一种应用于双组元液体火箭发动机的预旋式针栓喷注器制造技术

本发明专利技术公开了一种应用于双组元液体火箭发动机的预旋式针栓喷注器，包括中心杆、内喷嘴、外喷嘴和连接环；中心杆、内喷嘴、外喷嘴和连接环均为回转体；内喷嘴同轴套装在中心杆上，并与中心杆形成一个用于输送燃料的空腔，外喷嘴同轴套装在内喷嘴上，并与内喷嘴形成一个用于输送氧化剂的空腔，连接环同轴套装在外喷嘴上。本发明专利技术通过将氧化剂喷出前进行预旋处理，有效解决了常规针栓喷注器有效掺混效率不高的问题；同时通过设置两排燃料直流喷射孔，有效实现了推进剂对推力室壁面的液膜冷却；能够显著提高双组元液体火箭发动机的性能和可靠性。

A pre swirl pin injector for bi component liquid rocket engine

The invention discloses a prerotating pin injector used in a dual component liquid rocket engine, including a central rod, an inner nozzle, an outer nozzle and a connecting ring; the central rod, the inner nozzle, the outer nozzle and the connecting ring are all revolving bodies; the inner nozzle is coaxially mounted on the central rod and forms a fuel for transporting the fuel with the central rod. The outer cavity of the nozzle is coaxial with the inner nozzle, and a cavity for conveying the oxidant is formed with the inner nozzle, and the connecting ring is coaxially arranged on the outer nozzle. The invention effectively solves the problem that the effective mixing efficiency of the conventional pin injector is not high by prespinning the oxidizer before ejecting, and the liquid film cooling of the propellant wall surface is effectively realized by setting the two row of fuel DC jet holes, and the performance of the dual component liquid rocket engine can be significantly improved. Reliability.

【技术实现步骤摘要】
一种应用于双组元液体火箭发动机的预旋式针栓喷注器
本专利技术涉及一种应用于双组元液体火箭发动机的预旋式针栓喷注器，尤其适用于高性能双组元空间液体火箭发动机，属于空间推进

技术介绍
针栓式喷注器以结构简单、掺混均匀和易于实现变推力调节的优势在空间液体火箭发动机获得了广泛应用。现有技术中，针栓式喷注器通常内外路推进剂采用垂直互击的方式进行雾化和掺混，存在如下的缺点：第一、由于两路推进剂互击角度过大，导致推进剂在燃烧室内掺混效率不高，制约了发动机性能的提升。第二、推进剂互击后合成角与两路推进剂的流量比值相关，限制了液体火箭发动机推进剂组合与额定工作范围，制约了发动机的应用范围。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，本专利技术提供了一种应用于双组元液体火箭发动机的预旋式针栓喷注器结构，通过将氧化剂喷出前进行预旋处理，有效解决了常规针栓喷注器有效掺混效率不高的问题；同时通过设置两排燃料直流喷射孔，有效实现了推进剂对推力室壁面的液膜冷却；能够显著提高双组元液体火箭发动机的性能和可靠性。本专利技术的技术解决方案是：一种应用于双组元液体火箭发动机的预旋式针栓喷注器，包括中心杆、内喷嘴、外喷嘴和连接环；中心杆、内喷嘴、外喷嘴和连接环均为回转体；内喷嘴同轴套装在中心杆上，并与中心杆形成一个用于输送燃料的空腔，外喷嘴同轴套装在内喷嘴上，并与内喷嘴形成一个用于输送氧化剂的空腔，连接环同轴套装在外喷嘴上。在上述的一种应用于双组元液体火箭发动机的预旋式针栓喷注器中，所述中心杆为实心圆柱体，中心杆一端设有圆柱状台阶，中心杆另一端设有半球状凸缘。在上述的一种应用于双组元液体火箭发动机的预旋式针栓喷注器中，所述圆柱状台阶和半球状凸缘的直径均大于中心杆直径。在上述的一种应用于双组元液体火箭发动机的预旋式针栓喷注器中，所述内喷嘴为台阶轴，内喷嘴小直径端端面设有用于安装中心杆的台阶通孔，内喷嘴大直径端端面以轴线为中心，对称设有用于填充氧化剂的圆孔和用于填充燃料的沉孔；内喷嘴外侧周向由大直径端至小直径端依次设有第一台阶和第二台阶，第一台阶轴向设有用于配合外喷嘴的凹孔，第二台阶周向设有用于配合外喷嘴的环形凹槽，环形凹槽与内喷嘴小直径端之间设有用于配合外喷嘴的圆台，圆台小直径端与内喷嘴小直径端之间设有法兰，法兰周向设有两排小孔，每排小孔的数量相同且交错布设。在上述的一种应用于双组元液体火箭发动机的预旋式针栓喷注器中，所述第二台阶中分别设有用于输送氧化剂的第一斜孔和用于输送燃料的第二斜孔，第一斜孔贯穿所述圆孔和所述环形凹槽，第二斜孔贯穿所述沉孔和所述台阶通孔。在上述的一种应用于双组元液体火箭发动机的预旋式针栓喷注器中，所述圆台外侧均匀布设三路右螺旋状的漩涡槽；所述法兰上每排小孔的数量范围均设为10～20个。在上述的一种应用于双组元液体火箭发动机的预旋式针栓喷注器中，所述外喷嘴为空心圆柱体，外喷嘴内侧轴向设有用于配合内喷嘴的锥形台阶通孔，外喷嘴一端设有用于配装内喷嘴的环状凸台，外喷嘴另一端设有用于安装连接环的环形沟槽。在上述的一种应用于双组元液体火箭发动机的预旋式针栓喷注器中，所述连接环为空心圆环，连接环一端设有用于配装外喷嘴的环状凸块，连接环另一端设有用于配装外喷嘴和中心杆的台阶孔。在上述的一种应用于双组元液体火箭发动机的预旋式针栓喷注器中，所述中心杆与内喷嘴之间、内喷嘴与外喷嘴之间均通过端面电子束焊密封且焊缝均为一条；外喷嘴与连接环之间通过电子束焊密封且焊缝为两条。在上述的一种应用于双组元液体火箭发动机的预旋式针栓喷注器中，所述氧化剂采用四氧化二氮或绿色四氧化二氮；燃料采用无水肼、甲基肼或偏二甲肼。本专利技术与现有技术相比的有益效果是：【1】本专利技术通过将中外路推进剂经螺旋形通道加速、预旋后喷出，偏转外路氧化剂的喷出方向，降低了与内路燃料的互击角度，提高了发动机推进剂的掺混效率，为发动机性能提升创造了基础条件。【2】本专利技术通过将外路推进剂单独预旋喷出，实现了推进剂互击后合成角与两路推进剂的流量比值无关性设计，大大拓展了针栓式发动机的应用范围。【3】本专利技术通过引入两排内路射流孔喷射的方式，能够使燃料穿透氧化剂液膜，在发动机推力室内壁面形成冷却液膜，显著提高了发动机的工作寿命。附图说明附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分，本专利技术的实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1为本专利技术的剖视图图2为中心杆的剖视图图3为内喷嘴的侧视图图4为内喷嘴的剖视图图5为内喷嘴局部视图图6为外喷嘴的剖视图图7为连接环的剖视图具体实施方式为使本专利技术的方案更加明了，下面结合附图说明和具体实施例对本专利技术作进一步描述：如图1所示，一种应用于双组元液体火箭发动机的预旋式针栓喷注器，包括中心杆1、内喷嘴2、外喷嘴3和连接环4；中心杆1、内喷嘴2、外喷嘴3和连接环4均为回转体；内喷嘴2同轴套装在中心杆1上，并与中心杆1形成一个用于输送燃料的空腔，外喷嘴3同轴套装在内喷嘴2上，并与内喷嘴2形成一个用于输送氧化剂的空腔，连接环4同轴套装在外喷嘴3上。如图2所示，优选的，中心杆1为实心圆柱体，中心杆1一端设有圆柱状台阶11，中心杆1另一端设有半球状凸缘12。优选的，圆柱状台阶11和半球状凸缘12的直径均大于中心杆1直径。如图3～5所示，优选的，内喷嘴2为台阶轴，内喷嘴2小直径端端面设有用于安装中心杆1的台阶通孔，内喷嘴2大直径端端面以轴线为中心，对称设有用于填充氧化剂的圆孔和用于填充燃料的沉孔；内喷嘴2外侧周向由大直径端至小直径端依次设有第一台阶21和第二台阶22，第一台阶21轴向设有用于配合外喷嘴3的凹孔，第二台阶22周向设有用于配合外喷嘴3的环形凹槽，环形凹槽与内喷嘴2小直径端之间设有用于配合外喷嘴3的圆台，圆台小直径端与内喷嘴2小直径端之间设有法兰，法兰周向设有两排小孔，每排小孔的数量相同且交错布设。优选的，第二台阶22中分别设有用于输送氧化剂的第一斜孔和用于输送燃料的第二斜孔，第一斜孔贯穿所述圆孔和所述环形凹槽，第二斜孔贯穿所述沉孔和所述台阶通孔。优选的，圆台外侧均匀布设三路右螺旋状的漩涡槽；所述法兰上每排小孔的数量范围均设为10～20个，氧化剂通过内喷嘴2螺旋状通道加速后呈锥状喷出，燃料通过两排小孔沿径向喷出。如图6所示，优选的，外喷嘴3为空心圆柱体，外喷嘴3内侧轴向设有用于配合内喷嘴2的锥形台阶通孔，外喷嘴3一端设有用于配装内喷嘴2的环状凸台，外喷嘴3另一端设有用于安装连接环4的环形沟槽。如图7所示，优选的，连接环4为空心圆环，连接环4一端设有用于配装外喷嘴3的环状凸块，连接环4另一端设有用于配装外喷嘴3和中心杆1的台阶孔。优选的，中心杆1与内喷嘴2之间、内喷嘴2与外喷嘴3之间均通过端面电子束焊密封且焊缝均为一条；外喷嘴3与连接环4之间通过电子束焊密封且焊缝为两条。优选的，氧化剂采用四氧化二氮或绿色四氧化二氮；燃料采用无水肼、甲基肼或偏二甲肼。本专利技术说明书中未详细描述的内容为本领域技术人员公知技术。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应用于双组元液体火箭发动机的预旋式针栓喷注器，其特征在于：包括中心杆(1)、内喷嘴(2)、外喷嘴(3)和连接环(4)；中心杆(1)、内喷嘴(2)、外喷嘴(3)和连接环(4)均为回转体；内喷嘴(2)同轴套装在中心杆(1)上，并与中心杆(1)形成一个用于输送燃料的空腔，外喷嘴(3)同轴套装在内喷嘴(2)上，并与内喷嘴(2)形成一个用于输送氧化剂的空腔，连接环(4)同轴套装在外喷嘴(3)上。

【技术特征摘要】
1.一种应用于双组元液体火箭发动机的预旋式针栓喷注器，其特征在于：包括中心杆(1)、内喷嘴(2)、外喷嘴(3)和连接环(4)；中心杆(1)、内喷嘴(2)、外喷嘴(3)和连接环(4)均为回转体；内喷嘴(2)同轴套装在中心杆(1)上，并与中心杆(1)形成一个用于输送燃料的空腔，外喷嘴(3)同轴套装在内喷嘴(2)上，并与内喷嘴(2)形成一个用于输送氧化剂的空腔，连接环(4)同轴套装在外喷嘴(3)上。2.根据权利要求1所述的一种应用于双组元液体火箭发动机的预旋式针栓喷注器，其特征在于：所述中心杆(1)为实心圆柱体，中心杆(1)一端设有圆柱状台阶(11)，中心杆(1)另一端设有半球状凸缘(12)。3.根据权利要求2所述的一种应用于双组元液体火箭发动机的预旋式针栓喷注器，其特征在于：所述圆柱状台阶(11)和半球状凸缘(12)的直径均大于中心杆(1)直径。4.根据权利要求1所述的一种应用于双组元液体火箭发动机的预旋式针栓喷注器，其特征在于：所述内喷嘴(2)为台阶轴，内喷嘴(2)小直径端端面设有用于安装中心杆(1)的台阶通孔，内喷嘴(2)大直径端端面以轴线为中心，对称设有用于填充氧化剂的圆孔和用于填充燃料的沉孔；内喷嘴(2)外侧周向由大直径端至小直径端依次设有第一台阶(21)和第二台阶(22)，第一台阶(21)轴向设有用于配合外喷嘴(3)的凹孔，第二台阶(22)周向设有用于配合外喷嘴(3)的环形凹槽，环形凹槽与内喷嘴(2)小直径端之间设有用于配合外喷嘴(3)的圆台，圆台小直径端与内喷嘴(2)小直径端之间设有法兰，法兰周向设有两排小孔，每排小孔的数量相...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪凤山，毛晓芳，张榛，卢国权，蔡坤，陈君，沈岩，王平，杨春雷，杨尚锋，李骥琦，陈磊，张凤，何孟琪，杨柳，
申请(专利权)人：北京控制工程研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11