燃氣噴注器富氧燃氣供應裝置及方法
2023-06-03 00:28:06
專利名稱：燃氣噴注器富氧燃氣供應裝置及方法
燃氣噴注器富氧燃氣供應裝置及方法
技術領域：
本發明涉及一種用於燃氣噴注器試驗中的富氧燃氣供應裝置及方法。
背景技術：
噴注器是液體火箭發動機的關鍵部件之一，噴注器性能的優良直接影響到發動機 性能的好壞。 全流量補燃循環系統是一種新型的火箭發動機循環系統，是目前具有最高燃燒性 能的分級燃燒技術，是液體火箭發動機技術的重要發展發展方向之一。在全流量補燃循環 發動機技術研究中，氣氣燃燒是其關鍵技術之一。所有流量的氫和氧經過預燃室燃燒一次 驅動渦輪後再進入燃燒室進行第二次燃燒，因此，全流量補燃循環發動機推力室的噴嘴為 燃氣噴嘴，與常規液體火箭發動機的氣液噴嘴或者液液噴嘴完全不同。在全流量補燃循環 發動機中，富氧預燃室混合比高，氫氣流量小，尤其在單噴嘴燃氣噴嘴試驗中，燃氣流量小， 富氧預燃室氫氣流量極小，例如William M. Marshall, Sibtosh Pal，《Benchmark Wall Heat Flux Data for a G02/GH2 Single ElementCombustor》.AIAA 2005-3572所述，其富氧預 燃室混合比165，富氧預燃室氫氣流量不足0. 5g/s，以該文獻的流量為基準，若要研究更低 溫度的燃氣噴嘴，勢必需要提高混合比，則氫氣將更小，控制與測量難度大，需要精密的試 驗設備與測量設備，成本高，且富氧預燃室設計難度大。同時，該文獻中富氧預燃室針對單 一燃氣噴嘴的工況設計，直徑長度一定，不適宜燃氣參數需要大範圍調整時的試驗研究，改 變燃氣參數試驗時需要更換新的富氧預燃室，試驗難度大，成本高。
發明內容
本發明要解決的問題是，設計一種富氧燃氣供應系統，可以增加氫氣流量使其易 於控制與測量，降低富氧預燃室設計難度，同時可滿足各種工況下燃氣噴注器參數的要求。 本發明採用的技術方案是富氧燃氣分流，從富氧預燃室出來的富氧燃氣一部分進入燃氣噴 注器， 一部分排入大氣，流量通過音速噴嘴控制。 燃氣噴注器富氧燃氣供應裝置，包括富氧預燃室、接管嘴、紫銅密封墊圈、富氧燃 氣入口音速噴嘴、螺帽、管接件、三通轉接頭、外排音速噴嘴，富氧預燃室出口連接三通轉接 頭一端，三通轉接頭另外兩端分別通過富氧燃氣入口音速噴嘴和外排音速噴嘴與燃氣噴注 器和大氣連通。音速噴嘴裝入接管嘴(4)與管接件(8)之間，通過螺帽7擰緊作用在紫銅 密封圈5上的壓力實現密封。 燃氣噴注器富氧燃氣供應方法富氧燃氣通過三通轉接頭分成兩部分，一部分進 入燃氣噴注器，一部分排入大氣。燃氣噴注器富氧燃氣流量參數要求變化時，富氧預燃室工 作參數維持不變，更換富氧燃氣入口音速噴嘴和外排音速噴嘴。燃氣噴注器富氧燃氣溫度 參數要求變化時，維持音速噴嘴直徑、氫氣流量不變，調整富氧預燃室氧氣流量。燃氣噴注 器富氧燃氣溫度和流量參數均要求變化時，分兩步進行維持氫氣流量不變，調整富氧預燃 室氧氣流量滿足溫度參數需求；更換富氧燃氣入口音速噴嘴和外排音速噴嘴，滿足流量參數需求。 該發明的優點和積極作用在於(l)採用了分流方案，增加了富氧預燃室總流量， 從而使氫氣流量增加，利於氫氣的控制與調節和富氧預燃室的設計。(2)通過音速噴嘴控制 進入燃氣噴注器的流量和外排流量，當燃氣噴注器流量要求變化時，在富氧預燃室結構不 做任何改變的情況下，可以調整氧氣流量、改變音速噴嘴直徑適應新的工況，降低了試驗難 度與試驗成本。
圖1是富氧燃氣供應裝置裝配圖具體實施方式
下面結合附圖進一步說明本發明。 如圖l，該富氧燃氣供應裝置包括富氧預燃室1、三通轉接頭2、外排音速噴嘴3、 接管嘴4、紫銅密封墊圈5、富氧燃氣入口音速噴嘴6、螺帽7、管接件8。富氧預燃室1可以 在較大氫氣流量下設計，易於控制與測量，通過三通轉接頭2富氧燃氣一部分通過富氧燃 氣入口音速噴嘴6通入燃氣噴注器，一部分通過外排音速噴嘴3通入大氣。音速噴嘴裝入 接管嘴4與管接件8之間，通過螺帽7擰緊作用在紫銅密封圈5上的壓力實現密封，音速噴 嘴更換方便。 該富氧燃氣供應系統具體操作過程如下 (1)若燃氣噴注器的富氧燃氣流量需求發生變化，通過更換富氧燃氣入口音速噴 嘴和外排音速噴嘴直徑調整流量，富氧預燃室工況無需作任何調整。設富氧預燃室總流量 為M，所需燃氣流量為m，燃氣溫度為T，平衡常數為k，氣體常數為R，壓力為p，則富氧燃氣 入口音速噴嘴的直徑為 (2)若燃氣噴注器對富氧燃氣溫度參數需求改變，保證富氧預燃室氫氣流量一定，
根據溫度參數要求改變富氧預燃室氧氣流量滿足燃氣噴注器流量要求。 (3)若兩者都需要變化時，根據步驟(2)改變富氧燃氣參數，再根據步驟(1)更換
音速噴嘴。 通過音速噴嘴更換滿足燃氣噴注器各種工況需要，簡單方便，成本低。
式中u為流量係數，可以通過試驗進行精確標定。 外排音速噴嘴直徑
權利要求
燃氣噴注器富氧燃氣供應裝置，包括富氧預燃室(1)、接管嘴(4)、紫銅密封墊圈(5)、富氧燃氣入口音速噴嘴(6)、螺帽(7)、管接件(8)，其特徵在於還包括三通轉接頭(2)和外排音速噴嘴(3)，富氧預燃室(1)出口連接三通轉接頭(2)一端，三通轉接頭(2)另外兩端分別通過富氧燃氣入口音速噴嘴(6)和外排音速噴嘴(3)與燃氣噴注器和大氣連通。
2. 根據權利要求1所述的燃氣噴注器富氧燃氣供應裝置，其特徵在於設有多個喉部直徑不同的富氧燃氣入口音速噴嘴。
3. 根據權利要求1或2所述的燃氣噴注器富氧燃氣供應裝置，其特徵在於設有多個喉部直徑不同的外排音速噴嘴。
4. 根據權利要求3所述的燃氣噴注器富氧燃氣供應裝置，其特徵在於音速噴嘴裝入接管嘴(4)與管接件(8)之間，通過螺帽(7)擰緊作用在紫銅密封圈(5)上的壓力實現密封。
5. 燃氣噴注器富氧燃氣供應方法，其特徵在於富氧燃氣通過三通轉接頭分成兩部分， 一部分進入燃氣噴注器， 一部分排入大氣。
6. 根據權利要求4所述的燃氣噴注器富氧燃氣供應方法，其特徵在於燃氣噴注器富氧燃氣流量參數要求變化時，富氧預燃室工作參數維持不變，更換富氧燃氣入口音速噴嘴和外排音速噴嘴。
7. 根據權利要求4所述的燃氣噴注器富氧燃氣供應方法，其特徵在於燃氣噴注器富氧燃氣溫度參數要求變化時，維持音速噴嘴直徑、氫氣流量不變，調整富氧預燃室氧氣流
8. 根據權利要求4所述的燃氣噴注器富氧燃氣供應方法，其特徵在於燃氣噴注器富氧燃氣溫度、流量參數均要求變化時，分兩步進行第一步維持氫氣流量不變，調整富氧預燃室氧氣流量滿足溫度參數需求。第二步更換富氧燃氣入口音速噴嘴和外排音速噴嘴，滿足流量參數需求。
全文摘要
燃氣噴注器富氧燃氣供應裝置及方法，屬於火箭發動機推進劑輸送系統設計領域。富氧燃氣供應裝置包括富氧預燃室(1)、三通轉接頭(2)、外排音速噴嘴(3)、接管嘴(4)、紫銅密封墊圈(5)、富氧燃氣入口音速噴嘴(6)、螺帽(7)、管接件(8)。通過三通轉接頭(2)富氧燃氣一部分通過富氧燃氣入口音速噴嘴(6)進入燃氣噴注器，一部分通過外排音速噴嘴(3)通入大氣。音速噴嘴裝入接管嘴(4)與管接件(8)之間，通過螺帽(7)擰緊作用在紫銅密封圈(5)上的壓力實現密封。採用一定方法調整富氧燃氣流量、更換富氧燃氣入口音速噴嘴(6)和外排音速噴嘴(3)滿足燃氣噴注器參數要求。可降低富氧預燃室設計難度，並使燃氣噴注器便流量試驗的成本和工作量顯著降低。
文檔編號F02K9/00GK101738319SQ20081022599
公開日2010年6月16日 申請日期2008年11月10日 優先權日2008年11月10日
發明者俞南嘉, 李茂 , 蔡國飆, 金平, 高玉閃 申請人:北京航空航天大學