專利名稱：雙同軸氣-氣噴嘴的制作方法
雙同軸氣-氣噴嘴
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及液體火箭發(fā)動機噴嘴，尤其涉及一種在燃燒室內(nèi)形成"燃料-氧化
劑-燃料"推進劑分布情況的雙同軸氣-氣噴嘴。背景技術(shù)：
噴嘴是液體火箭發(fā)動機中的重要部件，它的功能是將推進劑引入燃燒室，組織推進劑的燃燒，使混合物中燃料和氧化劑比例得當，組分沿燃燒室橫截面分布均勻。
液體火箭發(fā)動機是推進劑為液體的發(fā)動機，但是，在某些種類的液體火箭發(fā)動機中，燃料和氧化劑在噴入燃燒室摻混燃燒之前已經(jīng)轉(zhuǎn)化為氣態(tài)，因此需要對氣_氣噴嘴技術(shù)進行研究。比如在全流量補燃循環(huán)液體火箭發(fā)動機中，全部流量的液態(tài)推進劑先進入富氧預燃室和富燃預燃室初步燃燒，形成高溫的富氧燃氣和富燃燃氣，然后兩種燃氣再進入主燃燒室繼續(xù)摻混補燃，因此在全流量補燃循環(huán)發(fā)動機的主燃燒室中需要使用氣_氣噴嘴，即噴射的燃料和氧化劑均為氣態(tài)的噴嘴。 當液態(tài)推進劑噴入燃燒室內(nèi)時，推進劑液滴會經(jīng)歷霧化、蒸發(fā)、摻混和燃燒四個過程，推進劑液滴越小越有利于加快霧化和蒸發(fā)過程，從而加快摻混并使燃燒更加完全，提高燃燒效率。為使液體推進劑破碎成為直徑小的液滴，發(fā)動機頭部需要多個較小直徑的單噴嘴，而這會增加結(jié)構(gòu)復雜性和制造成本。 氣體推進劑在燃燒室中只有摻混和燃燒過程，因此可通過增大單噴嘴的流量，實現(xiàn)發(fā)動機頭部噴嘴數(shù)目的減少以降低結(jié)構(gòu)復雜程度和成本。但是，若使用傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的同軸剪切噴嘴，當單噴嘴流量大幅增加時，會導致推進劑不能在燃燒室內(nèi)完全燃燒，使燃燒效率下降。 公知的是，同軸氣-氣噴嘴噴射燃料和氧化劑到燃燒室內(nèi)時，摻混燃燒首先發(fā)生在兩種推進劑的接觸面(即燃燒面)上，增大接觸面面積對加快燃燒過程、縮短燃燒長度、提高燃燒效率有利。因此，擴大燃料和氧化劑的接觸面積是氣-氣同軸噴嘴研究的一個重要目標。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明創(chuàng)造性地提出了一種雙同軸氣-氣噴嘴，采用在中心燃料噴孔和外圈環(huán)形燃料噴孔中間夾設(shè)環(huán)形氧化劑噴孔結(jié)構(gòu)，使噴射的推進劑形成"燃料_氧化劑_燃料"的分布形態(tài)，從而使燃料和氧化劑形成內(nèi)、外兩個燃燒面。
本發(fā)明雙同軸氣_氣噴嘴的結(jié)構(gòu)如下所述。 雙同軸氣-氣噴嘴，包括噴嘴主體(1)和圓柱套筒(2)，噴嘴主體(1)為圓柱狀，由外徑遞減的上段(4)、中段(5)和下段(6)組成，圓柱套筒側(cè)壁設(shè)有多個通孔(3)，圓柱套筒(2) —端連接在噴嘴主體(1)上段和中段之間的臺肩(7)上構(gòu)成一個整體，并且在圓柱套筒和噴嘴主體之間形成有環(huán)形空腔(8)。噴嘴主體內(nèi)部形成有中心噴孔(9)和環(huán)形噴孔(10)，噴嘴主體側(cè)面周向開設(shè)有3個徑向孔(11)使中心噴孔(9)與環(huán)形空腔(8)連通，三個徑向孔的總面積大于中心噴孔(9)面積的1. 5倍；噴嘴主體上端面上沿圓周均布有3個 與環(huán)形噴孔(10)連通的扇形流體通道(12)，環(huán)形噴孔(10)的面積是流體通道(12)總面積 的2-4倍，流體通道(12)的長度L大于其單個扇形面積水力直徑的3倍。從通孔(3)通入 燃料，從流體通道(12)通入氧化劑，從而在燃燒室內(nèi)形成"燃料-氧化劑-燃料"的推進劑 分布情況，即燃燒室內(nèi)形成兩個燃燒面。 本發(fā)明通過增大推進劑之間的接觸面積可加快燃燒過程、縮短燃燒長度、提高燃 燒效率，并可大量減少頭部的噴嘴數(shù)目以降低結(jié)構(gòu)復雜程度和制造成本。本發(fā)明基于而不 局限于液體火箭發(fā)動機，還可以用于其他涉及氣-氣噴注的裝置或設(shè)備中。

圖i是本發(fā)明雙同軸氣-氣噴嘴剖視圖 圖2是圖1中A-A截面視圖 圖3是圖1中B向視圖 圖4是分體式噴嘴主體結(jié)構(gòu)示意圖
具體實施方式
本發(fā)明首次提出雙同軸氣-氣噴嘴，能在大流量工況下實現(xiàn)高的燃燒效率。提供 了雙同軸氣_氣噴嘴及其設(shè)計方法，能保證推進劑能高效、穩(wěn)定的燃燒，設(shè)計方法簡單有 效。使用雙同軸噴嘴的發(fā)動機，可大量減少頭部的噴嘴數(shù)目。 如圖1、2、3所示的雙同軸氣-氣噴嘴，包括噴嘴主體(1)和圓柱套筒(2)，噴嘴主 體(1)為圓柱狀，由外徑遞減的上段(4)、中段(5)和下段(6)組成，圓柱套筒側(cè)壁設(shè)有多 個通孔(3)，圓柱套筒(2) —端連接在噴嘴主體(1)上段和中段之間的臺肩(7)上構(gòu)成一 個整體，并且在圓柱套筒和噴嘴主體之間形成有環(huán)形空腔(8)。噴嘴主體內(nèi)部形成有中心 噴孔(9)和環(huán)形噴孔(10)，噴嘴主體側(cè)面周向開設(shè)有3個徑向孔(11)使中心噴孔(9)與 環(huán)形空腔(8)連通，三個徑向孔的總面積大于中心噴孔(9)面積的1. 5倍；噴嘴主體上端面 上沿圓周均布有3個與環(huán)形噴孔(10)連通的扇形流體通道(12)，環(huán)形噴孔(10)的面積是 流體通道(12)總面積的2-4倍，流體通道(12)的長度L大于其單個扇形面積水力直徑的 3倍。從通孔(3)通入燃料，從流體通道(12)通入氧化劑，從而在燃燒室內(nèi)形成"燃料-氧 化劑_燃料"的推進劑分布情況，即燃燒室內(nèi)形成兩個燃燒面。 扇環(huán)形的加工可以通過線切割完成，由于雙同軸噴嘴氧化劑環(huán)形通道需要一定的 長度，常規(guī)的加工方法很難整體加工，為了降低加工難度，可將噴嘴主體分開加工，然后焊 接為整體，再對焊接后的焊縫處和噴嘴出口進行精確加工以保證同軸度和關(guān)鍵尺寸達到公 差要求。如圖4所示。
權(quán)利要求
雙同軸氣-氣噴嘴，包括噴嘴主體(1)和圓柱套筒(2)，圓柱套筒側(cè)壁設(shè)有多個通孔(3)，噴嘴主體和圓柱套筒連接構(gòu)成一個整體，并且在圓柱套筒和噴嘴主體之間形成有環(huán)形空腔(8)，其特征在于噴嘴主體內(nèi)部形成有中心噴孔(9)和環(huán)形噴孔(10)，噴嘴主體側(cè)面開設(shè)有徑向孔(11)使中心噴孔(9)與環(huán)形空腔(8)連通，噴嘴主體上端面上開有與環(huán)形噴孔(10)連通的流體通道(12)。
2. 如權(quán)利要求l所述的雙同軸氣-氣噴嘴，其特征在于噴嘴主體(1)包括第一部件 (13)和第二部件(14)，兩者通過焊接連接到一起。
3. 如權(quán)利要求l或2所述的雙同軸氣-氣噴嘴，其特征在于噴嘴主體(1)為圓柱狀， 由外徑遞減的上段(4)、中段(5)和下段(6)組成。
4. 如權(quán)利要求3所述的雙同軸氣-氣噴嘴，其特征在于圓柱套筒(2) —端連接在噴 嘴主體(1)上段和中段之間的臺肩(7)上。
5. 如權(quán)利要求l-4任一權(quán)利要求所述的雙同軸氣-氣噴嘴，其特征在于流體通道 (12)垂直軸向的截面為扇形。
6. 如權(quán)利要求5所述的雙同軸氣-氣噴嘴，其特征在于流體通道(12)在噴嘴主體上 端面沿圓周均布有3個，環(huán)形噴孔(10)的面積是流體通道(12)總面積的2-4倍，流體通道 (12)的長度L大于其單個扇形面積水力直徑的3倍。
7. 如權(quán)利要求6所述的雙同軸氣-氣噴嘴，其特征在于徑向孔(11)在噴嘴主體側(cè)面 周向均布有3個，三個徑向孔的總面積大于中心噴孔(9)面積的1. 5倍。
8. 如權(quán)利要求l或2所述的雙同軸氣-氣噴嘴，其特征在于從通孔(3)通入燃料，從 流體通道(12)通入氧化劑，從而在燃燒室內(nèi)形成"燃料-氧化劑-燃料"的推進劑分布情 況，即燃燒室內(nèi)形成兩個燃燒面。
全文摘要
雙同軸氣-氣噴嘴，使推進劑在發(fā)動機燃燒室中形成“燃料-氧化劑-燃料”的分布形態(tài)，以增大燃料和氧化劑的接觸面積，從而在燃燒室內(nèi)形成內(nèi)、外兩個環(huán)形燃燒面。包括噴嘴主體(1)和圓柱套筒(2)，圓柱套筒側(cè)壁設(shè)有多個通孔(3)，噴嘴主體和圓柱套筒連接構(gòu)成一個整體，并且在圓柱套筒和噴嘴主體之間形成有環(huán)形空腔(8)。噴嘴主體內(nèi)部形成有中心噴孔(9)和環(huán)形噴孔(10)，噴嘴主體側(cè)面開設(shè)有徑向孔(11)使中心噴孔(9)與環(huán)形空腔(8)連通，噴嘴主體上端面上開有與環(huán)形噴孔(10)連通的流體通道(12)?？杉涌烊紵^程、縮短燃燒長度，能使推進劑在大流量工況下實現(xiàn)高的燃燒效率，并可大量減少頭部的噴嘴數(shù)目以降低結(jié)構(gòu)復雜程度和制造成本。
文檔編號F02K9/00GK101737197SQ20081022625
公開日2010年6月16日 申請日期2008年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月11日
發(fā)明者杜正剛, 蔡國飆, 高玉閃 申請人:北京航空航天大學