專(zhuān)利名稱(chēng)：一種氣液組元高室壓大范圍變工況燃燒器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種燃燒器。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中，使用推進(jìn)劑為氣液組元的燃燒器因?yàn)椴捎猛七M(jìn)劑擠壓方式供應(yīng)，因 此變工況能力也較弱。擠壓方式不適用于高室壓，所以高室壓大范圍變工況的燃燒器研究 是很必要的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種新型氣液組元高室壓大范圍變工況燃燒器，其解決了現(xiàn)有 氣液組元燃燒器室壓低、推力低、小范圍變工況能力不足的技術(shù)問(wèn)題。本發(fā)明的技術(shù)解決方案為一種氣液組元高室壓大范圍變工況燃燒器，包括噴注器、噴管12和電火花點(diǎn)火器 7，其特殊之處在于所述噴注器包括氧化劑進(jìn)口管1、燃燒劑進(jìn)口管3、氣液雙組元噴嘴2、 噴注器面板23和燃燒劑腔4，所述氣液雙組元噴嘴2包括節(jié)流孔24、噴注器面板23、設(shè)置 在氣液雙組元噴嘴2中部且開(kāi)口于噴注器面板23中心的氧化劑直流噴嘴22以及設(shè)置在氧 化劑直流噴嘴22側(cè)壁上的三個(gè)燃燒劑自擊直流噴嘴21 ；所述節(jié)流孔24設(shè)置在氧化劑進(jìn)口 管1和氧化劑直流噴嘴22之間；所述燃燒劑腔4為環(huán)繞在氧化劑直流噴嘴22的外圓周的 液體腔，所述噴注器面板23上設(shè)置有與燃燒劑腔4相通的多個(gè)燃燒劑直流噴嘴5。上述燃燒劑腔4內(nèi)設(shè)置有擋板41，所述擋板41將燃燒劑腔4分成兩個(gè)同軸相套的 內(nèi)環(huán)形腔43和外環(huán)形腔42，且內(nèi)環(huán)形腔43和外環(huán)形腔42在靠近噴注器面板23處連通， 所述燃燒劑自擊直流噴嘴21與內(nèi)環(huán)形腔43相通，所述燃燒劑直流噴嘴5與外環(huán)形腔52相
ο上述噴管12由整體造型加工的噴管內(nèi)壁9和噴管外壁8釬焊組成，所述燃燒器還 包括冷卻回路，所述冷卻回路包括開(kāi)口于噴管12外壁的冷卻水進(jìn)口管10和冷卻水出口管 11以及噴管內(nèi)壁9和噴管外壁8之間的空腔。上述燃燒劑直流噴嘴5圓周均布在氧化劑直流噴嘴22的周?chē)Ｉ鲜鋈紵齽┲绷鲊娮?的數(shù)量為12個(gè)。上述電火花點(diǎn)火器7設(shè)置在距離噴注器面板12-20mm處的噴管12的側(cè)壁處。上述電火花點(diǎn)火器7設(shè)置在距離噴注器面板15mm處的噴管12的側(cè)壁處。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于1、本發(fā)明設(shè)計(jì)的中心區(qū)余氧系數(shù)分區(qū)布置的噴注混合單元的噴注器，構(gòu)造中心余 氧系數(shù)相對(duì)較高的區(qū)域，既保護(hù)噴注器面板出現(xiàn)燒蝕，又解決氣液雙組元推進(jìn)劑穩(wěn)定燃燒 問(wèn)題(即中心余氧系數(shù)相對(duì)較高，圓周直流噴嘴區(qū)域余氧系數(shù)相對(duì)較低)。2、本發(fā)明設(shè)計(jì)的氣液雙組元噴嘴，為氣態(tài)氧化劑直流噴嘴和液態(tài)燃燒劑三股自擊 直流噴嘴的結(jié)合型噴嘴，此種噴嘴保證了很大范圍工況下兩種推進(jìn)劑能夠擁有良好的霧化
3和混合，從而解決了在大范圍變工況情況下，氣液組元高室壓大范圍變工況燃燒器能夠正 常穩(wěn)定工作。3、本發(fā)明設(shè)計(jì)的噴注器面板上設(shè)置有繞軸線圓周均勻分布的燃燒劑直流噴嘴，可 以有效地保護(hù)噴注器以及噴管的燃燒室內(nèi)壁不受燒蝕。4、本發(fā)明設(shè)計(jì)的燃燒劑腔內(nèi)設(shè)置有擋板，能夠保證燃燒劑進(jìn)入燃燒劑腔內(nèi)后保持 一定的速度通過(guò)噴注器面板，從而保證了噴注器面板的冷卻。5、本發(fā)明的噴管由噴管內(nèi)壁和噴管外壁通過(guò)釬焊連接在一起，保證了噴管具有很 高的強(qiáng)度；噴管內(nèi)壁為整體加工，減少了喉部等部位的焊縫，簡(jiǎn)化了噴管結(jié)構(gòu)及工藝，也保 證了噴管內(nèi)型面的圓滑，從而保證了噴管具有良好的性能。6、本發(fā)明噴管內(nèi)壁和噴管外壁通過(guò)釬焊連接在一起，可作為冷卻回路的通道，保 護(hù)噴管內(nèi)壁不受燒蝕。7、本發(fā)明解決了氣液組合燃燒技術(shù)，解決了高溫高壓大范圍變工況條件下穩(wěn)定工 作問(wèn)題。8、本發(fā)明的電火花點(diǎn)火器可以多次點(diǎn)火，解決了燃燒器多次起動(dòng)難題。9、本發(fā)明的氧化劑進(jìn)口管和氧化劑直流噴嘴之間設(shè)置了節(jié)流孔，氧化劑直接從進(jìn) 口管進(jìn)入氧化劑直流噴嘴，相當(dāng)于氧化劑進(jìn)口管1和氣液雙組元噴嘴2構(gòu)成了氧化劑腔，從 而省去了氧化劑腔結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。


圖1本發(fā)明的氣液組元高室壓大范圍變工況燃燒器半剖結(jié)構(gòu)圖；圖2本發(fā)明的噴注器剖視圖；圖3本發(fā)明的噴注器下視圖；圖4本發(fā)明的氣液雙組元噴嘴剖視圖； 圖5為本發(fā)明噴灌的剖視
1_氧化劑進(jìn)口管、2-氣液雙組元噴嘴、21-燃燒劑自擊直流噴嘴、22-氧 化劑直流噴嘴、23-噴注器面板、24-節(jié)流孔、3-燃燒劑進(jìn)口管、4-燃燒劑腔、41-擋板、 42-外環(huán)形腔、443-內(nèi)環(huán)形腔、5-燃燒劑直流噴嘴、6-法蘭、7-電火花點(diǎn)火器、8-噴管外壁、 9-噴管內(nèi)壁、10-冷卻水進(jìn)口管、11-冷卻水出口管、12-噴管。
具體實(shí)施例方式圖1所示為本發(fā)明的氣液組元高室壓大范圍變工況燃燒器半剖結(jié)構(gòu)圖，燃燒器由 噴注器和噴管組成，噴注器和噴管通過(guò)法蘭6連接。氧化劑進(jìn)口管1和氣液雙組元噴嘴2 組成的氧化劑集液腔容積要盡可能小。燃燒劑腔的擋板可以使燃燒劑流速增加，從而冷卻 噴注器面板。如圖2和圖3所示，氧化劑進(jìn)口管1、燃燒劑進(jìn)口管3、氣液雙組元噴嘴2、噴注器面 板23和燃燒劑腔4組成噴注器，其內(nèi)包括一個(gè)氧化劑直流噴嘴22，三個(gè)燃燒劑自擊直流噴 嘴21，十二個(gè)燃燒劑直流噴嘴5，燃燒劑直流噴嘴5圓周均勻排列在氧化劑直流噴嘴22周 圍。噴注器的功能是實(shí)現(xiàn)推進(jìn)劑流強(qiáng)的分區(qū)分配，實(shí)現(xiàn)中心區(qū)推進(jìn)劑余氧系數(shù)保持較高的 狀態(tài)，保證推進(jìn)劑在各種工況下的可靠燃燒。
如圖4所示，氣液雙組元噴嘴為氣態(tài)氧氣的氧化劑直流噴嘴22和液態(tài)煤油的三個(gè) 燃燒劑自擊直流噴嘴21的結(jié)合型噴嘴，氣液雙組元噴嘴能夠保證兩種推進(jìn)劑充分霧化和 混合。工質(zhì)為氣體組元的氧化劑和液體組元的燃燒劑，流經(jīng)燃料進(jìn)口管3及燃燒劑腔的燃 燒劑繞過(guò)擋板41后，一路通過(guò)燃燒劑自擊直流噴嘴21進(jìn)入氧化劑直流噴嘴22，一路進(jìn)入燃 燒劑直流噴嘴5。氣態(tài)氧化劑采用直流形式，液態(tài)燃燒劑采用三股自擊形式，可以使兩種推 進(jìn)劑具有良好的霧化和混合。如圖5所示，噴管由噴管內(nèi)壁和噴管外壁通過(guò)釬焊連接在一起，噴管內(nèi)壁為整體 加工，減少了喉部等部位的對(duì)接焊縫。噴管內(nèi)壁和噴管外壁之間形成冷卻通道，保護(hù)噴管內(nèi) 壁不受燒蝕。本發(fā)明原理是氣液組元高室壓大范圍變工況燃燒器為固定結(jié)構(gòu)，氧化劑由噴注 器的頂端中心，燃燒劑由噴注器面板，分別噴入噴管的燃燒室，并被安裝在噴管側(cè)壁上的電 火花點(diǎn)火器放電點(diǎn)燃，燃燒后經(jīng)噴管排出產(chǎn)生動(dòng)力。推進(jìn)劑的通流面積固定不變，燃燒器通 過(guò)適應(yīng)不同的推進(jìn)劑流量來(lái)實(shí)現(xiàn)變工況工作(改變推進(jìn)劑流量的功能由燃燒器上游的流 量調(diào)節(jié)閥實(shí)現(xiàn)，不屬于本發(fā)明的范疇)；使燃燒劑直流噴嘴與氣液雙組元噴嘴噴射出的推 進(jìn)劑形成中心區(qū)余氧系數(shù)高、邊區(qū)余氧系數(shù)低狀態(tài)，余氧系數(shù)的合理分布保證了推進(jìn)劑在 各種工況下的可靠燃燒，并且有效避免了各種工況條件易產(chǎn)生的不穩(wěn)定燃燒。
權(quán)利要求
一種氣液組元高室壓大范圍變工況燃燒器，包括噴注器、噴管(12)和電火花點(diǎn)火器(7)，其特征在于所述噴注器包括氧化劑進(jìn)口管(1)、燃燒劑進(jìn)口管(3)、氣液雙組元噴嘴(2)、噴注器面板(23)和燃燒劑腔(4)，所述氣液雙組元噴嘴(2)包括節(jié)流孔(24)、噴注器面板(23)、設(shè)置在氣液雙組元噴嘴(2)中部且開(kāi)口于噴注器面板(23)中心的氧化劑直流噴嘴(22)以及設(shè)置在氧化劑直流噴嘴(22)側(cè)壁上的三個(gè)燃燒劑自擊直流噴嘴(21)；所述節(jié)流孔(24)設(shè)置在氧化劑進(jìn)口管(1)和氧化劑直流噴嘴(22)之間；所述燃燒劑腔(4)為環(huán)繞在氧化劑直流噴嘴(22)的外圓周的液體腔，所述噴注器面板(23)上設(shè)置有與燃燒劑腔(4)相通的多個(gè)燃燒劑直流噴嘴(5)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣液組元高室壓大范圍變工況燃燒器，其特征在于所述燃 燒劑腔(4)內(nèi)設(shè)置有擋板(41)，所述擋板(41)將燃燒劑腔(4)分成兩個(gè)同軸相套的內(nèi)環(huán)形 腔(43)和外環(huán)形腔(42)，且內(nèi)環(huán)形腔(43)和外環(huán)形腔(42)在靠近噴注器面板(23)處連 通，所述燃燒劑自擊直流噴嘴(21)與內(nèi)環(huán)形腔(43)相通，所述燃燒劑直流噴嘴(5)與外環(huán) 形腔(52)相通。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的氣液組元高室壓大范圍變工況燃燒器，其特征在于所 述噴管(12)由整體造型加工的噴管內(nèi)壁(9)和噴管外壁(8)釬焊組成，所述燃燒器還包括 冷卻回路，所述冷卻回路包括開(kāi)口于噴管(12)外壁的冷卻水進(jìn)口管(10)和冷卻水出口管 (11)以及噴管內(nèi)壁(9)和噴管外壁⑶之間的空腔。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的氣液組元高室壓大范圍變工況燃燒器，其特征在于所述燃 燒劑直流噴嘴(5)圓周均布在氧化劑直流噴嘴(22)的周?chē)?br> 5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的氣液組元高室壓大范圍變工況燃燒器，其特征在于所述燃 燒劑直流噴嘴(5)的數(shù)量為(12)個(gè)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的氣液組元高室壓大范圍變工況燃燒器，其特征在于所述電 火花點(diǎn)火器(7)設(shè)置在距離噴注器面板12-20mm處的噴管(12)的側(cè)壁處。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的氣液組元高室壓大范圍變工況燃燒器，其特征在于所述電 火花點(diǎn)火器(7)設(shè)置在距離噴注器面板15mm處的噴管(12)的側(cè)壁處。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種氣液組元高室壓大范圍變工況燃燒器，包括噴注器、噴管和電火花點(diǎn)火器，噴注器包括氧化劑進(jìn)口管、燃燒劑進(jìn)口管、氣液雙組元噴嘴、噴注器面板和燃燒劑腔，氣液雙組元噴嘴包括節(jié)流孔、噴注器面板、設(shè)置在氣液雙組元噴嘴中部且開(kāi)口于噴注器面板中心的氧化劑直流噴嘴以及設(shè)置在氧化劑直流噴嘴側(cè)壁上的三個(gè)燃燒劑自擊直流噴嘴；節(jié)流孔設(shè)置在氧化劑進(jìn)口管和氧化劑直流噴嘴之間；燃燒劑腔為環(huán)繞在氧化劑直流噴嘴的外圓周的液體腔，噴注器面板上設(shè)置有與燃燒劑腔相通的多個(gè)燃燒劑直流噴嘴。本發(fā)明解決了現(xiàn)有氣液組元燃燒器室壓低、推力低、小范圍變工況能力不足的技術(shù)問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了中心余氧系數(shù)相對(duì)較高，圓周直流噴嘴區(qū)域余氧系數(shù)相對(duì)較低。
文檔編號(hào)F23D17/00GK101956981SQ201010221599
公開(kāi)日2011年1月26日 申請(qǐng)日期2010年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月8日
發(fā)明者豐雪平, 劉興慶, 孫永奇, 張金容, 李寶榮, 楊小利, 段增斌, 王魁, 韓俊峰 申請(qǐng)人:中國(guó)航天科技集團(tuán)公司第六研究院第十一研究所