本发明专利技术公开了一种燃气发生器出口燃气温度均匀性调控装置及燃气发生器。所公开的调整装置端部中心设有挡板和旋流叶片，侧壁上分布有与燃气发生器轴向成一定夹角的通孔的调控装置，该装置安装于燃气发生器内起到强化掺混的温度调控作用，具体可将燃烧室内边区的一种推进剂强制性驱动至中心区域，由于边区的推进剂具有切向旋转的高湍流度，边区推进剂与中心区高温燃气快速掺混、燃烧，不仅显著缩短燃烧室的长度，而且显著提高温度均匀性。而且显著提高温度均匀性。而且显著提高温度均匀性。
【技术实现步骤摘要】
一种燃气发生器出口燃气温度均匀性调控装置及燃气发生器
[0001]本专利技术涉及液体火箭发动机燃气发生器相关部件，具体涉及一种燃气发生器出口燃气温度均匀性调控装置及相关燃气发生器。
技术介绍
[0002]液体火箭发动机燃气发生器是发动机核心组件之一，作用是产生一定温度、高压燃气，驱动涡轮做功后进入推力室补燃或排放。受涡轮材料的限制，燃气发生器采用偏离化学当量比下组织燃烧，温度一般500℃～1000℃。由于燃气发生器结构尺寸小，富燃燃气发生器燃烧组织相对困难。以常温推进剂四氧化二氮/偏二甲肼推进剂为例，两种推进剂的化学当量混合比约为3.06，燃烧温度接近3000℃，而燃气发生器两种推进剂的混合比在0.16～0.4。
[0003]现有技术为实现高富燃或高富氧燃气发生器的高效燃烧、可靠冷却，燃气发生器的燃烧组织通常采用中心区温度高、边区温度低的方式，如图1所示，这使得燃烧场的温度均匀性很差，最大温差大于800℃；除此之外，为了燃气发生器出口温度均匀以满足涡轮工作要求，燃气发生器燃烧室长度往往很长，如图2所示，不仅增加了结构重量，不利于结构布局，而且影响了工作可靠性。
技术实现思路
[0004]针对现有技术的缺陷或不足，本专利技术一方面提供了一种燃气发生器出口燃气温度均匀性调控装置。
[0005]为此，本专利技术所提供的温度均匀性调控装置本体的中心局部沿轴向凸起形成空腔体，且空腔体为圆锥台形，装置本体上围绕空腔体的其他结构为支撑安装结构，支撑安装结构的外径与燃气发生器出口的内径适配；
[0006]圆锥台形空腔体的大端面为敞口结构，另一端面设有挡块和多个旋流叶片，且挡块与多个旋流叶片均位于空腔体内；所述挡块设置在所述另一端面的中心，所述多个旋流叶片围绕挡块设置，且相邻旋流叶片之间设有间隙；
[0007]所述空腔体的侧壁设有多个通孔，且多个通孔沿侧壁的周向分布，各通孔的轴向与所述空腔体的轴向呈30
°
～90
°
夹角。
[0008]进一步，所述挡块为圆锥台结构，且圆锥台的小端面朝向空腔体的外部。
[0009]可选的，所述旋流叶片的旋流数为0.8～1.2。
[0010]可选的，所述旋流叶片的个数为3～6个。
[0011]可选的，各通孔的直径为3～10mm。
[0012]本专利技术同时提供了相关燃气发生器。所提供的燃气发生器包括燃烧室，燃烧室包括沿轴向设置的圆柱段和锥形收敛段，所述圆柱段远离锥形收敛段的端部设有燃烧室进口，所述锥形收敛段远离圆柱端的端部设有燃烧室出口，所述燃烧室内安装有喷注器，且喷注器位于进口处，
[0013]所述喷注器的喷注端面设有若干个喷嘴，且喷注面的中心设有一个或多个中心喷嘴；
[0014]所述燃烧室内还安装有上述的装置，且装置位于圆柱段远离进口的端部，同时上述装置设有挡块和旋流叶片的端面朝向喷注器，且空腔体与喷注器共轴。
[0015]优选的，所述燃烧室圆柱段的轴向长度为1.2～1.25D，D为燃烧室内径。
[0016]燃气发生器为极度富燃或富氧燃气发生器；推进剂为常温推进剂，如四氧化二氮/偏二甲肼，也可以为低温推进剂，如液氧煤油、液氧甲烷等。喷注器形式可以是离心式喷注器、撞击式喷注器等各种形式。由于液体火箭发动机燃气发生器工作在极度富燃或富氧工作状态，燃气发生器的燃烧组织困难，边区通常为为单组元，温度低。同时燃烧室的流速相对较低，中心与边区不同温度燃气的掺混困难。为实现燃气发生器出口温度均匀，本专利技术采用一种中心设有挡板和旋流叶片，侧壁上分布有与燃气发生器轴向成一定夹角的通孔的调控装置，该装置安装于燃气发生器内起到强化掺混的温度调控作用，具体可将燃烧室内边区的一种推进剂强制性驱动至中心区域，由于边区的推进剂具有切向旋转的高湍流度，边区推进剂与中心区高温燃气快速掺混、燃烧，不仅显著缩短燃烧室的长度，而且显著提高温度均匀性。
附图说明
[0017]图1为现有技术中的喷注器分区燃烧结构示意图；
[0018]图2为现有常规燃气发生器结构示意图；
[0019]图3为本专利技术实施例中温度均匀调控装置的结构示意图；
[0020]图4为本专利技术燃气发生器的内部喷注器和温度均匀调控装置的安装结构示意图；
[0021]图5为本专利技术对比例中燃气发生器内纵向截面的燃气温度分布云图；
[0022]图6为本专利技术对比例中燃气发生器出口截面燃气温度分布云图；
[0023]图7为本专利技术实施例中燃气发生器内(靠近出口)的纵向截面的燃气温度分布云图；
[0024]图8为本专利技术实施例中燃气发生器出口截面燃气温度分布云图。
具体实施方式
[0025]除非有特殊说明，本文中的科学与技术术语根据相关领域普通技术人员的认识理解。
[0026]实施例1：
[0027]参见图3所示，本专利技术的温度均匀调控装置包括装置本体，本体的中心局部沿轴线凸起形成圆锥台形空腔体，本体上围绕空腔体的结构为支撑安装结构24，该支撑安装结构的外径与燃烧室的内径适配；
[0028]其中，圆锥台空腔体的大端面为敞口结构，另一端面设有挡块21和多个旋流叶片22，挡块21位于该另一端面的中心，旋流叶片围绕挡块设置，且相邻旋流叶片之间留有允许气流穿过的间隙；
[0029]空腔体的侧壁上设有多个通孔，且多个通孔的外绕侧壁的周向分布，各通孔的轴向与空腔体的轴向成30～90
°
夹角。
[0030]使用时，该温度均匀调控装置安装于燃气发生器燃烧室内，且位于燃烧室圆柱段和收敛段之间，同时温度均匀调控装置与喷注器共轴，且设有挡块和旋流叶片的端面朝向喷注器，另一端面朝向燃烧室出口。温度均匀调控装置朝向喷注器的端面设挡块和中心叶片式流道产生大尺度旋流，高温燃气经过挡块和中心旋流叶片，高速流向边区外侧，呈膜状，使得中心区高温燃气与边区低温燃气强制掺混，并且侧壁设有通孔，可进一步增强边区与中心气流的剪切混流实现温度均匀调控。
[0031]具体方案中，旋流叶片的个数可根据燃气发生器的燃烧室直径确定，推荐选用3～6个。
[0032]为保证旋流气膜低压对直流孔燃气的抽吸，同时在中心形成足够强度回流区，提升气动掺混强度，可对旋流叶片的旋流数进行规范，如旋流数推荐0.8～1.2。
[0033]具体方案中，侧壁各通孔的大小可根据需要穿透深度确定，推荐使用孔径范围为
[0034]具体方案中，温度调控装置的材料可以选用GH4169、GH1131、GH202等高温合金。
[0035]实施例2：
[0036]该实施例为安装有本专利技术温度均匀调控装置的燃气发生器，燃气发生器的燃烧室有圆柱段和锥形收敛段构成，圆柱段远离收敛段的端部设有进口，收敛段远离圆柱段的端部为锥形收敛段的小面积端，该小面积端设有出口；圆柱段的尾端(即与收敛段连接的端部)安装有图3所示的温度均匀调控装置，具体通过焊接安装于燃烧室中，同时燃烧室的进口处安装有图1所示喷注器(该喷注器本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种燃气发生器出口燃气温度均匀性调控装置，其特征在于，装置本体的中心局部沿轴向凸起形成空腔体，且空腔体为圆锥台形，装置本体上围绕空腔体的其他结构为支撑安装结构，支撑安装结构的外径与燃气发生器内径适配；圆锥台形空腔体的大端面为敞口结构，另一端面设有挡块和多个旋流叶片，且挡块与多个旋流叶片均位于空腔体内；所述挡块设置在所述另一端面的中心，所述多个旋流叶片围绕挡块设置，且相邻旋流叶片之间设有间隙；所述空腔体的侧壁设有多个通孔，且多个通孔沿侧壁的周向分布，各通孔的轴向与所述空腔体的轴向呈30
°
～90
°
夹角。2.如权利要求1所述的燃气发生器出口燃气温度均匀性调控装置，其特征在于，所述挡块为圆锥台结构，且圆锥台的小端面朝向空腔体的外部。3.如权利要求1所述的燃气发生器出口燃气温度均匀性调控装置，其特征在于，所述旋流叶片的旋流数为0....
【专利技术属性】
技术研发人员：李龙飞，李斌，钟博，李文龙，丰雪平，吕帆，凌前程，金丹，
申请(专利权)人：西安航天动力研究所，
类型：发明
国别省市：
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