一种抑制毛细管气液两相流的装置制造方法及图纸

一种抑制毛细管气液两相流的装置，包括：法兰、框架、前室、毛细管、相变吸热金属片以及陶瓷隔热垫。推进剂经毛细管进入催化床发生催化燃烧释放热量。前室内的陶瓷隔热垫首先隔绝一部分热量向毛细管传递，随后相变吸热金属片通过相变吸热方式进一步降低毛细管出口温度。本发明专利技术有效抑制了毛细管中气液两相流的产生，从而解决单组元发动机推力下降故障，将发动机工作箱压由1.8MPa

【技术实现步骤摘要】
一种抑制毛细管气液两相流的装置


[0001]本专利技术涉及一种抑制毛细管气液两相流的装置，属于推力器


技术介绍

[0002]单组元推力器由电磁阀、喷注器、催化床及热控组件组成，其通过不同喷注器毛细管的选择实现不同推力大小的推力器设计。发动机工作时，推进剂经毛细管进入催化床发生催化燃烧反应，产生的高温通过辐射和传导等方式向毛细管处传递。推力器工作时毛细管出口温度高达400
‑
600℃，因此毛细管内部将不可避免的发生推进剂气化，这使毛细管内的流动成为涉及冷流动、蒸发和热分解相变的气液两相流动问题。当推进剂流量较大时，冷流占主导地位，蒸发和热分解相对有限，因此对推力器的正常工作不会产生太大影响。随着推进剂流量逐步减小，蒸发和热分解所占比重逐步上升，毛细管内气相组分不断增加，将会产生明显的气阻，严重时会影响推进剂的正常流动，从而使推力器的燃烧平衡发生改变以至影响推力器的推力性能。一般来说，对于微推力推力器，当推力器入口压力为1.2MPa左右(对应推进剂流量约80mg/s)时，推力器工作时便会出现推力下降故障。另外，过高的温度甚至可能导致推进剂在毛细管内产生燃烧分解现象，引发毛细管破裂，从而对卫星整体产生不可预估的安全风险。消除上述故障和安全隐患最有效和直接的方式就是降低毛细管温度，特别是毛细管根部的温度。

技术实现思路

[0003]本专利技术的技术解决的问题是：克服现有技术的不足，提出了一种抑制毛细管气液两相流的装置，通过相变吸热金属片和隔热陶瓷片的设计，有效减低单组元发动机喷注器毛细管的温度，从而实现毛细管的气液两相流的抑制。本专利技术有效解决单组元推力器由于气液两相流导致的推力下降故障，同时可消除由于温度过高导致的爆燃等安全隐患，从而提高单组元推力器的可靠性，拓展产品的使用工况。
[0004]本专利技术的技术方案是：
[0005]一种抑制毛细管气液两相流的装置，包括：法兰、框架、前室、毛细管、相变吸热金属片和陶瓷隔热垫；
[0006]法兰和前室通过框架连接，毛细管的两端分别固定连接法兰和前室；
[0007]前室包括：导管结构和腔体；
[0008]相变吸热金属片套装在前室导管结构的外壁上；陶瓷隔热垫放置于前室的腔体内部；毛细管穿过前室导管结构的内部插入陶瓷隔热垫；
[0009]陶瓷隔热垫加工有通孔，毛细管的端部穿过陶瓷隔热垫上的通孔，从而使推进剂经过毛细管流入催化床。
[0010]优选地，毛细管位于框架内部，法兰和前室之间的距离小于毛细管的长度，使法兰和前室之间的毛细管部分弯曲。
[0011]优选地，相变吸热金属片与前室顶部导管结构的外壁通过钎焊连接固定；
[0012]法兰和框架之间、前室和框架之间、前室和毛细管之间均通过钎焊连接固定。
[0013]优选地，前室的腔体和陶瓷隔热垫均为轴对称结构。
[0014]优选地，前室腔体的横截面为圆形；
[0015]毛细管和陶瓷隔热垫之间间隙配合；
[0016]陶瓷隔热垫的侧壁与前室内壁之间间隙配合。
[0017]优选地，毛细管外径和接触面A外径的比值为1：2.3～2.5；
[0018]其中，接触面A为相变吸热金属片与前室之间的环形接触面。
[0019]优选地，相变吸热金属片的轴向长度和前室导管结构的轴向长度一致；
[0020]相变吸热金属片的轴向总长度取值范围为6
‑
8mm。
[0021]优选地，相变吸热金属片内部材料为Zn4Al合金，外部镀铜形成壳体，壳体的材料为无氧铜。
[0022]优选地，相变吸热金属片包括：圆柱段和圆锥段；
[0023]圆锥段倒圆角处理，使得圆锥段母线形成曲线，利于导热通畅；
[0024]圆锥段的轴向长度和圆柱段的轴向长度比值为0.5～0.8：1
[0025]圆柱段的外径不小于20mm。
[0026]优选地，陶瓷隔热垫材料为二氧化硅陶瓷。
[0027]本专利技术与现有技术相比的有益效果是：
[0028]1)本专利技术采用在前室内放置隔热垫，有效阻止推进剂燃烧产生的热量向毛细管传播，从源头解决毛细管温度过高的问题，相比陶瓷燃烧室避免了陶瓷与金属焊接的难题。
[0029]2)本专利技术利用金属相变吸热，利用材料自身热容降低毛细管4根部温度，在抑制单组元发动机工作过程中产生的气液两相流现象的同时，避免了铜丝等散热需要提供外部热接口的弊端。
附图说明
[0030]图1为本专利技术装置结构示意图。
[0031]图2为本专利技术方法流程图。
具体实施方式
[0032]下面结合附图对本专利技术做进一步详细描述。
[0033]一种抑制毛细管气液两相流的装置，如图1所示包括：法兰1、框架2、前室3、毛细管4、相变吸热金属片5以及陶瓷隔热垫6；
[0034]法兰1和前室3通过框架2连接，毛细管4的两端分别固定连接法兰1和前室3。如图1所示，推进剂由上至下经过毛细管4流入催化床。
[0035]毛细管4位于框架2内部，法兰1和前室3之间的距离小于毛细管4的长度，使法兰1和前室3之间的毛细管4部分弯曲。
[0036]前室3的上端面设置有导管结构；
[0037]相变吸热金属片5套装在前室3导管结构的外壁上；毛细管4穿过前室3导管结构的内部；
[0038]前室3顶部导管结构用于使相变吸热金属片5和毛细管4之间不接触。
[0039]相变吸热金属片5与前室3顶部导管结构的外壁通过钎焊连接固定。
[0040]法兰1和框架2之间、前室3和框架2之间、前室3和毛细管4之间均通过钎焊连接固定。
[0041]陶瓷隔热垫6放置于前室3的腔体内；陶瓷隔热垫6加工有通孔，毛细管4的端部穿过陶瓷隔热垫6上的通孔，从而使推进剂经过毛细管4流入催化床；
[0042]前室3内的腔体为轴对称空间。
[0043]前室3腔体的横截面为圆形。本专利技术实施例中陶瓷隔热垫6的轴向长度为1～2mm。毛细管4和陶瓷隔热垫6之间间隙配合；陶瓷隔热垫6的侧壁与前室3内壁之间间隙配合。
[0044]本专利技术实施例中法兰1设有与电磁阀安装的机械接口，框架2对毛细管4起支撑作用，毛细管4设有C型折弯，前室3下游与催化床连接，相变吸热金属片5的下端面与前室3的上端面接触，在保证力学能力的基础上相变吸热金属片5与前室3上端面之间的平面接触越小越好。陶瓷隔热垫6中间设有圆形小孔。
[0045]前室3上的导管结构用于对毛细管4的外壁进行加厚处理，避免长期使用过程中钎焊料对毛细管4的腐蚀作用。
[0046]由于，前室3的上端面向毛细管4传热，前室3和相变吸热金属片5之间不接触更好，考虑到工程实际，本专利技术实施例中前室3和相变吸热金属片5之间接触，相变吸热金属片5的下端面与前室3上端面之间可以焊接也可以不焊接。
[0047]毛细管4外径和接触面A外径的比值为1：2.3～2.5，其中，接触面A为相变吸热金属片5本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种抑制毛细管气液两相流的装置，其特征在于，包括：法兰(1)、框架(2)、前室(3)、毛细管(4)、相变吸热金属片(5)和陶瓷隔热垫(6)；法兰(1)和前室(3)通过框架(2)连接，毛细管(4)的两端分别固定连接法兰(1)和前室(3)；前室(3)包括：导管结构和腔体；相变吸热金属片(5)套装在前室(3)导管结构的外壁上；陶瓷隔热垫(6)放置于前室(3)的腔体内部；毛细管(4)穿过前室(3)导管结构的内部插入陶瓷隔热垫(6)；陶瓷隔热垫(6)加工有通孔，毛细管(4)的端部穿过陶瓷隔热垫(6)上的通孔，从而使推进剂经过毛细管(4)流入催化床。2.根据权利要求1所述的一种抑制毛细管气液两相流的装置，其特征在于，毛细管(4)位于框架(2)内部，法兰(1)和前室(3)之间的距离小于毛细管(4)的长度，使法兰(1)和前室(3)之间的毛细管(4)部分弯曲。3.根据权利要求1所述的一种抑制毛细管气液两相流的装置，其特征在于，相变吸热金属片(5)与前室(3)顶部导管结构的外壁通过钎焊连接固定；法兰(1)和框架(2)之间、前室(3)和框架(2)之间、前室(3)和毛细管(4)之间均通过钎焊连接固定。4.根据权利要求1所述的一种抑制毛细管气液两相流的装置，其特征在于，前室(3)的腔体和陶瓷隔热垫(6)均为轴对称结构。5.根据权利要求4所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏高世，姚兆普，李永，刘旭辉，段德莉，王梦，张涛，陈阳，杨蕊，辛昉，臧娟伟，张占海，刘全成，张红亮，
申请(专利权)人：北京控制工程研究所，
类型：发明
国别省市：