一種低流阻錐閥的製作方法

2023-10-10 10:15:39

一種低流阻錐閥的製作方法
【專利摘要】本實用新型屬於航天、航空領域，涉及一種錐閥，具體涉及一種低流阻錐閥。該錐閥包括調節圓錐和節流圓管，其改進之處在於：節流圓管包括按照推進劑注入的方向依次設置的收斂段管道、喉部管道以及擴散段管道。其中，各段管道都需要滿足一定的參數。通過本實用新型的改進避免了發動機在7500N工況時出現的壓降高、流阻大的問題，使得錐閥滿足7500N工況時發動機系統要求。
【專利說明】一種低流阻錐閥

【技術領域】
[0001] 本實用新型屬於航天、航空領域，涉及一種錐閥，具體涉及一種低流阻錐閥。

【背景技術】
[0002] 現階段比較先進的液體火箭發動機，均要求發動機具有一定的變推力能力，實現 推進劑（氧化劑、燃料及冷卻劑）劑量大小的調節是一個主要的環節。現有的發動機中，採 用錐閥分別對氧化劑、燃料及冷卻劑進行調節。圖1為現有錐閥中調節圓錐和節流圓管的 結構示意圖；通過調節圓錐的往復運動，控制進過節流圓管中推進劑流量的大小。
[0003] 在進行"嫦娥三號"7500N變推力發動機試驗中發現，7500N工況系統要求推進劑 流阻（即壓降）較低（氧化劑=〇· IMPa，燃料=0· IMPa，冷卻劑=0· IMPa);但是採用現有 的錐閥，當試驗進行到接近7500N工況過程中，閥體內部的推進劑會產生較大的流阻（通過 多次試驗得出，在7500N工況時，現有錐閥產生的推進劑流阻分別為：氧化劑大約1. 3MPa， 燃料大約1. IMPa，冷卻劑大約0. 67MPa)，從而系統會產生較高的壓降，導致現有的錐閥在 試驗時無法滿足系統試驗的要求。


【發明內容】

[0004] 為了解決現有航天、航空發動機錐閥在7500N工況過程中無法滿足使用要求，本 發明提出可產生低流阻、低壓降、具備調節發動機7500N工況流量能力的一種低流阻錐閥。
[0005] 本實用新型的具體技術方案是：
[0006] -種低流阻錐閥，其特徵在於：該流量調節閥的節流圓管包括按照推進劑注入的 方向依次設置的收斂段管道、喉部管道以及擴散段管道。
[0007] 上述的收斂段管道的收斂角為60° ;所述收斂段管道的入口直徑為喉部管道的直 徑1. 5?2倍；所述喉部管道的長度為喉部管道直徑的1. 5?2倍；所述擴散段管道的擴散 角為6°?10° ;所述擴散段的出口直徑為喉部管道直徑的1.5?2倍。
[0008] 上述喉部管道的入口處設置有圓角；所述圓角半徑為1?2_。
[0009] 本實用新型的優點在於：
[0010] 本實用新型採用的錐閥中的節流圓管結構和節流圓管各段管道的參數設計，避免 了發動機在7500N工況時出現的壓降高、流阻大的問題，使得錐閥滿足7500N工況時發動機 系統要求。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011] 圖1為現有流量調節閥的結構簡圖；
[0012] 圖2為本發明流量調節閥的結構簡圖。
[0013] 1-調節圓錐、2-節流圓管、21-收斂段管道、22-喉部管道、23-擴散段管道。

【具體實施方式】
[0014] 在航天、航空發動機注入推進劑時，當試驗進行到接近7500N工況過程中，在閥體 內部注入推進劑時會產生較大的流體阻力（通過多次試驗得出，在7500N工況時，現有流量 調節閥產生的流阻係數為2?2. 7)，從而系統會產生較高的壓降，導致試驗時現有的錐閥 無法具備調節發動機7500N工況流量能力，無法滿足系統試驗的要求。
[0015] 為此，本案發明人進過反覆試驗和理論結算，從而設計出一種低流阻錐閥，該閥的 改進之處是：在現有錐閥的基礎上，對調節圓錐和節流圓管進行了改進。
[0016] 以下結合附圖2,對本發明的具體技術方案進行描述：
[0017] 該閥中的節流圓管2包括按照推進劑注入的方向依次設置的收斂段管道21、喉部 管道22以及擴散段管道23。
[0018] 根據發明人的反覆試驗和理論計算得出，、當節流圓管2的收斂段管道21的收斂 角為Θ i = 60° ;收斂段管道的入口直徑（D1)為喉部管道的直徑（D2)的1. 5?2倍；喉 部管道22的長度（L)為喉部管道22直徑（D2)的1. 5?2倍；擴散段管道23的擴散角為 Θ 2 = 6°?10° ;擴散段管道的出口直徑（D3)為喉部管道直徑（D2)的1. 5?2倍時，該 錐閥的流阻係數最小；
[0019] 為了進一步避免推進劑注入過程中會產生較大的流阻，發明人設計時，要求在加 工喉部管道時，喉部管道22的入口處設置有圓角r ;圓角半徑為r = 1?2mm為優。
[0020] 進一步說，為了和節流圓管2匹配使用，進一步的提升該閥的使用效果，發明人還 提出該錐閥中的調節圓錐1的錐尖半徑rl < 0. 5mm。
[0021] 發明人使用該錐閥在航天、航空發動機7500N工況下，進行多次試驗，發現錐閥的 流阻達到了系統要求，通過得到的流阻反算得到（氧化劑流阻係數為0. 15,燃料流阻係數 為0. 17,冷卻劑流阻係數為0. 3)。
[0022] 需要說明的是：流阻係數越高流阻越大，具體的計算公式是：
[0023] F = kpv2
[0024] 其中：F代表流阻；
[0025] k代表流阻係數；
[0026] p代表推進劑密度；
[〇〇27] v代表推進劑流速。
【權利要求】
1. 一種低流阻錐閥，包括調節圓錐和節流圓管，其特徵在於：所述節流圓管包括按照 推進劑注入的方向依次設置的收斂段管道、喉部管道以及擴散段管道。
2. 根據權利要求1所述的低流阻錐閥，其特徵在於：所述的收斂段管道的收斂角為 60° ;所述收斂段管道的入口直徑為喉部管道的直徑1. 5?2倍；所述喉部管道的長度為喉 部管道直徑的1.5?2倍；所述擴散段管道的擴散角為6°?10° ;所述擴散段管道的出口 直徑為喉部管道直徑的1. 5?2倍。
3. 根據權利要求1或2所述的低流阻錐閥，其特徵在於：所述喉部管道的入口處設置 有圓角；所述圓角半徑為1?2mm。
【文檔編號】F02K9/58GK203892062SQ201420229627
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年5月6日 優先權日:2014年5月6日
【發明者】陳展, 祁增強, 王可立, 赫偉濤, 劉志讓, 袁洪濱, 蘭曉輝, 蔡德慧 申請人:中國航天科技集團公司第六研究院第十一研究所