本發(fā)明涉及一種集成在推力室噴注器上的火炬式電點火器，適用于氫氧火箭發(fā)動機火炬點火，可用于航空航天領域。

背景技術：

1、重復使用液體火箭發(fā)動機以及高性能上面級發(fā)動機都對發(fā)動機點火次數(shù)提出更多的需求，目前廣泛采用的方案是采用火炬式電點火器來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的固體火藥點火器。火炬點火器的點火介質一般都是從發(fā)動機泵后管路或者高壓點火氣瓶引出，經點火管路和點火閥門進入點火器，點火器作為一個獨立的組件安裝在推力室頭部。一些液液點火器一般還需要專門設置預冷泄出閥和吹除閥門，整個點火系統(tǒng)比較復雜，組件較多，重量較重。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的技術解決問題是：克服現(xiàn)有技術的不足，提供了一種集成在氫氧火箭發(fā)動機推力室噴注器上的火炬式電點火器，取消點火閥門和點火管路，簡化點火系統(tǒng)和減輕重量。

2、本發(fā)明的技術解決方案是：

3、一種集成在推力室噴注器上的火炬式電點火器，包括：包括點火室3、電嘴1、密封圈2和螺母15；

4、電嘴1通過螺紋安裝在點火室3的上端中心，并采用密封圈2密封，點火室3與推力室噴注器的一底14之間采用螺母15固定，點火室3與推力室噴注器的二底10、三底4之間焊接連接；

5、一底14和二底10之間為噴注器燃料腔12，二底10和三底4之間為噴注器氧化劑腔8；

6、點火室3中設置有點火室燃料噴嘴5、點火室燃料噴嘴流道7、點火室燃料噴嘴進口9、點火室排放冷卻入口11、點火室排放冷卻環(huán)縫13和點火室氧化劑噴嘴17，點火室3中心沿軸向設置有點火室中心燃燒腔6；

7、燃料從噴注器燃料腔12，經過點火室燃料噴嘴進口9、點火室燃料噴嘴流道7、點火室燃料噴嘴5噴入點火室中心燃燒腔6；氧化劑沿噴注器氧化劑腔8和點火室氧化劑噴嘴17噴入點火室中心燃燒腔6；氧化劑和燃料在點火室中心燃燒腔6內霧化、摻混，并被上方的電嘴1點燃，形成高溫富氧燃氣向點火室下游排出；

8、燃料從噴注器燃料腔12，經過徑向設置的點火室排放冷卻進口11進入點火室排放冷卻環(huán)縫13，對點火室內壁進行冷卻，此部分燃料在點火室出口縮進區(qū)域16與點火室中心高溫富氧燃氣相遇，進行補燃，提高點火能量。

9、進一步的，點火室排放冷卻入口11設置n1層，每層的點火室排放冷卻入口11數(shù)量為n2個，層與層之間的點火室排放冷卻入口11成360/n1/n2度夾角。

10、進一步的，點火室排放冷卻入口11的總面積不低于冷卻環(huán)縫面積的2倍；

11、點火室排放冷卻入口11的總面積是指所有點火室排放冷卻入口11的橫截面面積之和；冷卻環(huán)縫面積是指冷卻環(huán)縫的橫截面面積。

12、進一步的，

13、點火室燃料噴嘴5和點火室氧化劑噴嘴17均為直流式噴嘴，點火室燃料噴嘴5以及氧化劑噴嘴17均為兩個，點火室燃料噴嘴5構成的平面和點火室氧化劑噴嘴17構成的平面相互垂直，兩個點火室燃料噴嘴5之間的夾角為a，燃料噴嘴交點與電嘴端面距離為d1；兩個氧化劑噴嘴17之間的夾角為b，氧化劑噴嘴交點與電嘴端面距離為d2。

14、進一步的，夾角a取值范圍90°～150°，夾角b取值范圍90°～150°，且a≤b≤a+20°,0.3d≤d1＝d2≤d，d是點火室中心燃料腔6的直徑。

15、進一步的，氧化劑和燃料噴射進入點火室中心燃料腔6后，相互撞擊與空間一點。

16、進一步的，點火室出口縮進區(qū)域16的長度l取值范圍為：0.5d≤l≤1.5d。

17、進一步的，點火室3采用3d打印一體成型，實現(xiàn)點火介質的分配、火炬燃燒。

18、進一步的，點火室3加工完成后進行獨立的氣液流篩選檢查，然后與噴注器二底、三底焊接，與一底之間采用螺母連接，成為噴注器的一部分，既用于點火器的點火，又作為噴注器中心的導火管。

19、進一步的，點火室燃料噴嘴流量通過點火室燃料噴嘴(5)孔尺寸控制，點火室排放冷卻流量通過冷卻環(huán)縫大小控制。

20、進一步的，推力室點火起動時，

21、推力室氧化劑閥門先打開，氧化劑流入噴注器氧化劑腔以及經點火室氧噴嘴進入點火室中心燃燒腔內；

22、點火電嘴開始通電發(fā)火；

23、推力室燃料閥門打開，燃料進入噴注器燃料腔以及經點火室燃料噴嘴進入點火室中心燃燒腔，與點火室中心燃燒腔內氧化劑摻混形成可燃混合物；

24、可燃混合物被電嘴發(fā)出的火花點燃形成富氧火焰，在點火室出口與排放冷卻的燃料補燃，提高火炬點火能量，火炬噴入推力室內腔將推力室點燃。

25、本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比的有益效果是：

26、(1)本發(fā)明火炬式電點火器結構集成在噴注器中，點火介質直接來源于噴注器的燃料腔和氧化劑腔，無需點火管路和點火閥門，大大簡化點火系統(tǒng)，減輕了系統(tǒng)重量；

27、(2)本發(fā)明點火室采用3d打印生產，直接將點火室噴嘴、點火室燃料流道以及排放冷卻結構等一體化打印，僅僅只有一個零件，與傳統(tǒng)的火炬式電點火器方案中的多零件焊接方案相比，點火室結構得到精簡；點火室生產完成后單獨進行氣液流試驗進行檢查篩選，有利于保證點火器的產品批量生產和控制點火器生產質量。

28、(3)本發(fā)明點火器燃料分為兩路，一路經點火器燃料噴嘴進入點火室中心燃燒，另一路通過徑向孔進入點火器排放冷卻環(huán)縫對點火室內壁進行冷卻，兩路流量通過噴嘴尺寸和環(huán)縫尺寸獨立控制，有利于點火器工況參數(shù)的精準控制；

29、(4)本發(fā)明點火器采用中心富氧燃燒，因為燃料在富氧范圍的可燃邊界比富燃范圍要寬，因此點火器采用中心富氧燃燒方式提高了點火器對點火工況變化的適應性，允許點火器入口條件在一定范圍變化，保證了點火器的點火可靠性。

30、(5)本發(fā)明點火器采用直流互擊式噴嘴，有利于氧化劑和燃料的霧化、摻混。

31、(6)本發(fā)明點火器采用排放冷卻，提高了點火器在點火和主級工況下的結構熱防護能力，出口區(qū)域的縮進促使了富氧燃氣與排放冷卻燃料的補燃，提高了點火能量。

技術特征：

1.一種集成在推力室噴注器上的火炬式電點火器，其特征在于包括：包括點火室(3)、電嘴(1)、密封圈(2)和螺母(15)；

2.根據權利要求1所述的一種集成在推力室噴注器上的火炬式電點火器，其特征在于：點火室排放冷卻入口(11)設置n1層，每層的點火室排放冷卻入口(11)數(shù)量為n2個，層與層之間的點火室排放冷卻入口(11)成360/n1/n2度夾角。

3.根據權利要求2所述的一種集成在推力室噴注器上的火炬式電點火器，其特征在于：點火室排放冷卻入口(11)的總面積不低于冷卻環(huán)縫面積的2倍；

4.根據權利要求2所述的一種集成在推力室噴注器上的火炬式電點火器，其特征在于：

5.根據權利要求4所述的一種集成在推力室噴注器上的火炬式電點火器，其特征在于：夾角a取值范圍90°～150°，夾角b取值范圍90°～150°，且a≤b≤a+20°,0.3d≤d1＝d2≤d，d是點火室中心燃料腔(6)的直徑。

6.根據權利要求5所述的一種集成在推力室噴注器上的火炬式電點火器，其特征在于：氧化劑和燃料噴射進入點火室中心燃料腔(6)后，相互撞擊于空間一點。

7.根據權利要求1所述的一種集成在推力室噴注器上的火炬式電點火器，其特征在于：點火室出口縮進區(qū)域(16)的長度l取值范圍為：0.5d≤l≤1.5d。

8.根據權利要求1所述的一種集成在推力室噴注器上的火炬式電點火器，其特征在于：點火室(3)采用3d打印一體成型，實現(xiàn)點火介質的分配、火炬燃燒。

9.根據權利要求1所述的一種集成在推力室噴注器上的火炬式電點火器，其特征在于：點火室(3)加工完成后進行獨立的氣液流篩選檢查，然后與噴注器二底、三底焊接，與一底之間采用螺母連接，成為噴注器的一部分，既用于點火器的點火，又作為噴注器中心的導火管。

10.根據權利要求1所述的一種集成在推力室噴注器上的火炬式電點火器，其特征在于：點火室燃料噴嘴流量通過點火室燃料噴嘴(5)孔尺寸控制，點火室排放冷卻流量通過冷卻環(huán)縫大小控制。

11.根據權利要求1所述的一種集成在推力室噴注器上的火炬式電點火器，其特征在于：推力室點火起動時，

技術總結
本發(fā)明涉及一種集成在推力室噴注器上的火炬式電點火器，包括點火室、電嘴、密封圈和螺母。本發(fā)明將火炬點火器與噴注器進行一體化集成設計，點火介質直接來源自于推力室噴注器氧化劑腔和燃料腔，取消點火閥門和點火管路，簡化點火系統(tǒng)和減輕重量。本發(fā)明點火器燃料分為兩路，一路經點火器燃料噴嘴進入點火室中心燃燒，另一路通過徑向孔進入點火器排放冷卻環(huán)縫對點火室內壁進行冷卻，兩路流量通過噴嘴尺寸和環(huán)縫尺寸獨立控制，有利于點火器工況參數(shù)的精準控制。采用排放冷卻提高了點火器在點火和主級工況下的結構熱防護能力，出口區(qū)域的縮進促使了富氧燃氣與排放冷卻燃料的補燃，提高了點火能量。

技術研發(fā)人員：王朝暉,王希杰,曾鼎,馬志瑜,楊進慧,杜寧,王仙,楊繼東,謝恒
受保護的技術使用者：北京航天動力研究所
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/12/26