真空射流保護(hù)罩的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種真空射流保護(hù)罩，其能夠約束航天器在軌液體排放羽流角小于100°的保護(hù)罩。通過(guò)圓弧過(guò)渡，使液體射流連續(xù)進(jìn)入錐形真空區(qū)，45°錐角能避免射流與錐形壁面之間出現(xiàn)間隙形成湍流擾動(dòng)，且50mm的閃蒸長(zhǎng)度能夠確保液體充分閃蒸，避免了液體流出保護(hù)罩之后而二次閃蒸，有效約束真空射流羽流角；同時(shí)，保護(hù)罩內(nèi)表面的光滑處理和唇口的銳利處理，能避免閃蒸冰粒的附著，保持保護(hù)罩完整的型面，有效約束真空射流羽流角。
【專利說(shuō)明】真空射流保護(hù)罩

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及金屬保護(hù)罩，具體地，涉及一種能夠有效約束液體真空射流羽流角的金屬保護(hù)罩。

【背景技術(shù)】
[0002]我國(guó)航天器在軌排放要求液體出流羽流角小于100°，以保護(hù)排放口附近的航天器壁面及儀器。國(guó)內(nèi)外約束羽流角常用的措施有:改變液體初始溫度、改變液體出流速度以及改變管徑等。這些措施雖然在一定程度上能改善出流羽流角，但對(duì)于排放中后期管口不可避免出現(xiàn)的結(jié)冰現(xiàn)象，這些措施卻無(wú)能為力，因?yàn)榻Y(jié)冰會(huì)改變管口及管路型面，導(dǎo)致出流方向不可控不規(guī)則，無(wú)法滿足我國(guó)航天器小于100°的要求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，為了解決現(xiàn)有約束羽流角措施無(wú)法滿足我國(guó)航天器在軌排放要求的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種錐形真空射流保護(hù)罩，該保護(hù)罩能確保在排放的全過(guò)程中羽流角均小于100°度，且在保護(hù)罩外緣不會(huì)有羽流角度擴(kuò)大和回流現(xiàn)象。
[0004]根據(jù)本發(fā)明提供的一種真空射流保護(hù)罩，包括錐形保護(hù)罩，所述錐形保護(hù)罩由直管、錐段構(gòu)成，直管到錐段光滑圓弧過(guò)渡，錐形保護(hù)罩內(nèi)表面光滑，錐形保護(hù)罩的唇口切割保持銳利。
[0005]優(yōu)選地，
[0006]錐形保護(hù)罩的半錐角為45度；
[0007]錐形保護(hù)罩錐段長(zhǎng)度為50mm ；
[0008]直管到錐段的內(nèi)倒角直徑為直管管徑的1/3 ；
[0009]直管到錐段的外倒角直徑為直管管徑的2/3。
[0010]優(yōu)選地，錐形保護(hù)罩內(nèi)表面粗糙度為1.6。
[0011]優(yōu)選地，錐形保護(hù)罩的唇口外緣切面與錐形保護(hù)罩的軸線平行。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果:
[0013]本發(fā)明能夠在外加少量結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上給航天器排放口附近的外表面和儀器提供切實(shí)安全的保護(hù)，保證航天器的正常壽命。通過(guò)圓弧過(guò)渡，使液體射流連續(xù)進(jìn)入錐形真空區(qū)，45°錐角能避免射流與錐形壁面之間出現(xiàn)間隙形成湍流擾動(dòng)，且50mm的閃蒸長(zhǎng)度能夠確保液體充分閃蒸，避免了液體流出保護(hù)罩之后而二次閃蒸，有效約束真空射流羽流角；同時(shí)，保護(hù)罩內(nèi)表面的光滑處理和唇口的銳利處理，能避免閃蒸冰粒的附著，保持保護(hù)罩完整的型面，有效約束真空射流羽流角。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]通過(guò)閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯:
[0015]圖1為本發(fā)明的原理圖。
[0016]圖中:
[0017]I—直管；
[0018]2—錐段；
[0019]3—唇口。

【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0021]本發(fā)明解決航天器在軌排放羽流角小于100°的方案是:采用圓弧過(guò)渡的45°錐形保護(hù)罩，保護(hù)罩內(nèi)表面光滑，唇口銳利。圓弧過(guò)渡能保證液體連續(xù)漸變的進(jìn)入保護(hù)罩內(nèi)部區(qū)域，在進(jìn)入保護(hù)罩內(nèi)部的真空區(qū)域后，液體因接觸真空環(huán)境劇烈閃蒸汽化，由于液體為連續(xù)漸變的進(jìn)入錐形保護(hù)罩，在液體汽化時(shí)，液體與保護(hù)罩壁面間不會(huì)出現(xiàn)湍流間隙來(lái)擾亂射流出流，同時(shí)因45°錐角空間能滿足液體真空相變所需的體積空間，使得液體流出保護(hù)罩時(shí)不會(huì)因?yàn)橄嘧儾怀浞侄闻蛎浶纬筛蟮挠鹆麇F角。保護(hù)罩內(nèi)表面光滑處理和唇口銳利處理均能防止液體真空閃蒸時(shí)的冰粒附著，保持保護(hù)罩的完整型面，有效地約束真空射流羽流角。
[0022]具體地，在圖1中，真空射流保護(hù)罩包括錐形保護(hù)罩，錐形保護(hù)罩的半錐角為45度，直管到錐段的內(nèi)倒角直徑為管徑的1/3，直管到錐段的外倒角直徑為管徑的2/3，錐段長(zhǎng)度為50mm，保護(hù)罩內(nèi)表面粗糙度為1.6，錐段唇口外緣切面與真空射流保護(hù)罩的軸線平行，唇口外緣保持銳利。
[0023]關(guān)于本發(fā)明所采用的設(shè)計(jì)參數(shù)，應(yīng)該注意的是:
[0024](I)錐形保護(hù)罩的半錐角為45度
[0025]本發(fā)明半錐角45度的確立是在分析液體真空射流特性，因過(guò)熱出現(xiàn)超音速膨脹流，以錐形保護(hù)罩錐頂為膨脹點(diǎn)源沿徑向和軸向膨脹流出，因膨脹后的氣液混合流超音速，液體初始速度的影響和忽略不計(jì)，由此，膨脹流的合速度即為與軸向呈45度指向下游，保護(hù)罩的角度即應(yīng)當(dāng)與混合流同向，過(guò)大或過(guò)小以及非錐形都會(huì)影響保護(hù)罩的保護(hù)效果。
[0026](2)錐形保護(hù)罩錐段長(zhǎng)度為50mm
[0027]理論上錐形保護(hù)罩長(zhǎng)度越長(zhǎng)保護(hù)效果越好，基于最有效原則，選取不同長(zhǎng)度保護(hù)罩仿真計(jì)算，對(duì)比分析表明50mm長(zhǎng)度時(shí)，混合流膨脹充分，不會(huì)形成二次點(diǎn)源膨脹，保護(hù)效果最好，在仿真基礎(chǔ)上試驗(yàn)驗(yàn)證表明50mm長(zhǎng)度保護(hù)效果最好。
[0028](3)錐形保護(hù)罩內(nèi)表面粗糙度為1.6
[0029]射流因劇烈相變結(jié)冰時(shí)，管壁的微突起和微凹陷為溫度梯度最大處，該處最易結(jié)冰，而管壁的微突起和微凹陷即為粗糙度的微觀表現(xiàn)，粗糙度越高則突起凹陷越小，越不易結(jié)冰，理論上絕對(duì)光滑壁面最有效，但考慮現(xiàn)行工業(yè)加工能力，故給出較高的粗糙度1.6。
[0030](4)直管到錐段的內(nèi)倒角直徑為直管管徑的1/3，直管到錐段的外倒角直徑為直管管徑的2/3
[0031]外倒角為保證剛度的條件下方便加工，內(nèi)倒角為仿真計(jì)算得湍流損耗最小的倒角。
[0032]以上對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。
【權(quán)利要求】
1.一種真空射流保護(hù)罩，其特征在于，包括錐形保護(hù)罩，所述錐形保護(hù)罩由直管、錐段構(gòu)成，直管到錐段光滑圓弧過(guò)渡，錐形保護(hù)罩內(nèi)表面光滑，錐形保護(hù)罩的唇口切割保持銳利。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的真空射流保護(hù)罩，其特征在于， 錐形保護(hù)罩的半錐角為45度； 錐形保護(hù)罩錐段長(zhǎng)度為50mm ； 直管到錐段的內(nèi)倒角直徑為直管管徑的1/3 ； 直管到錐段的外倒角直徑為直管管徑的2/3。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的真空射流保護(hù)罩，其特征在于，錐形保護(hù)罩內(nèi)表面粗糙度為1.6。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的真空射流保護(hù)罩，其特征在于，錐形保護(hù)罩的唇口外緣切面與錐形保護(hù)罩的軸線平行。
【文檔編號(hào)】F02K9/52GK104405532SQ201410588508
【公開(kāi)日】2015年3月11日 申請(qǐng)日期:2014年10月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月28日
【發(fā)明者】康亮杰, 江銘偉, 鄭東曉, 肖開(kāi)陽(yáng), 諶忠庭, 趙楊, 陳開(kāi)瑩 申請(qǐng)人:上?？臻g推進(jìn)研究所