本發(fā)明涉及火箭發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域，具體涉及一種隔板噴嘴襯套和火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。

背景技術(shù)：

1、液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)推力室瞬時(shí)釋熱功率普遍可達(dá)幾千mw，而燃燒室體積通常小于0.5m2，能量釋放密度極高，極易誘發(fā)高頻燃燒不穩(wěn)定問(wèn)題。此類問(wèn)題通常會(huì)導(dǎo)致推力室大幅振動(dòng)，可能誘發(fā)結(jié)構(gòu)破壞，是型號(hào)研制所面臨的關(guān)鍵問(wèn)題之一。而發(fā)動(dòng)機(jī)在起動(dòng)過(guò)程中由于噴嘴壓降小，組元混合物在死區(qū)或燃燒室腔中聚積，其燃燒時(shí)可能產(chǎn)生脈沖進(jìn)而引發(fā)高頻燃燒不穩(wěn)定，激勵(lì)脈沖具有一定的隨機(jī)性，有時(shí)定型的發(fā)動(dòng)機(jī)在起動(dòng)時(shí)也會(huì)發(fā)生高頻燃燒不穩(wěn)定。高頻燃燒不穩(wěn)定的形成機(jī)理非常復(fù)雜，但其本質(zhì)是燃燒釋熱過(guò)程和燃燒室聲學(xué)過(guò)程耦合的結(jié)果，因此對(duì)高頻燃燒不穩(wěn)定的控制，一般從降低激勵(lì)能量的輸入和增加擾動(dòng)傳播過(guò)程的耗散兩個(gè)方面來(lái)降低振蕩幅值，進(jìn)而提高推力室的穩(wěn)定性?；诖?，工程上有很多手段來(lái)抑制高頻燃燒不穩(wěn)定，傳統(tǒng)的抑制不穩(wěn)定燃燒的手段包括：調(diào)整噴注器燃燒響應(yīng)的時(shí)空分布，設(shè)置隔板、聲腔、聲襯等諧振吸收器等方法。但對(duì)于一款相對(duì)成熟的型號(hào)，如果改變噴注器或隔板的設(shè)計(jì)，可能會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)豐富試車數(shù)據(jù)的失效以及發(fā)動(dòng)機(jī)額定狀態(tài)性能和熱壁冷卻性能的降低；而諧振吸收器通常是調(diào)諧額定工況的參數(shù)，因此它們?cè)谄饎?dòng)時(shí)處于非調(diào)諧狀態(tài)，并不起作用。突發(fā)的發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)不穩(wěn)定問(wèn)題可能會(huì)導(dǎo)致項(xiàng)目的停滯，研究人員可能需要耗費(fèi)大量的時(shí)間、精力及資金去解決，進(jìn)而影響項(xiàng)目進(jìn)展，最為嚴(yán)重的情況可能會(huì)迫使研發(fā)團(tuán)隊(duì)重新對(duì)燃燒室進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2、針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)階段高頻燃燒不穩(wěn)定問(wèn)題，已有的方法是在燃燒室側(cè)壁設(shè)置徑向或縱向可燒蝕的抗脈動(dòng)擋板(肋)，分別抑制縱向和切向不穩(wěn)定，其材料一般為毛氈類吸聲材料。然而，可燒蝕擋板占用了燃燒室燃燒區(qū)部分體積，會(huì)干擾燃燒流場(chǎng)并影響發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)過(guò)程，同時(shí)縱向肋與液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴嘴隔板在抑制振蕩方面有相似的機(jī)理，在已經(jīng)安裝隔板的情況下可燒蝕擋板對(duì)穩(wěn)定型提升不大，因此可燒蝕擋板的適用性并不廣泛。

3、綜上所述，液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)在起動(dòng)過(guò)程可能會(huì)發(fā)生高頻燃燒不穩(wěn)定而對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能或者結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，由于起動(dòng)過(guò)程中激勵(lì)脈沖的隨機(jī)性，一些成熟型號(hào)的發(fā)動(dòng)機(jī)也會(huì)產(chǎn)生低重復(fù)性的起動(dòng)振蕩問(wèn)題，工程中希望能找到一種方便安裝且不會(huì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)，特別是額定工況產(chǎn)生影響的可靠抑制裝置，而現(xiàn)階段符合上述要求的被動(dòng)抑制手段較少。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是如何在不更改發(fā)動(dòng)機(jī)原設(shè)計(jì)參數(shù)且不影響發(fā)動(dòng)機(jī)額定工況時(shí)的流場(chǎng)，增強(qiáng)液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)工況下的壓力脈動(dòng)耗散，實(shí)現(xiàn)對(duì)燃燒室起動(dòng)時(shí)燃燒不穩(wěn)定性的抑制。

2、本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案如下：一種隔板噴嘴襯套，包括襯套主體，所述襯套主體側(cè)壁具有多個(gè)襯套孔，所述襯套主體具有多個(gè)貫穿其軸向兩端的安裝套孔，所述襯套主體包括環(huán)形襯套和徑向襯套，所述環(huán)形襯套為環(huán)形殼體，所述徑向襯套為長(zhǎng)方體形殼體，所述徑向襯套為多個(gè)，多個(gè)所述徑向襯套沿所述環(huán)形襯套周向間隔排布，并與所述環(huán)形襯套固定連接，每個(gè)所述徑向襯套沿所述環(huán)形襯套徑向設(shè)置。

3、本發(fā)明的有益效果是：環(huán)形襯套和徑向襯套通過(guò)安裝套孔套在隔板噴嘴上，通過(guò)帶有多個(gè)襯套孔的殼體結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)過(guò)程中燃燒室內(nèi)聲能或壓力波的吸收。聲波在襯套主體內(nèi)進(jìn)行亥姆霍茲共振，放大了隔板噴嘴間隙的熱黏性耗散機(jī)理，此外襯套主體眾多襯套孔的熱粘性以及襯套孔頂部平面形成的渦脫落也對(duì)聲能造成了大量的聲渦耗散。發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入額定工況后，襯套主體燒蝕為氣體或與燃燒室分離脫落，不影響額定工作狀態(tài)。

4、本方案的隔板噴嘴襯套在不更改發(fā)動(dòng)機(jī)原設(shè)計(jì)的情況下，可抑制燃燒室高頻燃燒不穩(wěn)定，并具有結(jié)構(gòu)緊湊、制造簡(jiǎn)單、重量輕、安裝方便的優(yōu)點(diǎn)，基本不干涉燃燒室內(nèi)流場(chǎng)。

5、在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進(jìn)。

6、進(jìn)一步，多個(gè)所述安裝套孔分為環(huán)襯孔組和多個(gè)徑襯孔組，所述環(huán)襯孔組的多個(gè)所述安裝套孔沿所述環(huán)形襯套周向均勻分布，多個(gè)所述徑襯孔組與多個(gè)所述徑向襯套一一對(duì)應(yīng)，且所述徑襯孔組的多個(gè)所述安裝套孔沿相應(yīng)所述徑向襯套長(zhǎng)度方向均勻分布。

7、采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：環(huán)形襯套和徑向襯套上均對(duì)應(yīng)隔板噴嘴設(shè)計(jì)有安裝套孔，便于襯套主體直接套裝在多個(gè)隔板噴嘴上。

8、進(jìn)一步，所述徑襯孔組的所述安裝套孔側(cè)壁與相應(yīng)所述徑向襯套側(cè)壁的間隙寬度為b，周向相鄰的兩個(gè)中心噴嘴外壁的周向間距為b，b＝45％×b。

9、采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：間隙寬度b會(huì)影響襯套主體的吸聲性能，但其尺寸同時(shí)也受到安裝條件的限制，間隙寬度b的取值范圍可以保證襯套主體不會(huì)遮擋噴注區(qū)而影響燃燒室的燃燒過(guò)程。

10、進(jìn)一步，所述襯套主體的壁厚為k，k＝10％×b，且k≥0.4mm。

11、采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：襯套主體的材料應(yīng)能承受流體高速?zèng)_刷的切向和拉伸應(yīng)力，并在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)過(guò)程中不被燒蝕。此外材料燒蝕后的生成物不能沉積在燃燒室壁面。通過(guò)調(diào)整襯套主體的壁厚和密度可以改變燒蝕時(shí)間，使襯套主體在工作時(shí)間保持其基本形態(tài)并在進(jìn)入額定工況后快速燒蝕，但材料的壁厚同時(shí)又被材料承受的最大應(yīng)力及噴嘴間距限制，襯套主體的壁厚k優(yōu)選為10％的噴嘴周向間距b，但不小于0.4mm。

12、進(jìn)一步，所述襯套孔的直徑d為0.1-1mm。

13、采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：直徑d為0.1-1mm，可保證襯套主體具有良好的寬頻帶吸聲性能。

14、進(jìn)一步，所述襯套主體的襯套高度h為隔板噴嘴高度的90％。

15、采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：襯套高度h不大于隔板噴嘴高度，避免影響隔板噴嘴正常工作狀態(tài)，同時(shí)具有足夠的吸聲性能。

16、進(jìn)一步，所述徑向襯套包括徑襯頂板、徑襯底板、徑襯側(cè)板和徑襯外端板，所述徑襯側(cè)板為兩個(gè)，其中一個(gè)所述徑襯側(cè)板、所述徑襯頂板、另一個(gè)所述徑襯側(cè)板和所述徑襯底板首尾連接形成兩端敞口的矩形筒，所述徑襯外端板與所述矩形筒的一端固定連接，并封閉相應(yīng)敞口，所述矩形筒的另一端與所述環(huán)形襯套固定連接。

17、采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：安裝套孔分別在徑襯頂板和徑襯底板上形成第一安裝套孔和第二安裝套孔，用于套在隔板噴嘴外側(cè)。徑襯外端板用于與燃燒室內(nèi)壁連接。

18、本發(fā)明還提供一種火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，包括多個(gè)隔板噴嘴以及隔板噴嘴襯套，多個(gè)所述隔板噴嘴與多個(gè)所述安裝套孔一一對(duì)應(yīng)設(shè)置，并穿設(shè)在所述安裝套孔內(nèi)。

19、有益效果是：在隔板噴嘴處安裝隔板噴嘴襯套，壓力波在襯套主體和隔板噴嘴組成的腔體內(nèi)形成亥姆霍茲共振進(jìn)行反射和吸收，通過(guò)多孔的襯套主體孔隙耗散、隔板噴嘴間隙的熱粘性以及襯套頂部產(chǎn)生的脫體渦進(jìn)行耗散，實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)過(guò)程中壓力振蕩的吸收，削弱不穩(wěn)定過(guò)程中的熱聲耦合，提升發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)穩(wěn)定性。

20、進(jìn)一步，還包括噴注盤和燃燒室，多個(gè)所述隔板噴嘴穿過(guò)所述噴注盤并與所述噴注盤固定連接，所述噴注盤固定于所述燃燒室內(nèi)，所述襯套主體的軸向的一端與所述噴注盤通過(guò)粘合劑粘接，所述襯套主體的周向側(cè)壁與所述燃燒室內(nèi)壁通過(guò)粘合劑粘接。

21、采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：通過(guò)將襯套主體與噴注盤和燃燒室內(nèi)壁粘合，實(shí)現(xiàn)對(duì)襯套主體的固定。由于噴注盤的溫度相對(duì)于普通粘合劑的使用溫度更高，高溫環(huán)境下膠黏劑內(nèi)部間的范德華力破壞導(dǎo)致其最大剪切拉伸應(yīng)力降低，因此粘合材料推薦使用耐高溫粘合劑，確保工作時(shí)襯套主體不會(huì)脫落，而使不穩(wěn)定被動(dòng)控制失效。此外，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)入額定工況后，噴注盤和燃燒室壁快速升溫，導(dǎo)致粘合劑失效，使得未燒蝕完成的部分襯套結(jié)構(gòu)直接脫落，避免影響噴注器的摻混過(guò)程。

22、進(jìn)一步，所述粘合劑為甲基丙烯酸酯膠黏劑。

23、本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明提供的抑制發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)高頻燃燒不穩(wěn)定的隔板噴嘴襯套，能抑制發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)過(guò)程中的高頻燃燒不穩(wěn)定，且裝置緊湊，對(duì)起動(dòng)時(shí)的流動(dòng)特性影響較小，采用可燒蝕的材料，不更改發(fā)動(dòng)機(jī)原設(shè)計(jì)參數(shù)且不影響發(fā)動(dòng)機(jī)額定工況時(shí)的流場(chǎng)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、能直接在發(fā)動(dòng)機(jī)試車時(shí)安裝、應(yīng)用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。