專利名稱：燃?xì)鈬娮⑵鞲谎跞細(xì)夤?yīng)裝置及方法
燃?xì)鈬娮⑵鞲谎跞細(xì)夤?yīng)裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于燃?xì)鈬娮⑵髟囼?yàn)中的富氧燃?xì)夤?yīng)裝置及方法。
背景技術(shù)：
噴注器是液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵部件之一，噴注器性能的優(yōu)良直接影響到發(fā)動(dòng)機(jī) 性能的好壞。 全流量補(bǔ)燃循環(huán)系統(tǒng)是一種新型的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)系統(tǒng)，是目前具有最高燃燒性 能的分級(jí)燃燒技術(shù)，是液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的重要發(fā)展發(fā)展方向之一。在全流量補(bǔ)燃循環(huán) 發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)研究中，氣氣燃燒是其關(guān)鍵技術(shù)之一。所有流量的氫和氧經(jīng)過預(yù)燃室燃燒一次 驅(qū)動(dòng)渦輪后再進(jìn)入燃燒室進(jìn)行第二次燃燒，因此，全流量補(bǔ)燃循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)推力室的噴嘴為 燃?xì)鈬娮欤c常規(guī)液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的氣液噴嘴或者液液噴嘴完全不同。在全流量補(bǔ)燃循環(huán) 發(fā)動(dòng)機(jī)中，富氧預(yù)燃室混合比高，氫氣流量小，尤其在單噴嘴燃?xì)鈬娮煸囼?yàn)中，燃?xì)饬髁啃。?富氧預(yù)燃室氫氣流量極小，例如William M. Marshall, Sibtosh Pal，《Benchmark Wall Heat Flux Data for a G02/GH2 Single ElementCombustor》.AIAA 2005-3572所述，其富氧預(yù) 燃室混合比165，富氧預(yù)燃室氫氣流量不足0. 5g/s，以該文獻(xiàn)的流量為基準(zhǔn)，若要研究更低 溫度的燃?xì)鈬娮?，?shì)必需要提高混合比，則氫氣將更小，控制與測(cè)量難度大，需要精密的試 驗(yàn)設(shè)備與測(cè)量設(shè)備，成本高，且富氧預(yù)燃室設(shè)計(jì)難度大。同時(shí)，該文獻(xiàn)中富氧預(yù)燃室針對(duì)單 一燃?xì)鈬娮斓墓r設(shè)計(jì)，直徑長度一定，不適宜燃?xì)鈪?shù)需要大范圍調(diào)整時(shí)的試驗(yàn)研究，改 變?nèi)細(xì)鈪?shù)試驗(yàn)時(shí)需要更換新的富氧預(yù)燃室，試驗(yàn)難度大，成本高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問題是，設(shè)計(jì)一種富氧燃?xì)夤?yīng)系統(tǒng)，可以增加氫氣流量使其易 于控制與測(cè)量，降低富氧預(yù)燃室設(shè)計(jì)難度，同時(shí)可滿足各種工況下燃?xì)鈬娮⑵鲄?shù)的要求。 本發(fā)明采用的技術(shù)方案是富氧燃?xì)夥至?，從富氧預(yù)燃室出來的富氧燃?xì)庖徊糠诌M(jìn)入燃?xì)鈬?注器， 一部分排入大氣，流量通過音速噴嘴控制。 燃?xì)鈬娮⑵鞲谎跞細(xì)夤?yīng)裝置，包括富氧預(yù)燃室、接管嘴、紫銅密封墊圈、富氧燃 氣入口音速噴嘴、螺帽、管接件、三通轉(zhuǎn)接頭、外排音速噴嘴，富氧預(yù)燃室出口連接三通轉(zhuǎn)接 頭一端，三通轉(zhuǎn)接頭另外兩端分別通過富氧燃?xì)馊肟谝羲賴娮旌屯馀乓羲賴娮炫c燃?xì)鈬娮?器和大氣連通。音速噴嘴裝入接管嘴(4)與管接件(8)之間，通過螺帽7擰緊作用在紫銅 密封圈5上的壓力實(shí)現(xiàn)密封。 燃?xì)鈬娮⑵鞲谎跞細(xì)夤?yīng)方法富氧燃?xì)馔ㄟ^三通轉(zhuǎn)接頭分成兩部分，一部分進(jìn) 入燃?xì)鈬娮⑵鳎徊糠峙湃氪髿?。燃?xì)鈬娮⑵鞲谎跞細(xì)饬髁繀?shù)要求變化時(shí)，富氧預(yù)燃室工 作參數(shù)維持不變，更換富氧燃?xì)馊肟谝羲賴娮旌屯馀乓羲賴娮?。燃?xì)鈬娮⑵鞲谎跞細(xì)鉁囟?參數(shù)要求變化時(shí)，維持音速噴嘴直徑、氫氣流量不變，調(diào)整富氧預(yù)燃室氧氣流量。燃?xì)鈬娮?器富氧燃?xì)鉁囟群土髁繀?shù)均要求變化時(shí)，分兩步進(jìn)行維持氫氣流量不變，調(diào)整富氧預(yù)燃 室氧氣流量滿足溫度參數(shù)需求；更換富氧燃?xì)馊肟谝羲賴娮旌屯馀乓羲賴娮欤瑵M足流量參數(shù)需求。 該發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極作用在于(l)采用了分流方案，增加了富氧預(yù)燃室總流量， 從而使氫氣流量增加，利于氫氣的控制與調(diào)節(jié)和富氧預(yù)燃室的設(shè)計(jì)。(2)通過音速噴嘴控制 進(jìn)入燃?xì)鈬娮⑵鞯牧髁亢屯馀帕髁?，?dāng)燃?xì)鈬娮⑵髁髁恳笞兓瘯r(shí)，在富氧預(yù)燃室結(jié)構(gòu)不 做任何改變的情況下，可以調(diào)整氧氣流量、改變音速噴嘴直徑適應(yīng)新的工況，降低了試驗(yàn)難 度與試驗(yàn)成本。


圖1是富氧燃?xì)夤?yīng)裝置裝配圖具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明。 如圖l，該富氧燃?xì)夤?yīng)裝置包括富氧預(yù)燃室1、三通轉(zhuǎn)接頭2、外排音速噴嘴3、 接管嘴4、紫銅密封墊圈5、富氧燃?xì)馊肟谝羲賴娮?、螺帽7、管接件8。富氧預(yù)燃室1可以 在較大氫氣流量下設(shè)計(jì)，易于控制與測(cè)量，通過三通轉(zhuǎn)接頭2富氧燃?xì)庖徊糠滞ㄟ^富氧燃 氣入口音速噴嘴6通入燃?xì)鈬娮⑵?，一部分通過外排音速噴嘴3通入大氣。音速噴嘴裝入 接管嘴4與管接件8之間，通過螺帽7擰緊作用在紫銅密封圈5上的壓力實(shí)現(xiàn)密封，音速噴 嘴更換方便。 該富氧燃?xì)夤?yīng)系統(tǒng)具體操作過程如下 (1)若燃?xì)鈬娮⑵鞯母谎跞細(xì)饬髁啃枨蟀l(fā)生變化，通過更換富氧燃?xì)馊肟谝羲賴?嘴和外排音速噴嘴直徑調(diào)整流量，富氧預(yù)燃室工況無需作任何調(diào)整。設(shè)富氧預(yù)燃室總流量 為M，所需燃?xì)饬髁繛閙，燃?xì)鉁囟葹門，平衡常數(shù)為k，氣體常數(shù)為R，壓力為p，則富氧燃?xì)?入口音速噴嘴的直徑為 (2)若燃?xì)鈬娮⑵鲗?duì)富氧燃?xì)鉁囟葏?shù)需求改變，保證富氧預(yù)燃室氫氣流量一定，
根據(jù)溫度參數(shù)要求改變富氧預(yù)燃室氧氣流量滿足燃?xì)鈬娮⑵髁髁恳蟆?(3)若兩者都需要變化時(shí)，根據(jù)步驟(2)改變富氧燃?xì)鈪?shù)，再根據(jù)步驟(1)更換
音速噴嘴。 通過音速噴嘴更換滿足燃?xì)鈬娮⑵鞲鞣N工況需要，簡(jiǎn)單方便，成本低。
式中u為流量系數(shù)，可以通過試驗(yàn)進(jìn)行精確標(biāo)定。 外排音速噴嘴直徑
權(quán)利要求
燃?xì)鈬娮⑵鞲谎跞細(xì)夤?yīng)裝置，包括富氧預(yù)燃室(1)、接管嘴(4)、紫銅密封墊圈(5)、富氧燃?xì)馊肟谝羲賴娮?6)、螺帽(7)、管接件(8)，其特征在于還包括三通轉(zhuǎn)接頭(2)和外排音速噴嘴(3)，富氧預(yù)燃室(1)出口連接三通轉(zhuǎn)接頭(2)一端，三通轉(zhuǎn)接頭(2)另外兩端分別通過富氧燃?xì)馊肟谝羲賴娮?6)和外排音速噴嘴(3)與燃?xì)鈬娮⑵骱痛髿膺B通。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃?xì)鈬娮⑵鞲谎跞細(xì)夤?yīng)裝置，其特征在于設(shè)有多個(gè)喉部直徑不同的富氧燃?xì)馊肟谝羲賴娮臁?br> 3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的燃?xì)鈬娮⑵鞲谎跞細(xì)夤?yīng)裝置，其特征在于設(shè)有多個(gè)喉部直徑不同的外排音速噴嘴。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的燃?xì)鈬娮⑵鞲谎跞細(xì)夤?yīng)裝置，其特征在于音速噴嘴裝入接管嘴(4)與管接件(8)之間，通過螺帽(7)擰緊作用在紫銅密封圈(5)上的壓力實(shí)現(xiàn)密封。
5. 燃?xì)鈬娮⑵鞲谎跞細(xì)夤?yīng)方法，其特征在于富氧燃?xì)馔ㄟ^三通轉(zhuǎn)接頭分成兩部分， 一部分進(jìn)入燃?xì)鈬娮⑵鳎?一部分排入大氣。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的燃?xì)鈬娮⑵鞲谎跞細(xì)夤?yīng)方法，其特征在于燃?xì)鈬娮⑵鞲谎跞細(xì)饬髁繀?shù)要求變化時(shí)，富氧預(yù)燃室工作參數(shù)維持不變，更換富氧燃?xì)馊肟谝羲賴娮旌屯馀乓羲賴娮臁?br> 7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的燃?xì)鈬娮⑵鞲谎跞細(xì)夤?yīng)方法，其特征在于燃?xì)鈬娮⑵鞲谎跞細(xì)鉁囟葏?shù)要求變化時(shí)，維持音速噴嘴直徑、氫氣流量不變，調(diào)整富氧預(yù)燃室氧氣流
8. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的燃?xì)鈬娮⑵鞲谎跞細(xì)夤?yīng)方法，其特征在于燃?xì)鈬娮⑵鞲谎跞細(xì)鉁囟?、流量參?shù)均要求變化時(shí)，分兩步進(jìn)行第一步維持氫氣流量不變，調(diào)整富氧預(yù)燃室氧氣流量滿足溫度參數(shù)需求。第二步更換富氧燃?xì)馊肟谝羲賴娮旌屯馀乓羲賴娮?，滿足流量參數(shù)需求。
全文摘要
燃?xì)鈬娮⑵鞲谎跞細(xì)夤?yīng)裝置及方法，屬于火箭發(fā)動(dòng)機(jī)推進(jìn)劑輸送系統(tǒng)設(shè)計(jì)領(lǐng)域。富氧燃?xì)夤?yīng)裝置包括富氧預(yù)燃室(1)、三通轉(zhuǎn)接頭(2)、外排音速噴嘴(3)、接管嘴(4)、紫銅密封墊圈(5)、富氧燃?xì)馊肟谝羲賴娮?6)、螺帽(7)、管接件(8)。通過三通轉(zhuǎn)接頭(2)富氧燃?xì)庖徊糠滞ㄟ^富氧燃?xì)馊肟谝羲賴娮?6)進(jìn)入燃?xì)鈬娮⑵?，一部分通過外排音速噴嘴(3)通入大氣。音速噴嘴裝入接管嘴(4)與管接件(8)之間，通過螺帽(7)擰緊作用在紫銅密封圈(5)上的壓力實(shí)現(xiàn)密封。采用一定方法調(diào)整富氧燃?xì)饬髁?、更換富氧燃?xì)馊肟谝羲賴娮?6)和外排音速噴嘴(3)滿足燃?xì)鈬娮⑵鲄?shù)要求?？山档透谎躅A(yù)燃室設(shè)計(jì)難度，并使燃?xì)鈬娮⑵鞅懔髁吭囼?yàn)的成本和工作量顯著降低。
文檔編號(hào)F02K9/00GK101738319SQ20081022599
公開日2010年6月16日 申請(qǐng)日期2008年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月10日
發(fā)明者俞南嘉, 李茂 , 蔡國飆, 金平, 高玉閃 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)