專(zhuān)利名稱(chēng)：具有錐形反射面諧振腔的自激振蕩射流撞擊式噴嘴的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有錐形反射面諧振腔的自激振蕩射流撞擊式噴嘴，主要應(yīng)用于液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)推力室、預(yù)燃室噴注器設(shè)計(jì)及液體霧化等領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著航天動(dòng)力裝置對(duì)高能能源的追求，含金屬顆粒的推進(jìn)劑成為化學(xué)推進(jìn)劑的一個(gè)重要發(fā)展方向。但金屬顆粒的推進(jìn)劑粘度極大，有些甚至呈現(xiàn)出非牛頓流體的性質(zhì)，使得這些推進(jìn)劑的霧化及其困難。本申請(qǐng)人于2011年1月4日申請(qǐng)了中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利，申請(qǐng)?zhí)枮?20110000641. 3，為一種《用于復(fù)雜流體霧化的自激振蕩射流撞擊式噴嘴》，該專(zhuān)利采用兩股或多股自激振蕩的射流相互撞擊的方法使液體失穩(wěn)及霧化。該用于復(fù)雜流體霧化的自激振蕩射流撞擊式噴嘴，具體包括集液腔殼體，噴注面板，諧振腔殼體。集液腔殼體與噴注面板之間通過(guò)法蘭連接，并使用密封墊片進(jìn)行密封，這樣集液腔殼體與噴注面板之間形成一個(gè)大的空腔稱(chēng)為集液腔。噴注面板底部中心有一圓臺(tái)形內(nèi)凹空間，垂直于圓臺(tái)內(nèi)凹空間的側(cè)面對(duì)稱(chēng)布置兩個(gè)或多個(gè)噴孔，噴孔軸線與噴注面板中心軸線呈一定角度，該角度取值范圍為15° 45°之間，且所有噴孔軸線相交于噴注面板中心軸線上的一點(diǎn)。噴注面板上部中心圓臺(tái)側(cè)面布置有噴孔入口，噴孔入口處有內(nèi)螺紋。諧振腔殼體上設(shè)有諧振腔入口，諧振腔殼體外表面有外螺紋，該諧振腔殼體通過(guò)噴口入口的內(nèi)螺紋與噴注面板連接。諧振腔殼體與噴注面板之間形成兩個(gè)或多個(gè)諧振腔。射流的自激振蕩是由上游的圓柱形諧振腔產(chǎn)生的由于液流的擾動(dòng)波在諧振腔內(nèi)不斷地反射撞擊，出現(xiàn)了自激振蕩脈沖射流。自激振蕩脈沖射流由兩個(gè)或多個(gè)噴孔噴出，相互撞擊后霧化。該技術(shù)的不足之處是圓柱形諧振腔形成的自激振蕩不強(qiáng)烈，射流撞擊力不強(qiáng)，霧化效果還有進(jìn)一步提高的潛力。本發(fā)明旨在提供一種具有錐形反射面諧振腔的自激振蕩射流撞擊式噴嘴，可改善自激振蕩射流撞擊噴嘴的霧化效果，提高液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒效率和比沖。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種具有錐形反射面諧振腔的自激振蕩射流撞擊式噴嘴，使用該噴嘴可以在較低壓力下達(dá)到較好的霧化效果，提高液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒效率和比沖，而且方便可靠，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。本發(fā)明提供一種具有錐形反射面諧振腔的自激振蕩射流撞擊式噴嘴，其技術(shù)方案是流體由供應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)入集液腔，從位于集液腔內(nèi)的諧振腔入口以高速射流的形式進(jìn)入諧振腔，由于流道面積的突擴(kuò)以及腔內(nèi)氣體與射流之間發(fā)生動(dòng)量交換，形成一定厚度的不穩(wěn)定剪切層，剪切層內(nèi)夾帶著旋渦并向下游運(yùn)動(dòng)。當(dāng)具有初始擾動(dòng)的射流與不斷產(chǎn)生的旋渦一起到達(dá)下游碰撞壁時(shí)，在碰撞區(qū)誘發(fā)出一定頻率的壓力擾動(dòng)波。該擾動(dòng)波又高速向上游反射至上游入口處，若此時(shí)壓力波相位與射流初始振蕩相位一樣，整個(gè)流體的振蕩被疊加、 放大。重復(fù)上述過(guò)程，即出現(xiàn)了自激振蕩脈沖射流。錐形反射面的存在使碰撞區(qū)域的擾動(dòng)向敏感的剪切層分離區(qū)傳播，有利于擬序大結(jié)構(gòu)旋渦的形成，從而引發(fā)自激振蕩。對(duì)于能產(chǎn)生自激振蕩的工況，適當(dāng)?shù)姆瓷涿驽F角可使腔內(nèi)損失降至最小。自激振蕩脈沖射流由兩個(gè)或多個(gè)噴孔噴出，射流撞擊形成液膜。由于射流形成了自激振蕩，射流撞擊后所形成的液膜將變得更不穩(wěn)定，縮短液膜破碎距離，加速液膜破碎霧化。本發(fā)明一種具有錐形反射面諧振腔的自激振蕩射流撞擊式噴嘴具體包括集液腔殼體，噴注面板，諧振腔殼體。連接關(guān)系是集液腔殼體上部中心有螺紋孔可與供應(yīng)管路連接。集液腔殼體與噴注面板之間通過(guò)法蘭連接，并使用密封墊片進(jìn)行密封，這樣集液腔殼體與噴注面板之間形成一個(gè)大的空腔稱(chēng)為集液腔。噴注面板底部中心有一圓臺(tái)形內(nèi)凹空間， 垂直于圓臺(tái)內(nèi)凹空間的側(cè)面對(duì)稱(chēng)布置兩個(gè)或多個(gè)噴孔，噴孔軸線與噴注面板中心軸線呈一定角度，該角度取值范圍為15° 45°之間，且所有噴孔軸線相交于噴注面板中心軸線上的一點(diǎn)。噴注面板上部中心圓臺(tái)側(cè)面布置有噴孔入口。諧振腔殼體外表面有外螺紋，諧振腔殼體與噴注面板之間形成兩個(gè)或多個(gè)諧振腔。其特征在于所述的噴孔入口外表為錐形反射面，噴孔入口位于一沉孔內(nèi)，沉孔側(cè)壁有內(nèi)螺紋；所述的諧振腔殼體的內(nèi)孔上段為直徑較小的諧振腔入口，中段為上小下大的圓錐形孔，下段為直徑較大的直孔；所述的諧振腔殼體外表面的外螺紋與所述沉孔側(cè)壁處的內(nèi)螺紋連接。其中，為了形成自激振蕩射流，噴孔直徑應(yīng)小于諧振腔入口直徑；諧振腔直孔的直徑與噴孔直徑之比范圍應(yīng)為6 9，諧振腔長(zhǎng)度(即從噴孔入口至諧振腔入口處的長(zhǎng)度) 與諧振腔直孔的直徑之比范圍應(yīng)為0. 4 0. 9 ；錐形反射面母線與諧振腔中心線夾角應(yīng)為 50° 90°之間，通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)最佳角度為60°。其中，噴孔為圓柱形孔或錐形孔，孔的收縮角范圍為0 30°。其中，諧振腔入口為圓柱形孔或錐形孔，孔的收縮角范圍為0 30°。本發(fā)明一種具有錐形反射面諧振腔的自激振蕩射流撞擊式噴嘴，其優(yōu)點(diǎn)及功效在于使用該噴嘴可以在較低壓力下對(duì)復(fù)雜流體達(dá)到較好的霧化效果，而且方便可靠，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；與具有圓柱形諧振腔的自激振蕩射流撞擊式噴嘴相比，其諧振腔設(shè)計(jì)更為合理，有效提高了自激振蕩射流撞擊式噴嘴的霧化性能。


圖1 本發(fā)明實(shí)施例一的兩股自激振蕩射流撞擊式噴嘴。圖2 圖1的A-A面剖視圖。圖3 圖1的局部C的放大圖。圖4:集液腔殼體剖面圖。圖5 集液腔殼體俯視圖。圖6 噴注面板仰視圖。圖7 圖6的A-A面剖視圖。圖8:圖7的局部B的放大圖。圖9 諧振腔殼體剖視圖。圖10 本發(fā)明實(shí)施例二的三股自激振蕩射流撞擊式噴嘴。
圖11 圖9的A-A面剖視圖。圖12 圖9的局部C的放大圖。圖中標(biāo)號(hào)說(shuō)明如下
1集液腔殼體，2噴注面板，3密封墊片，4諧振腔殼體，11集液腔進(jìn)口，12集液腔， 21噴孔，22噴孔入口，23內(nèi)凹空間，231側(cè)面，24反射面，25沉孔，41諧振腔，42諧振腔入口。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一如圖1、2、3所示，本發(fā)明一種具有錐形反射面諧振腔的自激振蕩射流撞擊式噴嘴，主要由集液腔殼體1、噴注面板2、密封墊片3和諧振腔殼體4組成。圖4、5為集液腔殼體1，由集液腔進(jìn)口 11和集液腔12組成。圖6、7、8為噴注面板2，噴注面板2底部中心有一圓臺(tái)形內(nèi)凹空間23，垂直于圓臺(tái)內(nèi)凹空間的側(cè)面231對(duì)稱(chēng)布置有兩個(gè)噴孔21，噴孔21與噴注面板2的軸線成一定角度且對(duì)稱(chēng)布置，該角度取值范圍為15° 45°之間，且所有噴孔軸線相交于噴注面板中心軸線上的一點(diǎn)。在噴注面板上部布置有兩個(gè)沉孔25，沉孔25的側(cè)壁有內(nèi)螺紋；兩個(gè)噴孔入口 22分別位于兩個(gè)沉孔25內(nèi)，噴孔入口 22的外表面為錐形反射面M。圖9為諧振腔殼體4，其上設(shè)有諧振腔41，以及諧振腔入口 42 ；諧振腔殼體4外表面有外螺紋。集液腔殼體1與噴注面板2用螺栓以法蘭的方式進(jìn)行連接。集液腔殼體1與噴注面板2之間通過(guò)密封墊片3密封，防止流體滲漏。兩個(gè)沉孔25側(cè)壁的內(nèi)螺紋與兩個(gè)諧振腔殼體4外表面的外螺紋相連接，使噴注面板2與兩個(gè)諧振腔殼體4之間形成兩個(gè)諧振腔41。諧振腔41上段為直徑較小的諧振腔入口 42，中段為上小下大的圓錐形孔，下段為直徑較大的直孔。諧振腔入口 42處于集液腔12內(nèi)，諧振腔的出口即為噴孔21。諧振腔41的直孔的直徑Dx與噴孔21的直徑D。的比值范圍為6 9，諧振腔41的長(zhǎng)度(即從噴孔入口至諧振腔入口處得長(zhǎng)度)Lx與諧振腔41的直孔的直徑Dx比值的范圍為0. 4 0. 9，噴孔21 的直徑D。小于諧振腔入口 42的直徑D”錐形反射面M母線與諧振腔41中心線夾角應(yīng)為 50° 90°之間，通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)最佳角度為60°。該噴嘴在工作時(shí)，供應(yīng)系統(tǒng)管路中的復(fù)雜流體經(jīng)集液腔進(jìn)口 11流入集液腔12。然后液流從位于集液腔12內(nèi)的兩個(gè)諧振腔入口 42以高速射流的形式分別進(jìn)入兩個(gè)諧振腔 41。由于流道面積突然擴(kuò)大以及諧振腔41內(nèi)原本存在的氣體與射流之間發(fā)生剪切，對(duì)射流形成一種擾動(dòng)的作用。產(chǎn)生了擾動(dòng)的射流繼續(xù)向諧振腔出口即噴孔21運(yùn)動(dòng)，當(dāng)射流與不斷發(fā)展的擾動(dòng)一起到達(dá)噴孔21處，與錐形反射面M發(fā)生碰撞，錐形反射面M使碰撞區(qū)域的擾動(dòng)向敏感的剪切層分離區(qū)傳播，有利于擬序大結(jié)構(gòu)旋渦的形成，從而引發(fā)自激振蕩。而且當(dāng)錐形反射面M具有合適的反射面錐角時(shí)，可使諧振腔內(nèi)損失降至最小。與錐形反射面 M碰撞后，擾動(dòng)波又向上游反射直到諧振腔入口 42。若反射回來(lái)的擾動(dòng)波相位與射流初始擾動(dòng)相位一樣，整個(gè)流體的振蕩將被疊加、放大。經(jīng)擾動(dòng)波反復(fù)在諧振腔41內(nèi)來(lái)回反射、疊加，形成了自激振蕩脈沖射流。自激振蕩脈沖射流從兩個(gè)噴孔21噴出并在噴注面板2下游某處相撞，進(jìn)而霧化。由于自激振蕩的射流非常不穩(wěn)定，再加上兩股射流相互利用對(duì)方的動(dòng)量，使得流體霧化效果更好。實(shí)施例二 本發(fā)明一種具有錐形反射面諧振腔的自激振蕩射流撞擊式噴嘴，實(shí)施例二如圖 10、11、12所示，實(shí)施例二與實(shí)施例一的主要區(qū)別在于噴注面板2底部均勻布置3個(gè)噴孔 21，對(duì)應(yīng)地在噴注面板上部有3個(gè)噴孔入口 22。這樣就構(gòu)成了三股自激振蕩射流撞擊式噴嘴。
施例二與實(shí)施例一的另一不同之處在于諧振腔入口 42以及噴孔21都為錐形通道 (如圖12)，收縮角度分別為α =30°和β =30°。由于錐形通道內(nèi)沿著軸線方向流體流動(dòng)的剪切速率是增大的，這樣對(duì)于具有剪切變稀性質(zhì)的復(fù)雜流體就有稀化作用。將噴孔 21以及諧振腔入口 42都設(shè)計(jì)成錐形通道的形式，降低了復(fù)雜流體的表觀粘度，改善了復(fù)雜流體的霧化效果。該噴嘴在工作時(shí)，供應(yīng)系統(tǒng)管路中的復(fù)雜流體經(jīng)集液腔進(jìn)口 11流入集液腔12。然后液流從位于集液腔12內(nèi)的三個(gè)錐形的諧振腔入口 42以高速射流的形式分別進(jìn)入三個(gè)諧振腔41。由于流道面積突然擴(kuò)大以及諧振腔41內(nèi)原本存在的氣體與射流之間發(fā)生剪切，對(duì)射流形成一種擾動(dòng)的作用。產(chǎn)生了擾動(dòng)的射流繼續(xù)向諧振腔出口即噴孔21運(yùn)動(dòng)，當(dāng)射流與不斷發(fā)展的擾動(dòng)一起到達(dá)噴孔21處，與錐形反射面M發(fā)生碰撞，錐形反射面M使碰撞區(qū)域的擾動(dòng)向敏感的剪切層分離區(qū)傳播，有利于擬序大結(jié)構(gòu)旋渦的形成，從而引發(fā)自激振蕩。 而且當(dāng)錐形反射面M具有合適的反射面錐角時(shí)，可使諧振腔內(nèi)損失降至最小。與錐形反射面M碰撞后，擾動(dòng)波又向上游反射直到諧振腔入口 42。若反射回來(lái)的擾動(dòng)波相位與射流初始擾動(dòng)相位一樣，整個(gè)流體的振蕩將被疊加、放大。經(jīng)擾動(dòng)波反復(fù)在諧振腔41內(nèi)來(lái)回反射、 疊加，形成了自激振蕩脈沖射流。自激振蕩脈沖射流從三個(gè)錐形噴孔21噴出并在噴注面板 2下游某處相撞，進(jìn)而霧化。由于采用了具有錐形通道形式的諧振腔入口 42以及噴孔21， 降低了復(fù)雜流體的表觀粘度，改善了復(fù)雜流體的霧化效果。
權(quán)利要求
1.一種具有錐形反射面諧振腔的自激振蕩射流撞擊式噴嘴具體包括集液腔殼體，噴注面板，諧振腔殼體；連接關(guān)系是集液腔殼體上部中心有螺紋孔可與供應(yīng)管路連接；集液腔殼體與噴注面板之間通過(guò)法蘭連接，并使用密封墊片進(jìn)行密封，這樣集液腔殼體與噴注面板之間形成一個(gè)大的空腔稱(chēng)為集液腔；噴注面板底部中心有一圓臺(tái)形內(nèi)凹空間，垂直于圓臺(tái)內(nèi)凹空間的側(cè)面對(duì)稱(chēng)布置兩個(gè)或多個(gè)噴孔，噴孔軸線與噴注面板中心軸線呈一定角度，該角度取值范圍為15° 45°之間，且所有噴孔軸線相交于噴注面板中心軸線上的一點(diǎn)；噴注面板上部中心圓臺(tái)側(cè)面布置有噴孔入口，諧振腔殼體外表面有外螺紋，諧振腔殼體與噴注面板之間形成兩個(gè)或多個(gè)諧振腔；其特征在于所述的噴孔入口外表為錐形反射面，噴孔入口位于一沉孔內(nèi)，沉孔側(cè)壁有內(nèi)螺紋；所述的諧振腔殼體的內(nèi)孔上段為直徑較小的諧振腔入口，中段為上小下大的圓錐形孔，下段為直徑較大的直孔；所述的諧振腔殼體外表面的外螺紋與所述沉孔側(cè)壁處的內(nèi)螺紋連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有錐形反射面諧振腔的自激振蕩射流撞擊式噴嘴，其特征在于所述的噴孔直徑應(yīng)小于諧振腔入口直徑；諧振腔直孔的直徑與噴孔直徑之比范圍應(yīng)為6 9，諧振腔長(zhǎng)度與諧振腔直孔的直徑之比范圍應(yīng)為0. 4 0. 9，其中諧振腔長(zhǎng)度即從噴孔入口至諧振腔入口處的長(zhǎng)度；錐形反射面母線與諧振腔中心線夾角應(yīng)為50° 90° 之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有錐形反射面諧振腔的自激振蕩射流撞擊式噴嘴，其特征在于所述的噴孔為圓柱形孔或錐形孔，孔的收縮角范圍為0 30°。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有錐形反射面諧振腔的自激振蕩射流撞擊式噴嘴，其特征在于所述的諧振腔入口為圓柱形孔或錐形孔，孔的收縮角范圍為0 30°。
全文摘要
本發(fā)明為具有錐形反射面諧振腔的自激振蕩射流撞擊式噴嘴包括集液腔殼體，噴注面板，諧振腔殼體；集液腔殼體與噴注面板連接，集液腔殼體與噴注面板之間為集液腔；噴注面板底部中心有一圓臺(tái)形內(nèi)凹空間，垂直于圓臺(tái)內(nèi)凹空間的側(cè)面對(duì)稱(chēng)布置兩個(gè)或多個(gè)噴孔，噴孔軸線與噴注面板中心軸線呈15°～45°；噴注面板上部中心圓臺(tái)側(cè)面布置有噴孔入口，諧振腔殼體外表面有外螺紋，諧振腔殼體與噴注面板之間形成兩個(gè)或多個(gè)諧振腔；噴孔入口外表為錐形反射面，噴孔入口位于一沉孔內(nèi)，沉孔側(cè)壁有內(nèi)螺紋；諧振腔殼體的內(nèi)孔上段為直徑較小的諧振腔入口，中段為上小下大的圓錐形孔，下段為直徑較大的直孔；諧振腔殼體外表面的外螺紋與沉孔側(cè)壁處的內(nèi)螺紋連接。
文檔編號(hào)B05B1/14GK102161020SQ201110074919
公開(kāi)日2011年8月24日 申請(qǐng)日期2011年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月28日
發(fā)明者富慶飛, 屈元元, 楊立軍, 谷彬 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)