[发明专利]全流量补燃循环发动机气氢气氧富氧预燃室

说明书

【技术领域】

本发明涉及一种用于全流量补燃循环发动机系统的气氢气氧富氧预燃室方案设计，属于火箭发动机结构设计领域。

【背景技术】

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系统中，由于其所有推进剂都将进入预燃室燃烧，因此，它的富氧预燃室混合比很高，富氧预燃室技术研究是全流量补燃循环发动机系统的关键技术之一。

在小流量的气氢气氧全流量补燃循环发动机设计中，由于氢气流量小，富氧预燃室的结构设计难度大。首先，氢气流量很小，氢气流量控制及氢气喷注器设计难度大，点火，火焰维持及扩散困难，如文献S.Farhangi，K.hunt，L.Tuegel，D.matthews，and S.Fisher《Oxidizer-rich Preburner for Advanced Rocket Engine Application》AIAA 94-3260所述，该文献所设计富氧预燃室的推进剂为液氧/气氢，相比气氢/气氧富氧预燃室，相同温度下混合比低，相同总流量下氢气流量大，氢气喷注器设计相对简单一些。其次，氧气比例大，燃气掺混的均匀程度难以解决，对于混合比较低的富氧循环系统中，一般采用二次喷注单元结构，即在喷嘴内进行二次掺混，如文献吴宝元，葛李虎，谭永华，刘红军《富氧预燃室高压缩尺试验研究》所述，但该种方法应用于具有更高混合比，氢氧比例相差更悬殊的全流量气氢气氧富氧预燃室上难度大。第三，高富氧环境对富氧预燃室的抗氧化性能有很高要求，通常采用专门的抗氧化涂层或者抗氧化材料制造富氧预燃室，成本高，如文献William M.Marshall，Sibtosh Pal，etc.《Benchmark Wall Heat Flux Data for a GO₂/GH₂ Single Element Combustor》.AIAA2005-3572所述。

【发明内容】

本发明的目的是提供一种结构简单、点火可靠、掺混均匀、抗氧化性好的气氢气氧富氧预燃室。

一种气氢气氧富氧预燃室，包括气动谐振点火器1、头部2、二次喷注段3、调整段4、出口段5组成。气动谐振点火器1安装于富氧预燃室头部2，与富氧预燃室采用螺纹联接，点火器燃烧气体为氢气氧气；所有氢气通过点火器进入富氧预燃室，富氧预燃室结构中没有氢气喷注器，点火器出口采用环缝补氧燃烧；富氧预燃室身部采用二次喷注，二次喷注段3有多圈径向氧气喷注孔；调整段5可调燃烧室长度及二次喷注的轴向位置；富氧预燃室整体镀镍抗氧化。

本发明的气氢气氧富氧预燃室具有的优点和积极效果在于：(1)采用了技术成熟气动谐振点火器，可重复点火、单独调试、点火持续时间可调整，并可与富氧预燃室拆分，因此可以将点火器工作状态调至稳定再用于实施对富氧预燃室的点火，降低了试验难度，提高了点火的可靠性；(2)点火器燃烧气体为氢气氧气，可从富氧预燃室供气管路中引入，简化了试验系统；(3)点火器具有点火和供应氢气的双重功能，点火阶段提供可靠的点火，点火完成后提供集中的氢气供应。(4)氢气集中供应，利于燃烧及火焰稳定。(5)点火器出口位于富氧预燃室喷注面板中心，采用环缝补氧方案，避免回流烧蚀喷注面板，也最大程度的降低了高温富氧燃气烧蚀避免的概率。(5)富氧预燃室结构中没有氢气喷注器，降低了设计难度，时序中也没有氢气供应时序的考虑，降低了试验难度；(6)采用了径向二次喷注手段，喷注的氧气扰动流场，有利于提高燃气均匀度；(7)采用了调整段结构，调整段可以更换，可以采用不同的调整段长度改变燃烧室长度，利于试验研究的开展，同时，调整段既可以安装于二次喷注段前也可以安装于二次喷注段后，可以对二次喷注的位置进行调整，利于二次喷注特性的研究；(8)整体镀镍，镀镍技术成熟，工艺简单，成本低廉，又具有良好的抗氧化性能。

【附图说明】

图1是富氧预燃室结构图

图2是富氧预燃室点火器出口结构示意图

【具体实施方式】

下面结合附图来进一步说明本发明。

气动谐振点火器1通过螺纹与富氧预燃室头部2连接，点火器入口位置为头部喷注面板中心。点火器燃烧气体为氢气氧气，试验时，通过空气谐振加热谐振管将氢气氧气点燃后进入富氧预燃室实施点火。氢气氧气从富氧预燃室供应管路中引入。