一種雙旋流噴注器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種雙旋流噴注器，包括頂蓋、噴嘴、上底、中底、氣體旋流器和噴注器腔體。噴注器腔體是一個“桶狀”的空心圓柱體；噴注器頂蓋和上底形成燃料腔，噴注器上底和中底之間形成氣體氧化劑腔，噴注器中底和噴注器底座形成水腔；內(nèi)噴嘴穿過上底、中底和噴注器腔體上的安裝孔，并通過螺紋固定在上底上；空氣旋流器通過螺紋安裝于噴嘴上；水噴嘴為噴注器底座上圓周均布的水孔；本發(fā)明所提供的噴注器結(jié)構(gòu)簡單、成本低，具有霧化性能好、火焰穩(wěn)定的特點。
【專利說明】—種雙旋流噴注器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及液體火箭發(fā)動機和燃氣發(fā)生器的噴注器，具體涉及液體火箭發(fā)動機和燃氣發(fā)生器燃料噴注霧化。
【背景技術(shù)】
[0002]噴注器是將推進劑以適當?shù)谋壤蜖顟B(tài)噴入燃燒室，以產(chǎn)生高效、穩(wěn)定的燃燒的裝置。它是液體火箭發(fā)動機和燃氣發(fā)生器的重要組成部分，是上述發(fā)動機設(shè)計中的核心。
[0003]目前液體火箭發(fā)動機廣泛采用的噴注單元為撞擊式和同軸式?！兑后w火箭發(fā)動機現(xiàn)代工程設(shè)計》(中國宇航出版社，2003)中對液體火箭發(fā)動機上的各種噴注單元形式進行了介紹。其中撞擊式噴注單元引導一股射流撞擊另一股或幾股射流以使射流破碎霧化形成具有一定范圍和尺寸分布的噴霧場。進一步地，射流可以為同種燃料也可以為不同燃料，可以都是氣相或液相，也可以為不同相。將撞擊式噴注單元構(gòu)成的噴注器記為A類噴注器。A類噴注器由于射流中心線很難在理論撞擊點上相交，使得噴霧扇的形狀發(fā)生變化，霧化和混合不均勻，從而容易誘發(fā)燃燒不穩(wěn)定。
[0004]航天飛機主發(fā)動機和其他氫/氧發(fā)動機噴注器則普遍采用同軸式噴注單元。同軸式噴注單元通常有一股緩慢流動的液體推進劑中心流和圍繞它的氣態(tài)推進劑的同心薄片流。中心流可以是氧化劑或燃料，相應(yīng)的同心薄片流為另一種推進劑，氫/氧發(fā)動機的中心流通常為液態(tài)氧，同心薄片流為氣態(tài)氫。將采用同軸式噴注單元的噴注器記為B類噴注器。B類噴注器中由于燃料和氧化劑之間存在高速的剪切作用使得推進劑的霧化和混合較好，但是對于推進劑均為液態(tài)或氣態(tài)推進劑非常粘稠的情況不太合適。此時推進劑的霧化和混合性能嚴重變差，從而降低了發(fā)動機的點火性能和燃燒效率。
[0005]文獻“燃氣發(fā)生器點火與燃燒性能研究[D].長沙:國防科學技術(shù)大學，2008.”中介紹了一種采用同軸離心式噴注單元的燃氣發(fā)生器噴注器，記為C類噴注器。與B類噴注器的噴注單元相比，C類噴注器噴注單元的液體中心流具有沿圓周切向的速度，因而氣液作用更強，噴注器的霧化性能更好。但是對于煤油這類不易揮發(fā)的燃料，當氧化劑含氧量較低時，其霧化性能還不能滿足燃氣發(fā)生器可靠點火和高效燃燒的要求。
[0006]總的來看，目前已經(jīng)用于或者可能用于液體火箭發(fā)動機或燃氣發(fā)生器燃料噴注霧化的噴注器，對于不易揮發(fā)燃料的霧化性能還存在不足，并且均不具有穩(wěn)定火焰的能力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明目的在于提供一種雙旋流噴注器，以解決液體火箭發(fā)動機或燃氣發(fā)生器采用不易揮發(fā)燃料(如煤油)和含氧量較低的氧化劑(如空氣)時，噴注器霧化性能的不足以及該類燃氣發(fā)生器點火與火焰穩(wěn)定困難的問題。提高不易揮發(fā)燃料的噴注霧化性能，而且當采用含氧量較低的氧化劑時，產(chǎn)生一個低速的回流區(qū)來穩(wěn)定火焰。
[0008]本發(fā)明一種雙旋流噴注器，包括頂蓋、離心式噴嘴、上底、中底、氣體旋流器、噴注器腔體以及套筒；[0009]所述上底、中底分別與噴注器腔體連接為一體，噴注器頂蓋與上底連接，頂蓋與上底之間構(gòu)成燃料腔，頂蓋的上端有一液體推進劑入口 ；上底和中底之間構(gòu)成氣體氧化劑腔；噴注器腔體與中底之間為水腔；
[0010]所述套筒穿過中底和噴注器腔體，其兩端分別焊接在中底和噴注器腔體的下底面進行固定密封，離心式噴嘴通過螺紋固定在上底上，離心式噴嘴依次穿過上底、和套筒；
[0011]所述氣體旋流器通過其內(nèi)壁的內(nèi)螺紋與離心式噴嘴殼體上的外螺紋相互配合固定，氣體旋流器與套筒之間形成了氧化劑氣體的流動通道；
[0012]所述噴注器腔體上沿圓周均布的一組直通水噴孔，水經(jīng)水入口進入水腔分配進入水噴孔并噴出噴注器；
[0013]所述離心式噴嘴為渦流器離心式噴嘴；
[0014]所述氣體旋流器包含旋流葉片和與離心式噴嘴之間的安裝螺紋。
[0015]進一步，所述離心式噴嘴由渦流器和噴嘴殼體組成；噴嘴殼體包含與上底之間的固定螺紋、氣體旋流器的安裝螺紋和與氣體旋流器的切向密封槽。
[0016]進一步，所述離心式噴嘴為單個或多個；當燃料總質(zhì)量流量大于400g/s時采用多噴嘴構(gòu)型，否則采用單噴嘴；
[0017]若為多噴嘴構(gòu)型，燃料總質(zhì)量流量(kg/s)應(yīng)當滿足下式:
[0018]
【權(quán)利要求】
1.一種雙旋流噴注器，包括頂蓋(I)、離心式噴嘴(2)、上底(3)、中底(4)、氣體旋流器(5)、噴注器腔體(6)以及套筒(7)； 所述上底(3)、中底(4)分別與噴注器腔體(6)連接為一體，噴注器頂蓋(I)與上底(3)連接，頂蓋(I)與上底(3)之間構(gòu)成燃料腔，頂蓋(I)的上端有一液體推進劑入口(10);上底⑶和中底⑷之間構(gòu)成氣體氧化劑腔；噴注器腔體(6)與中底⑷之間為水腔； 所述套筒(7)穿過中底⑷和噴注器腔體(6)，其兩端分別焊接在中底(4)和噴注器腔體(6)的下底面進行固定密封，離心式噴嘴(2)通過螺紋固定在上底(3)上，離心式噴嘴(2)依次穿過上底(3)、和套筒(7)； 所述氣體旋流器(5)通過其內(nèi)壁的內(nèi)螺紋(52)與離心式噴嘴(2)殼體上的外螺紋(221)相互配合固定，氣體旋流器與套筒(7)之間形成了氧化劑氣體的流動通道； 所述噴注器腔體(6)上沿圓周均布的一組直通水噴孔(61)，水經(jīng)水入口(9)進入水腔分配進入水噴孔(61)并噴出噴注器； 所述離心式噴嘴(2)為渦流器離心式噴嘴； 所述氣體旋流器(5)包含旋流葉片(51)和與離心式噴嘴(2)之間的安裝螺紋(52)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種雙旋流噴注器，其特征在于所述離心式噴嘴(2)由渦流器(21)和噴嘴殼體(22)組成；噴嘴殼體(22)包含與上底(3)之間的固定螺紋(223)、氣體旋流器(5)的安裝螺紋(221)和與氣體旋流器(5)的切向密封槽(222)。
3.如權(quán)利要求1、2所述的一種雙旋流噴注器，其特征在于所述離心式噴嘴(2)為單個或多個；當燃料總質(zhì)量流量大于400g/s時采用多噴嘴構(gòu)型，否則采用單噴嘴； 若為多噴嘴構(gòu)型，燃料總質(zhì)量流量(kg/s)應(yīng)當滿足下式:
4.如權(quán)利要求1、2所述的一種雙旋流噴注器，其特征在于所述離心式噴嘴(2)為切向孔離心式噴嘴或渦流器離心式噴嘴。
5.如權(quán)利要求1所述的一種雙旋流噴注器，其特征在于所述氣體旋流器的葉片數(shù)η要滿足
6.如權(quán)利要求1所述的一種雙旋流噴注器，其特征在于所述水噴孔(61)的直徑Cl1由以下公式確定:
7.如權(quán)利要求6所述的一種雙旋流噴注器，其特征在于所述水噴孔(61)的直徑Cl1< Imm0
【文檔編號】F02K9/52GK103867340SQ201210570009
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2012年12月12日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月12日
【發(fā)明者】康忠濤, 張新橋, 李清廉, 成鵬, 張建強 申請人:中國人民解放軍國防科學技術(shù)大學