[发明专利]燃气喷注器富氧燃气供应装置及方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及一种用于燃气喷注器试验中的富氧燃气供应装置及方法。

【背景技术】

喷注器是液体火箭发动机的关键部件之一，喷注器性能的优良直接影响到发动机性能的好坏。

全流量补燃循环系统是一种新型的火箭发动机循环系统，是目前具有最高燃烧性能的分级燃烧技术，是液体火箭发动机技术的重要发展发展方向之一。在全流量补燃循环发动机技术研究中，气气燃烧是其关键技术之一。所有流量的氢和氧经过预燃室燃烧一次驱动涡轮后再进入燃烧室进行第二次燃烧，因此，全流量补燃循环发动机推力室的喷嘴为燃气喷嘴，与常规液体火箭发动机的气液喷嘴或者液液喷嘴完全不同。在全流量补燃循环发动机中，富氧预燃室混合比高，氢气流量小，尤其在单喷嘴燃气喷嘴试验中，燃气流量小，富氧预燃室氢气流量极小，例如William M.Marshall，Sibtosh Pal，《Benchmark Wall Heat Flux Data for a GO2/GH2 Single ElementCombustor》.AIAA 2005-3572所述，其富氧预燃室混合比165，富氧预燃室氢气流量不足0.5g/s，以该文献的流量为基准，若要研究更低温度的燃气喷嘴，势必需要提高混合比，则氢气将更小，控制与测量难度大，需要精密的试验设备与测量设备，成本高，且富氧预燃室设计难度大。同时，该文献中富氧预燃室针对单一燃气喷嘴的工况设计，直径长度一定，不适宜燃气参数需要大范围调整时的试验研究，改变燃气参数试验时需要更换新的富氧预燃室，试验难度大，成本高。

【发明内容】

本发明要解决的问题是，设计一种富氧燃气供应系统，可以增加氢气流量使其易于控制与测量，降低富氧预燃室设计难度，同时可满足各种工况下燃气喷注器参数的要求。本发明采用的技术方案是富氧燃气分流，从富氧预燃室出来的富氧燃气一部分进入燃气喷注器，一部分排入大气，流量通过音速喷嘴控制。

燃气喷注器富氧燃气供应装置，包括富氧预燃室、接管嘴、紫铜密封垫圈、富氧燃气入口音速喷嘴、螺帽、管接件、三通转接头、外排音速喷嘴，富氧预燃室出口连接三通转接头一端，三通转接头另外两端分别通过富氧燃气入口音速喷嘴和外排音速喷嘴与燃气喷注器和大气连通。音速喷嘴装入接管嘴(4)与管接件(8)之间，通过螺帽7拧紧作用在紫铜密封圈5上的压力实现密封。

燃气喷注器富氧燃气供应方法：富氧燃气通过三通转接头分成两部分，一部分进入燃气喷注器，一部分排入大气。燃气喷注器富氧燃气流量参数要求变化时，富氧预燃室工作参数维持不变，更换富氧燃气入口音速喷嘴和外排音速喷嘴。燃气喷注器富氧燃气温度参数要求变化时，维持音速喷嘴直径、氢气流量不变，调整富氧预燃室氧气流量。燃气喷注器富氧燃气温度和流量参数均要求变化时，分两步进行：维持氢气流量不变，调整富氧预燃室氧气流量满足温度参数需求；更换富氧燃气入口音速喷嘴和外排音速喷嘴，满足流量参数需求。

该发明的优点和积极作用在于：(1)采用了分流方案，增加了富氧预燃室总流量，从而使氢气流量增加，利于氢气的控制与调节和富氧预燃室的设计。(2)通过音速喷嘴控制进入燃气喷注器的流量和外排流量，当燃气喷注器流量要求变化时，在富氧预燃室结构不做任何改变的情况下，可以调整氧气流量、改变音速喷嘴直径适应新的工况，降低了试验难度与试验成本。

【附图说明】

图1是富氧燃气供应装置装配图

【具体实施方式】

下面结合附图进一步说明本发明。

如图1，该富氧燃气供应装置包括：富氧预燃室1、三通转接头2、外排音速喷嘴3、接管嘴4、紫铜密封垫圈5、富氧燃气入口音速喷嘴6、螺帽7、管接件8。富氧预燃室1可以在较大氢气流量下设计，易于控制与测量，通过三通转接头2富氧燃气一部分通过富氧燃气入口音速喷嘴6通入燃气喷注器，一部分通过外排音速喷嘴3通入大气。音速喷嘴装入接管嘴4与管接件8之间，通过螺帽7拧紧作用在紫铜密封圈5上的压力实现密封，音速喷嘴更换方便。

该富氧燃气供应系统具体操作过程如下：

(1)若燃气喷注器的富氧燃气流量需求发生变化，通过更换富氧燃气入口音速喷嘴和外排音速喷嘴直径调整流量，富氧预燃室工况无需作任何调整。设富氧预燃室总流量为M，所需燃气流量为m，燃气温度为T，平衡常数为k，气体常数为R，压力为p，则富氧燃气入口音速喷嘴的直径为：