專利名稱：小流量高溫氣體推進劑供應(yīng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種小流量高溫氣體推進劑供應(yīng)裝置，屬于火箭發(fā)動機燃氣供應(yīng)系統(tǒng) 領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
全流量補燃循環(huán)發(fā)動機系統(tǒng)是目前具有最高性能的補燃系統(tǒng)。在全流量補燃循環(huán) 發(fā)動機系統(tǒng)中，所有流量的推進劑先通過富氫和富氧兩個預(yù)燃室燃燒形成富氫燃氣和富氧 燃氣驅(qū)動各自的渦輪后再進入推力室補燃，主燃燒室入口推進劑為具有較高溫度的燃氣。 與常溫氫氣/氧氣推進劑相比，其溫度更高、體積流量更大，主燃燒室入口推進劑組分發(fā)生 變化，這些變化將會給燃燒和燃燒室的熱載帶來新的影響。Marshall等人對以富氫/富氧燃氣為推進劑和常溫氫氣/氧氣為推進劑的氣-氣 噴注器的對比試驗研究認為，富氫/富氧燃氣氣-氣噴注器對燃燒室的熱載約為常溫氫氣 /氧氣氣-氣噴注器的兩倍(AIAA2005-357》。在燃燒機理方面，燃氣溫度增加有利于提升 燃燒性能，可提高發(fā)動機性能。而另一方面，推力室入口燃氣溫度過高對整個發(fā)動機系統(tǒng)非 常不利，富氧燃氣溫度的增加會顯著增加富氧預(yù)燃室、氧渦輪及富氧燃氣路抗氧化性的設(shè) 計難度，而富氫燃氣溫度的增加對氫渦輪的壽命、密封等都不利。因此，以富氫/富氧燃氣 為推進劑研究氣氣噴注器具有重要意義。目前對氣氣燃燒的研究主要以常溫氫氣和氧氣， 與實際應(yīng)用的高溫富氫/富氧燃氣氣氣燃燒有顯著區(qū)別。采用先進的光學(xué)測量設(shè)備對氣氣 燃燒火焰結(jié)構(gòu)研究是研究途徑之一，首先對氣氣噴嘴進行縮尺，以較小流量的推進劑研究 火焰結(jié)構(gòu)，可減少試驗成本，提高試驗的安全可靠性。在高溫富氫/富氧燃氣氣氣燃燒試驗 中，如何提供小流量的富氫/富氧燃氣是技術(shù)難點之一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決小流量富氫燃氣的產(chǎn)生、小流量富氫燃氣溫度控制、氧 氣溫度的加熱的技術(shù)問題，提供一種簡單、易操作、可根據(jù)試驗需要調(diào)節(jié)溫度和流量的小流 量富氫燃氣和氧氣的試驗裝置，用于氣氣噴嘴試驗。本發(fā)明一種小流量高溫氣體推進劑供應(yīng)裝置，包括小燃燒室、音速噴嘴組件、熱交 換器和氣氣噴嘴試驗件；小燃燒室主要包括氧噴嘴、氫噴嘴、電火花塞和燃燒室殼體；氧噴嘴和氫噴嘴固定 連接組合成同軸直流噴嘴，并安裝在燃燒室殼體頭部；氧噴嘴和氫噴嘴進氣端分別連接音 速噴嘴組件；電火花塞安裝在燃燒室殼體側(cè)面，燃燒室殼體尾端連接兩個并行的音速噴嘴 組件，兩個音速噴嘴分別連接熱交換器和氣氣噴嘴試驗件；氣氣噴嘴試驗件設(shè)置氧氣入口， 氧氣入口連接一個音速噴嘴組件，氧氣通過音速噴嘴組件進入熱交換器進行加熱，加熱后 的氧氣輸入至氣氣噴嘴試驗件。本發(fā)明的優(yōu)點在于本發(fā)明利用氫氣易燃的特點，采用成熟的電火花點火技術(shù)，在小燃燒室內(nèi)對氫氣和氧氣實施點火，即可產(chǎn)生穩(wěn)定的富氫燃氣。富氫燃氣分成兩部分，一部分通過管路供給氣 氣噴嘴，用于試驗，另一部分供應(yīng)給熱交換器用于加熱氧氣，可將氧氣增溫到試驗需要的溫 度，富氫燃氣流量分配采用音速噴嘴控制。該裝置增加了小燃燒室內(nèi)氫氣和氧氣的質(zhì)量流 量，有利于對小流量氫氣和氧氣的精確控制，避免流量過小而難以精確控制和測量的問題， 另外增加流量也增加了完全燃燒所釋放的能量，更有利于提高電火花的點火可靠性，而音 速噴嘴結(jié)構(gòu)簡單，易更換。在一定流量下，通過調(diào)節(jié)氫氣和氧氣的比例可以調(diào)節(jié)富氫燃氣的 溫度，實現(xiàn)溫度可調(diào)的目的；在一定混合比條件下，增加或者減小氫氣和氧氣的流量實現(xiàn)流 量可調(diào)；通過調(diào)節(jié)加熱富氫燃氣流量控制氧氣的溫度。


圖1是本發(fā)明一種小流量高溫氣體推進劑供應(yīng)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明小燃燒室結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明音速噴嘴組件示意圖。圖中1-小燃燒室 2-音速噴嘴組件 3-熱交換器4-氣氣噴嘴試 驗件5-氧噴嘴6-氫噴嘴7-電火花塞8-燃燒室殼體
具體實施例方式下面將結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明。本發(fā)明是一種小流量高溫氣體推進劑供應(yīng)裝置，如圖1所示，包括小燃燒室1、音 速噴嘴組件2、熱交換器3和氣氣噴嘴試驗件4。小燃燒室1如圖2所示，主要包括氧噴嘴5、氫噴嘴6、電火花塞7和燃燒室殼體8。 氧噴嘴5和氫噴嘴6通過焊接組合成同軸直流噴嘴，并通過螺紋安裝在燃燒室殼體8頭部； 氧噴嘴5和氫噴嘴6進氣端分別連接音速噴嘴組件2，氧氣和氫氣分別通過音速噴嘴組件2 進入氧噴嘴5和氫噴嘴6 ；電火花塞7安裝在燃燒室殼體8側(cè)面，燃燒室殼體8尾端連接兩 個并行的音速噴嘴組件2，兩個音速噴嘴2分別連接熱交換器3和氣氣噴嘴試驗件4。氣氣 噴嘴試驗件4設(shè)置氧氣入口，氧氣入口連接一個音速噴嘴組件2，氧氣通過音速噴嘴組件2 進入熱交換器3進行加熱，加熱后的氧氣輸入至氣氣噴嘴試驗件4，通過熱交換器用于加熱 氧氣的富氫氣體則通過管路排入大氣。音速噴嘴組件2采用可拆卸式結(jié)構(gòu)，包括導(dǎo)入管9、壓緊螺母10、密封墊圈11、音 速噴嘴12、螺紋接頭13和導(dǎo)出管14。音速噴嘴12安裝于導(dǎo)入管9和螺紋接頭13之間，通 過壓緊螺母10固定，螺紋接頭13連接導(dǎo)出管14，音速噴嘴12兩端有密封墊圈11密封，密 封墊圈11的材料為退火紫銅。根據(jù)試驗需要能夠更換不同直徑的音速噴嘴12。氣體從音 速噴嘴組件2的導(dǎo)入管9進入，經(jīng)過音速噴嘴12后，從導(dǎo)出管14排出。利用本發(fā)明所述小流量高溫氣體推進劑供應(yīng)裝置試驗時，首先給電火花塞7供 電，電火花塞7工作；然后通過氧噴嘴5、氫噴嘴6依次往小燃燒室1內(nèi)供入氧氣、氫氣，兩 者混合氣體遇到電火花塞7放出的電火花被引燃，兩者燃燒產(chǎn)生高溫的富氫燃氣，并可以 通過調(diào)節(jié)質(zhì)量流量混合比調(diào)節(jié)所需富氫燃氣的溫度。
小燃燒室1產(chǎn)生的富氫燃氣一部分提供給氣氣噴嘴試驗件4，滿足試驗需要，另一 部分提供給熱交換器3，用于加熱氧氣滿足試驗需要。兩部分富氫燃氣的流量通過音速噴嘴 組件2中的音速噴嘴12控制。除富氫燃氣分配采用音速噴嘴12外，在小燃燒室1的氫氣、 氧氣入口和氣氣噴嘴試驗件4氧氣入口均安裝有音速噴嘴組件2，用于控制進入小燃燒室1 氫氣、氧氣和氣氣噴嘴試驗件4氧氣的流量。當(dāng)音速噴嘴12喉部面積一定，并在喉部達到音速時，通過音速噴嘴12的流量與壓 力成正比，可以通過壓力調(diào)節(jié)質(zhì)量流量，見式(1)。當(dāng)質(zhì)量流量變化較大時，可以更換不同喉
部尺寸的音速噴嘴12在更大流量范圍內(nèi)調(diào)節(jié)供應(yīng)流量滿足不同的試驗流量需求。 *
權(quán)利要求
1.一種小流量高溫氣體推進劑供應(yīng)裝置，其特征在于，包括小燃燒室、音速噴嘴組件、 熱交換器和氣氣噴嘴試驗件；小燃燒室主要包括氧噴嘴、氫噴嘴、電火花塞和燃燒室殼體；氧噴嘴和氫噴嘴固定連接 在燃燒室殼體頭部；氧噴嘴和氫噴嘴進氣端分別連接第一音速噴嘴組件和第二音速噴嘴組 件；電火花塞安裝在燃燒室殼體側(cè)面，燃燒室殼體尾端連接兩個并行的第三音速噴嘴組件 和第四音速噴嘴組件，第三音速噴嘴組件和第四音速噴嘴組件分別連接熱交換器和氣氣噴 嘴試驗件；氣氣噴嘴試驗件設(shè)置氧氣入口，氧氣入口連接第五音速噴嘴組件，氧氣通過第五 音速噴嘴組件后進入熱交換器進行換熱，被加熱后的氧氣輸入至氣氣噴嘴試驗件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種小流量高溫氣體推進劑供應(yīng)裝置，其特征在于，所述的 音速噴嘴組件采用可拆卸式結(jié)構(gòu)，包括導(dǎo)入管、壓緊螺母、音速噴嘴、螺紋接頭和導(dǎo)出管； 音速噴嘴安裝于導(dǎo)入管和螺紋接頭之間，通過壓緊螺母固定，螺紋接頭連接導(dǎo)出管，當(dāng)需要 不同直徑的音速噴嘴時，更換不同直徑的音速噴嘴。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種小流量高溫氣體推進劑供應(yīng)裝置，其特征在于，所述的 音速噴嘴兩端有密封墊圈密封。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的一種小流量高溫氣體推進劑供應(yīng)裝置，其特征在于，進 入氣氣噴嘴試驗件和熱交換器的氣體流量通過音速噴嘴進行控制。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種小流量高溫氣體推進劑供應(yīng)裝置，其特征在于，所述的 氧噴嘴和氫噴嘴通過焊接組合成同軸直流噴嘴。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種小流量高溫氣體推進劑供應(yīng)裝置，其特征在于，所述的 同軸直流噴嘴通過螺紋安裝在燃燒室殼體頭部。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種小流量高溫氣體推進劑供應(yīng)裝置，屬于火箭發(fā)動機燃氣供應(yīng)系統(tǒng)領(lǐng)域，裝置包括小燃燒室、音速噴嘴組件、熱交換器、氣氣噴嘴試驗件。小燃燒室產(chǎn)生的富氫燃氣一部分提供給氣氣噴嘴試驗件，滿足試驗需要，另一部分提供給熱交換器，用于加熱氧氣滿足試驗需要。兩部分流量通過音速噴嘴控制。在一定流量下，通過調(diào)節(jié)氫氣和氧氣的比例可以調(diào)節(jié)富氫燃氣的溫度，實現(xiàn)溫度可調(diào)的目的。在一定混合比條件下，增加或者減小氫氣和氧氣的流量實現(xiàn)流量可調(diào)。通過調(diào)節(jié)加熱富氫燃氣流量控制氧氣的溫度。
文檔編號F02K9/56GK102094728SQ20101061428
公開日2011年6月15日 申請日期2010年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月30日
發(fā)明者李茂 , 蔡國飆, 金平, 高玉閃 申請人:北京航空航天大學(xué)