本發(fā)明涉及火箭發(fā)動機(jī)領(lǐng)域，特別涉及一種固液混合火箭發(fā)動機(jī)針?biāo)ㄊ阶兒韽絿姽苎b置。

背景技術(shù)：

火箭發(fā)動機(jī)噴管喉部通常為圓形，與收縮段、擴(kuò)張段結(jié)合一起對燃?xì)膺M(jìn)行加速，產(chǎn)生推力。

燃燒室壓力由燃?xì)庑再|(zhì)、燃?xì)饬髁?、喉部面積共同決定；文氏管具有與噴管類似的結(jié)構(gòu)，由收縮段、喉部和擴(kuò)張段組成，常由上游壓力、喉部面積共同決定流量，針?biāo)ㄊ娇烧{(diào)文氏管，利用錐形真栓，通過電機(jī)移動針?biāo)ㄎ恢酶淖兒聿棵娣e，從而改變流量；

上述方案存在如下缺點(diǎn)：針?biāo)ㄊ轿氖瞎艹Ｓ糜谕七M(jìn)劑供應(yīng)系統(tǒng)，電機(jī)驅(qū)動功率體積比小，不適應(yīng)集成于噴管內(nèi)，不能應(yīng)用于點(diǎn)火、熄火等過程的理論研究，在推進(jìn)劑及流量一定的條件下，不能實(shí)現(xiàn)燃燒室壓力的調(diào)節(jié)與控制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種固液混合火箭發(fā)動機(jī)針?biāo)ㄊ阶兒韽絿姽苎b置，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的針?biāo)ㄊ轿氖瞎艹Ｓ糜谕七M(jìn)劑供應(yīng)系統(tǒng)，電機(jī)驅(qū)動功率體積比小，不適應(yīng)集成于噴管內(nèi)，不能應(yīng)用于點(diǎn)火、熄火等過程的理論研究，推進(jìn)劑及流量一定的條件下，不能實(shí)現(xiàn)燃燒室壓力的調(diào)節(jié)與控制的技術(shù)問題。

本發(fā)明提供的固液混合火箭發(fā)動機(jī)針?biāo)ㄊ阶兒韽絿姽苎b置，包括殼體、噴管、噴管外殼、端蓋、針?biāo)ê蛷椈桑?/p>

所述殼體內(nèi)通過針?biāo)ㄅ浜隙畏指魹槿細(xì)馇缓透邏簹馇?，所述殼體上設(shè)有與所述燃?xì)馇贿B通的燃?xì)馔ǖ篮团c所述高壓氣腔連通的進(jìn)氣口；

所述噴管通過所述噴管外殼與所述殼體的燃?xì)馇灰欢诉B接，所述噴管外殼用于與燃燒室身部連接；

所述噴管的管口包括依次連接的收縮段、喉部和擴(kuò)張段；

所述端蓋安裝在所述殼體的高壓氣腔一端；

所述針?biāo)òㄒ来芜B接的半球頭、錐形段、細(xì)段、粗段和彈簧定位凸臺，所述細(xì)段滑動安裝在所述針?biāo)ㄅ浜隙紊?，所述錐形段穿過所述燃?xì)馇粦抑迷谒鰢姽艿墓芸趦?nèi)，所述粗段滑動設(shè)置在所述高壓氣腔內(nèi)，所述粗段與所述高壓氣腔之間形成限位臺階；

所述彈簧一端套裝在所述彈簧定位凸臺上，另一端與所述端蓋相抵靠。

進(jìn)一步地，所述細(xì)段與所述針?biāo)ㄅ浜隙螢殚g隙設(shè)置并通過密封圈密封，所述粗段與所述限位臺階為間隙設(shè)置并通過密封圈密封。

進(jìn)一步地，所述錐形段的半錐角為5-10°，所述錐形段的大徑端的直徑與所述噴管的喉部直徑相等，所述錐形段的小徑端的直徑為大徑端的直徑的1/4-1/2。

進(jìn)一步地，所述針?biāo)ú捎媚透邷責(zé)g材料制成。

進(jìn)一步地，所述燃?xì)馔ǖ姥厮鰵んw的周向布置4-6個。

進(jìn)一步地，所述燃?xì)馔ǖ琅c所述殼體的軸線的夾角為30-60°。

進(jìn)一步地，還包括高壓氣路，所述高壓氣路通過所述進(jìn)氣口與所述高壓氣腔連接。

進(jìn)一步地，所述高壓氣路包括依次連接的高壓氣瓶、增壓電磁閥、進(jìn)氣可調(diào)孔板、緩沖氣罐、排氣可調(diào)孔板和泄壓電磁閥，所述緩沖氣罐與所述高壓氣腔連接。

進(jìn)一步地，所述增壓電磁閥和所述泄壓電磁閥均為高速電磁閥。

進(jìn)一步地，還包括測量控制系統(tǒng)，所述測量控制系統(tǒng)用于測量所述燃燒室的壓力、高壓氣腔的壓力、針?biāo)ǖ奈恢煤退俣龋?/p>

所述測量控制系統(tǒng)用于控制所述增壓電磁閥、泄壓電磁閥的通斷；

所述測量控制系統(tǒng)用于控制所述進(jìn)氣可調(diào)孔板、排氣可調(diào)孔板的流通面積。

本發(fā)明提供的固液混合火箭發(fā)動機(jī)針?biāo)ㄊ阶兒韽絿姽苎b置，具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1、將噴管外殼與燃燒室身部連接，針?biāo)ㄊ芨邏簹馇坏膲毫蛷椈傻膹椈闪ψ饔?，調(diào)整高壓氣腔的壓力改變針?biāo)ㄎ恢茫M(jìn)而改變噴管的喉部直徑，通過控制噴管的喉部直徑的變化來改變?nèi)紵业膲毫?，從而?shí)現(xiàn)燃燒室壓力以及燃燒室壓力變化速率的控制。

2、用于固液混合火箭發(fā)動機(jī)，可以研究一定氧化劑流量調(diào)節(jié)下，固體燃料燃面退移速度與燃燒室壓力的關(guān)系。

3、在發(fā)動機(jī)試驗(yàn)中，通過噴管面積的調(diào)整，將燃燒室壓力與流量進(jìn)行解耦，實(shí)現(xiàn)燃燒室壓力和流量的單獨(dú)控制，更有利于研究發(fā)動機(jī)的性能。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明具體實(shí)施方式或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對具體實(shí)施方式或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實(shí)施方式，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例一提供的固液混合火箭發(fā)動機(jī)針?biāo)ㄊ阶兒韽絿姽苎b置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例一提供的高壓氣路的結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標(biāo)記：1-殼體；2-噴管；3-噴管外殼；4-端蓋；5-針?biāo)ǎ?-彈簧；11-針?biāo)ㄅ浜隙危?2-燃?xì)馇唬?3-高壓氣腔；14-燃?xì)馔ǖ溃?5-進(jìn)氣口；21-收縮段；22-喉部；23-擴(kuò)張段；51-半球頭；52-錐形段；53-細(xì)段；54-粗段；55-彈簧定位凸臺；7-限位臺階；8-密封圈；91-高壓氣瓶；92-增壓電磁閥；93-進(jìn)氣可調(diào)孔板；94-緩沖氣罐；95-排氣可調(diào)孔板；96-泄壓電磁閥。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，術(shù)語“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語“第一”、“第二”、“第三”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。

實(shí)施例一：

圖1為本發(fā)明實(shí)施例一提供的固液混合火箭發(fā)動機(jī)針?biāo)ㄊ阶兒韽絿姽苎b置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例一提供的高壓氣路的結(jié)構(gòu)示意圖；如圖1-圖2所示，本發(fā)明提供的固液混合火箭發(fā)動機(jī)針?biāo)ㄊ阶兒韽絿姽苎b置，包括殼體1、噴管2、噴管外殼3、端蓋4、針?biāo)?和彈簧6；

所述殼體1內(nèi)通過針?biāo)ㄅ浜隙?1分隔為燃?xì)馇?2和高壓氣腔13，所述殼體1上設(shè)有與所述燃?xì)馇?2連通的燃?xì)馔ǖ?4和與所述高壓氣腔13連通的進(jìn)氣口15；

所述噴管2通過所述噴管外殼3與所述殼體1的燃?xì)馇?2一端連接，所述噴管外殼3用于與燃燒室身部連接；

所述噴管2的管口包括依次連接的收縮段21、喉部22和擴(kuò)張段23；

所述端蓋4安裝在所述殼體1的高壓氣腔13一端；

所述針?biāo)?包括依次連接的半球頭51、錐形段52、細(xì)段53、粗段54和彈簧定位凸臺55，所述細(xì)段53滑動安裝在所述針?biāo)ㄅ浜隙?1上，所述錐形段52穿過所述燃?xì)馇?2懸置在所述噴管2的管口內(nèi)，所述粗段54滑動設(shè)置在所述高壓氣腔13內(nèi)，所述粗段54與所述高壓氣腔13之間形成限位臺階7；

所述彈簧6一端套裝在所述彈簧定位凸臺55上，另一端與所述端蓋4相抵靠。

需要說明的是，為提高氣體壓力和彈簧6力，粗段54直徑應(yīng)盡可能大，從而減小半球頭51和錐形段52燃?xì)鈮毫︶標(biāo)?受力的影響。

優(yōu)選地，所述噴管2與所述噴管外殼3之間采用粘接工藝連接，所述噴管外殼3與所述殼體1之間采用螺紋或焊接工藝連接，所述殼體1與所述端蓋4采用螺紋連接。

優(yōu)選地，所述細(xì)段53與所述針?biāo)ㄅ浜隙?1為間隙設(shè)置并通過密封圈8密封，所述粗段54與所述限位臺階7為間隙設(shè)置并通過密封圈8密封。

需要說明的是，細(xì)段53與所述針?biāo)ㄅ浜隙?1之間的密封圈8可以不要，此時要求高壓氣腔13的部分氣體從細(xì)段53與所述針?biāo)ㄅ浜隙?1之間的間隙進(jìn)入燃?xì)馇?2后進(jìn)入大氣，氣體漏氣量控制小一些形成氣膜，氣膜的形成一是有利于減小殼體1與針?biāo)?的細(xì)段53的摩擦力，二是對針?biāo)?起到了一定的冷卻作用延長針?biāo)?的工作時間。

優(yōu)選地，所述針?biāo)?采用耐高溫?zé)g材料制成，如鎢滲銅。

優(yōu)選地，所述錐形段52的半錐角為5-10°，更優(yōu)選為7.5°，所述錐形段52的大徑端的直徑與所述噴管2的喉部22直徑相等，所述錐形段52的小徑端的直徑為大徑端的直徑的1/4-1/2。

優(yōu)選地，所述燃?xì)馔ǖ?4沿所述殼體1的周向布置4-6個，所述燃?xì)馔ǖ?4與所述殼體1的軸線的夾角為30-60°，用于將燃?xì)庖觥?/p>

優(yōu)選地，還包括高壓氣路，所述高壓氣路通過所述進(jìn)氣口15與所述高壓氣腔13連接。

優(yōu)選地，所述高壓氣路包括依次連接的高壓氣瓶91、增壓電磁閥92、進(jìn)氣可調(diào)孔板93、緩沖氣罐94、排氣可調(diào)孔板95和泄壓電磁閥96，所述緩沖氣罐94通過所述進(jìn)氣口15與所述高壓氣腔13連接。

優(yōu)選地，所述增壓電磁閥92和所述泄壓電磁閥96均為高速電磁閥，提供系統(tǒng)的相應(yīng)速度。

高壓氣路的使用方法是：打開增壓電磁閥92對緩沖氣罐94進(jìn)行增壓，通過進(jìn)氣可調(diào)孔板93控制增壓的速度，打開泄壓電磁閥96對緩沖氣罐94進(jìn)行泄壓，通過排氣可調(diào)孔板95控制泄壓的速度，泄壓電磁閥96的出口與大氣連接。

緩沖氣罐94通過管路與高壓氣腔13連通，使得高壓氣腔13的壓力與緩沖氣罐94的壓力時刻保持一致。

高壓氣路工作的介質(zhì)可以是空氣、氮?dú)?、氦氣?/p>

在地面火箭發(fā)動機(jī)試驗(yàn)中，優(yōu)選氮?dú)狻?/p>

在飛行試驗(yàn)中，優(yōu)選氦氣。

優(yōu)選地，還包括測量控制系統(tǒng)，所述測量控制系統(tǒng)用于測量所述燃燒室的壓力、高壓氣腔13的壓力、針?biāo)?的位置和速度；

所述測量控制系統(tǒng)用于控制所述增壓電磁閥92、泄壓電磁閥96的通斷；

所述測量控制系統(tǒng)用于控制所述進(jìn)氣可調(diào)孔板93、排氣可調(diào)孔板95的流通面積。

測量控制系統(tǒng)通過上述設(shè)置，以實(shí)現(xiàn)燃燒室壓力的閉環(huán)伺服控制。

測量控制系統(tǒng)包括采集部分、數(shù)據(jù)處理部分、系統(tǒng)模型、控制算法、輸出信號等部分組成，在測量控制系統(tǒng)中建立固液混合火箭發(fā)動機(jī)針?biāo)ㄊ阶兒韽絿姽苎b置部分及高壓氣路部分的動態(tài)特性控制模型，采用pid等控制算法實(shí)現(xiàn)燃燒室壓力的閉環(huán)伺服控制。

本實(shí)施例提供的固液混合火箭發(fā)動機(jī)針?biāo)ㄊ阶兒韽絿姽苎b置的工作過程是：

當(dāng)燃燒室壓力高于預(yù)期壓力，增壓電磁閥92打開，緩沖氣罐94及高壓氣腔13壓力升高，針?biāo)?左側(cè)受壓力增大，針?biāo)?產(chǎn)生向右的加速度，針?biāo)?右移，噴管2喉部22截面面積增大，燃燒室壓力減??；調(diào)整進(jìn)氣可調(diào)孔板93的面積，調(diào)整緩沖氣罐94的增壓速度，改變針?biāo)?的加速度、速度，從而改變?nèi)紵覊毫ο陆档乃俣取?/p>

當(dāng)燃燒室壓力低于預(yù)期壓力，泄壓電磁閥96打開，緩沖氣罐94及高壓氣腔13壓力降低，針?biāo)?左側(cè)受壓力減小，針?biāo)?產(chǎn)生向左的加速度，針?biāo)?左移，噴管2喉部22截面面積減小，燃燒室壓力增大。

當(dāng)燃燒室壓力與預(yù)期壓力相等，針?biāo)?左側(cè)高壓氣腔13壓力與彈簧6力維持平衡，針?biāo)?不移動，增壓電磁閥92、泄壓電磁閥96關(guān)閉，或進(jìn)氣、排氣量正好相等，處于動態(tài)平衡，緩沖氣罐94壓力保持不變。

本實(shí)施例一提供的固液混合火箭發(fā)動機(jī)針?biāo)ㄊ阶兒韽絿姽苎b置，具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1、將噴管外殼3與燃燒室身部連接，針?biāo)?受高壓氣腔13的壓力和彈簧6的彈簧力作用，調(diào)整高壓氣腔13的壓力改變針?biāo)?位置，進(jìn)而改變噴管2的喉部22直徑，通過控制噴管2的喉部22直徑的變化來改變?nèi)紵业膲毫Γ瑥亩鴮?shí)現(xiàn)燃燒室壓力以及燃燒室壓力變化速率的控制。

2、用于固液混合火箭發(fā)動機(jī)，可以研究一定氧化劑流量調(diào)節(jié)下，固體燃料燃面退移速度與燃燒室壓力的關(guān)系。

3、在發(fā)動機(jī)試驗(yàn)中，通過噴管面積的調(diào)整，將燃燒室壓力與流量進(jìn)行解耦，實(shí)現(xiàn)燃燒室壓力和流量的單獨(dú)控制，更有利于研究發(fā)動機(jī)的性能。

4、應(yīng)用緩沖氣罐94，可以在高壓氣腔13容積受限的情況下，通過調(diào)節(jié)緩沖氣罐94容積，實(shí)現(xiàn)控制精度和響應(yīng)速度的調(diào)整。

最后應(yīng)說明的是：以上各實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述各實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的范圍。