且火花塞的点火端位于燃烧室的回流区域内。

10、设燃料喷嘴所在直线与燃烧室中轴线的夹角为θ1，氧化剂喷嘴所在直线与燃烧室中轴线的夹角为θ2，θ1和θ2需根据燃料喷嘴中喷射的燃料流量、燃料流速，以及氧化剂喷嘴中喷嘴的氧化剂流量、氧化剂流速，进行确定。

11、每组推进剂喷嘴中燃料和氧化剂撞击后形成的混合推进剂的速度沿燃烧室的长度方向。

12、燃料喷嘴和氧化剂喷嘴的直径取值范围相同，且均为0.8-2mm。

13、火炬点火器的总流量在10-50g/s；并使喷注压降为燃烧室压力的15％-50％。

14、当推进剂喷嘴的数量和直径不变的情况下，推进剂喷注压比和燃烧室压力呈正比；因而，能在满足喷注压降的需要下，对燃气温度、流量和压力进行调节。

15、n＝2，：燃料喷嘴和氧化剂喷嘴均为直流喷嘴。

16、喷管尾收敛喷管，包括一体设置的收敛段和直管段；收敛段通过法兰盘与燃烧室尾部密封可拆卸连接，直管段与发动机相连接。

17、燃烧室上设置有测压孔，测压孔内安装有压力传感器，压力传感器能用于监测燃烧室压力。

18、燃料和氧化剂均为气体。

19、本发明具有如下有益效果：

20、1、工作能力强：点火能力强，能得到2000k以上的较高的火炬燃气温度，点火所需要的推进剂流量小，火炬点火器的总流量控制在10-50g/s即可。

21、2、结构简单：无需专门设计结构复杂的集气腔，喷嘴不需要复杂的装配工艺；整体密封方案简单可靠。

22、3、接口简单灵活：火炬可以通过螺纹或直管焊接连接到发动机上。

23、4、热防护方案简单：采用热沉冷却，热防护简单可靠；火花塞安装位置位于氧化剂和燃料混合最好的回流区域，即保证了及时着火，避免了启动过冲(室压增高)，有利于点火过程的平稳性；同时火花塞工作在未燃推进剂气氛中，避免了在热气流中的烧蚀，有利于火花塞的长时间和多次重复工作。

24、5、火炬整体尺寸小，推进剂利用效率高，采用气体推进剂时可以避免推进剂碰壁，避免烧蚀壁面；采用液体推进剂时推进剂碰壁，可以冷却燃烧室壁面。

技术特征：

1.一种双组元互击式火炬点火器，其特征在于：包括沿轴向依次同轴布设的一体式喷嘴、燃烧室和喷管；

2.根据权利要求1所述的双组元互击式火炬点火器，其特征在于：设燃料喷嘴所在直线与燃烧室中轴线的夹角为θ1，氧化剂喷嘴所在直线与燃烧室中轴线的夹角为θ2，θ1和θ2需根据燃料喷嘴中喷射的燃料流量、燃料流速，以及氧化剂喷嘴中喷嘴的氧化剂流量、氧化剂流速，进行确定。

3.根据权利要求1所述的双组元互击式火炬点火器，其特征在于：每组推进剂喷嘴中燃料和氧化剂撞击后形成的混合推进剂的速度沿燃烧室的长度方向。

4.根据权利要求1所述的双组元互击式火炬点火器，其特征在于：燃料喷嘴和氧化剂喷嘴的直径取值范围相同，且均为0.8-2mm。

5.根据权利要求1所述的双组元互击式火炬点火器，其特征在于：火炬点火器的总流量在10-50g/s；并使喷注压降为燃烧室压力的15％-50％。

6.根据权利要求5所述的双组元互击式火炬点火器，其特征在于：当推进剂喷嘴的数量和直径不变的情况下，推进剂喷注压比和燃烧室压力呈正比；因而，能在满足喷注压降的需要下，对燃气温度、流量和压力进行调节。

7.根据权利要求1所述的双组元互击式火炬点火器，其特征在于：n＝2，：燃料喷嘴和氧化剂喷嘴均为直流喷嘴。

8.根据权利要求1所述的双组元互击式火炬点火器，其特征在于：喷管尾收敛喷管，包括一体设置的收敛段和直管段；收敛段通过法兰盘与燃烧室尾部密封可拆卸连接，直管段与发动机相连接。

9.根据权利要求1所述的双组元互击式火炬点火器，其特征在于：燃烧室上设置有测压孔，测压孔内安装有压力传感器，压力传感器能用于监测燃烧室压力。

10.根据权利要求1所述的双组元互击式火炬点火器，其特征在于：燃料和氧化剂均为气体。

技术总结
本发明公开了一种双组元互击式火炬点火器，包括依次同轴布设的一体式喷嘴、燃烧室和喷管；一体式喷嘴包括喷注面板、n组推进剂喷嘴和火花塞；喷注面板同轴密封布设在燃烧室头部；n组推进剂喷嘴沿喷注面板的周向一体式布设，包括n个燃料喷嘴和n个氧化剂喷嘴；n组推进剂喷嘴的撞击点均为撞击点A，且撞击点A位于燃烧室的中轴线上；其中，撞击点A与喷注面板之间的喷注区域，形成为三角形截面的回流区域；燃料和氧化剂撞击后形成的混合推进剂的动量之和位于燃烧室的中轴线上；火花塞同轴安装在喷注面板的外侧端面，且火花塞的点火端位于燃烧室的回流区域内。本发明采用火花塞中心点火的方式，点火能力强，点火温度高、点火所需推进剂流量小。

技术研发人员：李庚,钟战,陈朋,黄卫东,聂万胜
受保护的技术使用者：中国人民解放军战略支援部队航天工程大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15