一种气液针栓喷注器的缩尺方法技术

本发明专利技术提供一种气液针栓喷注器的缩尺方法，解决现有对于地面级大推力发动机是直接对全尺寸的针栓喷注器开展试验研究，存在费时费力的问题。该方法包括步骤1)根据推力室所需推力缩小比例数n，确定推力室缩尺件推力缩小至推力室原型件推力的1/n；2)确定气液针栓喷注器缩尺件结构尺寸参数,使其满足：缩尺件端头径向孔孔数为气液针栓喷注器原型件端头径向孔的孔数的1/n，缩尺件端头径向孔孔径与气液针栓喷注器原型件端头径向孔孔径相同，缩尺件端头环缝宽度a1与气液针栓喷注器原型件端头环缝宽度a0相同，缩尺件针栓头直径dh1与气液针栓喷注器原型件的针栓头直径dh0满足以下条件式：其中，n的取值满足条件：dh0＞(n

【技术实现步骤摘要】
一种气液针栓喷注器的缩尺方法


[0001]本专利技术涉及喷注器的缩尺技术，具体涉及一种气液针栓喷注器的缩尺方法。

技术介绍

[0002]针栓喷注器在大变比发动机中有较好的应用前景，目前对于地面级大推力发动机，是直接对全尺寸的针栓喷注器开展试验研究，全尺寸针栓喷注器研究存在费时费力的问题。
[0003]在发动机的研制过程中，缩尺技术的应用可以节约大量的成本和周期，而且能够有效降低研制风险，因而对针栓喷注器进行科学的缩尺也就非常的迫切，但目前并未见有关于对针栓喷注器进行缩尺技术的研究文献。

技术实现思路

[0004]为了解决现有对于地面级大推力发动机，是直接对全尺寸的针栓喷注器开展试验研究，存在费时费力的技术问题，本专利技术提供了一种气液针栓喷注器的缩尺方法。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供的技术方案是：
[0006]一种气液针栓喷注器的缩尺方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
[0007]1)选定气液针栓喷注器原型件以及与该气液针栓喷注器原型件配合使用的推力室原型件，根据推力室所需推力的缩小比例数n，在确定推力室缩尺件的室压与推力室原型件的室压一致前提下，确定推力室缩尺件的推力缩小至推力室原型件推力的1/n；
[0008]2)确定气液针栓喷注器缩尺件的结构尺寸参数,使其满足以下条件式：
[0009]a、气液针栓喷注器缩尺件的端头径向孔孔数N1为气液针栓喷注器原型件端头径向孔的孔数N0的1/n；
[0010]b、气液针栓喷注器缩尺件的端头径向孔孔径d1与气液针栓喷注器原型件的端头径向孔孔径d0相同；
[0011]c、气液针栓喷注器缩尺件的端头环缝宽度a1与气液针栓喷注器原型件的端头环缝宽度a0相同；
[0012]d、气液针栓喷注器缩尺件的针栓头直径dh1与气液针栓喷注器原型件的针栓头直径dh0满足以下条件式：
[0013][0014]其中，n的取值满足条件：dh0＞(n
‑
1)a0，且N0能够被n整除。
[0015]进一步地，还包括步骤3)：计算气液针栓喷注器缩尺件的雷诺数和射流动量比，进行气液针栓喷注器缩尺件结构尺寸参数的验证。
[0016]进一步地，所述n的取值为：1＜n≤10。
[0017]与现有技术相比，本专利技术的优点是：
[0018]本专利技术对气液针栓喷注器进行缩尺设计，并保证缩尺设计后的气液针栓喷注器
(缩尺件)与全尺寸气液针栓喷注器(原型件)具有相同的射流破碎、雾化过程，对缩尺件开展试验研究，能够有效提升试验效率，并降低试验成本。
附图说明
[0019]图1是气液针栓喷注器的结构示意图；
[0020]其中，附图标记如下：
[0021]1‑
中心筒，2
‑
外盖，3
‑
液体喷注腔，4
‑
气体喷注腔，5
‑
端头径向孔。
具体实施方式
[0022]以下结合附图和具体实施例对本专利技术的内容作进一步详细描述。
[0023]如图1所示，现有气液针栓喷注器包括中心筒1以及同轴设置在中心筒1外侧的外盖2；中心筒1的内腔作为液体喷注腔3，中心筒1下端侧壁开设有端头径向孔5；外盖2与中心筒1之间存在距离，形成环缝，并作为气体喷注腔4；液体推进剂经液体喷注腔3从端头径向孔5喷出，并与气体喷注腔4流出的气体推进剂相遇，从而发生雾化燃烧，为推力室提供推力。现有对气液针栓喷注器的试验研究是全尺寸，因此，为了便于对气液针栓喷注器开展试验研究，需要采用缩尺技术。但是对于气液针栓喷注器，由于气态推进剂的喷注状态会受到环境压力的影响，如果采用常规的针栓喷注器的缩尺方式，缩尺后气态推进剂的雷诺数、喷注器的射流动量比等不能满足相似要求。
[0024]本专利技术对气液针栓喷注器进行缩尺设计，并保证缩尺气液针栓喷注器的流动、雾化和燃烧状态与全尺寸喷注器具有相似性。
[0025]一种气液针栓喷注器的缩尺方法，包括以下步骤：
[0026]1)选定气液针栓喷注器原型件以及与该气液针栓喷注器原型件配合使用的推力室原型件，设缩尺比例为n，根据推力室所需推力的缩小比例数n，确定推力室缩尺件的推力缩小至推力室原型件推力的1/n，在比冲不变的情况下，气液针栓喷注器的推进剂流量变为1/n，保持混合比k(氧化剂流量与燃料流量之比)不变，则气体推进剂(氧化剂)和液体(燃料)推进剂的流量均变为原型件相应流量的1/n。
[0027]另外，推力室缩尺件的室压应与推力室原型件的室压保持一致，主要有以下考虑：保持推力室的室压不变，对于气态推进剂，可以保持密度不变，对应用相似准则带来很大的便利。
[0028]2)气液针栓喷注器的缩尺设计准则是保持射流雷诺数、射流动量比的一致，就可以保证射流破碎、雾化过程的一致。气液针栓喷注器一般内圈射流(液体推进剂)为束状径向射流，外圈射流(气体推进剂)为环缝状轴向射流。气液针栓喷注器主要结构参数包括端头直径dh、端头径向孔孔径d、端头径向孔孔数N、端头环缝宽度a，一般情况下，端头直径dh远大于端头环缝宽度a；
[0029]对于气液针栓喷注器的内圈，液体推进剂的流量公式为：
[0030][0031]式中，为液体推进剂的流量，ρ
f
为液体推进剂的密度，v
f
为液体推进剂的速度，
d为端头径向孔孔径，N为端头径向孔孔数。由于液体推进剂的流量变为原型件的1/n，则气液针栓喷注器缩尺件的端头径向孔孔数需减小为原型件的1/n，并且液体推进剂的密度、液体推进剂的速度、端头径向孔孔径均保持不变。
[0032]对于气液针栓喷注器的外圈，气体推进剂流量公式为：
[0033][0034]式中，为气体推进剂的流量，ρ0为气体推进剂的密度，v0为气体推进剂速度，dh为端头直径，a为端头环缝宽度。由于气体推进剂的流量变为原型件的1/n，并且气体推进剂的密度、气体推进剂的速度、针栓端头环缝宽度均保持不变。
[0035]气液针栓喷注器内圈和外圈结构参数的缩尺是协同的，即可同时满足内外圈的缩比。气液针栓喷注器缩尺件的针栓头直径dh1需满足如下公式：
[0036][0037]式中：dh0为气液针栓喷注器原型件的端头直径，a0为气液针栓喷注器原型件的端头环缝宽度。
[0038]在气液针栓喷注器缩尺件的结构尺寸参数设计完成后，本专利技术还包括：
[0039]步骤3)检查缩尺准则的适用性：计算气液针栓喷注器缩尺件射流雷诺数、射流动量比；
[0040]雷诺数：
[0041][0042]式中，Re为雷诺数，μ为推进剂动力粘性系数，d
e
为水力直径，缩尺件原型件的μ、d
e
保持不变；
[0043]对于内圈，d
e
＝d，可见各项参数均未改变，满足雷诺数准则；
[0044]对于外圈，d
e
＝2a，可见各项参数均未改本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种气液针栓喷注器的缩尺方法，其特征在于，包括以下步骤：1)选定气液针栓喷注器原型件以及与该气液针栓喷注器原型件配合使用的推力室原型件，根据推力室所需推力的缩小比例数n，在确定推力室缩尺件的室压与推力室原型件的室压一致前提下，确定推力室缩尺件的推力缩小至推力室原型件推力的1/n；2)确定气液针栓喷注器缩尺件的结构尺寸参数,使其满足以下条件式：a、气液针栓喷注器缩尺件的端头径向孔孔数N1为气液针栓喷注器原型件端头径向孔的孔数N0的1/n；b、气液针栓喷注器缩尺件的端头径向孔孔径d1与气液针栓喷注器原型件的端头径向孔孔径d0相同；c、气液针...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘占一，陈宏玉，王勇，许婷，杨尚荣，陈鹏飞，周晨初，
申请(专利权)人：西安航天动力研究所，
类型：发明
国别省市：