[发明专利]一种气氧/甲烷小推力发动机层板式喷注器

说明书

技术领域

本发明属于液体火箭发动机推进技术领域，具体涉及一种气氧/甲烷小推力发动机层板式喷注器。

背景技术

大部分目前应用在航天飞行器上的小推力姿控发动机都采用有毒推进剂，如肼、偏二甲肼、四氧化二氮等，随着航天技术的发展，无毒推进剂在小推力发动机上的应用成为航天推进的一个主要发展方向。

在液体火箭发动机中，喷注器的设计对推进剂的混合以及燃烧性能、稳定性起着决定性的作用。采用三底两腔结构的双组元喷注器一般包括氧化剂腔、燃料腔、氧化剂喷嘴、燃料喷嘴、点火器等，其主要特点是燃料与氧化剂分别具有各自的集液腔，在喷注面板上交替分布着燃料喷嘴与氧化剂喷嘴分别与各自的集液腔相连，集液腔容积使小推力发动机响应特性变差，脉冲工况比冲下降。

20世纪60年代开始应用的光刻层板式喷注器具有优良的雾化及混合性能，而且响应快，相容性好，有自冷却性能，在国外已应用于航天飞机轨控发动机、小推力姿控发动机和燃气发生器。由于光刻层板式喷注器层板厚度通常小于0.1mm，采用光刻工艺加工层板是光刻层板式喷注器制造的关键工艺技术。光刻是一种将图形复印和腐蚀相结合的综合性精密加工技术。层板式喷注器光刻工艺需经过以下流程：化学清洗、烘干、涂胶、烘干、曝光、显性、定形、漂洗、坚膜、腐蚀、去胶、成品修饰，如此多的工序大大提高了工艺复杂度；而且由于光刻层板式喷注器光刻加工的材料一般为航天用耐强酸腐蚀的材料，所以针对不同材料需要研究特定的腐蚀液和配套的光刻胶，提高了光刻层板式喷注器的加工难度和成本。采用层板叠加扩散焊接技术将各层板焊接在一起，对每个部件(层板)的表面质量要求很高，并且扩散焊工艺采用高温高压，而在高温条件下采用很大的压力容易造成层板各个板面之间的孔及流通通道发生塑性变形，影响制造质量和性能，因此要获得性能和质量优异的层板式喷注器，对工艺参数提出了更高的要求，间接增加了生产成本。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明在研制以气氧作为氧化剂，甲烷作为燃料的小推力无毒推进剂发动机过程中提出了一种新型喷注器方案。本发明提出的一种气氧/甲烷小推力发动机层板式喷注器，具有集液腔容积小，响应特性好，工艺简单，成本低等优点。

本发明提出了一种气氧/甲烷小推力发动机层板式喷注器，包括：火花塞、燃料接管嘴、氧气接管嘴、燃料板、氧化剂板、顶层板、分流板A、分流板B、边区冷却剂流量调节固定装置、边区冷却剂流量调节垫片、燃料喷嘴和壳体。其中燃料板、氧化剂板、顶层板、分流板A和分流板B组成层板结构；边区冷却剂流量调节固定装置和边区冷却剂流量调节垫片称为边区冷却剂流量调节装置。

所述的壳体为圆形结构，中心具有通孔a，通孔a内部顺次焊接有分流板A、分流板B、燃料板和氧化剂板，顶层板与分流板A的上表面焊接相连，壳体的边缘均匀分布有多个螺栓孔，通过螺栓孔可以将该层板式喷注器与其他部件进行固定。

所述的顶层板中心具有通孔A，通孔A两侧对称分布有通孔C和通孔B，通孔B和通孔C分别与燃料接管嘴和氧气接管嘴相连接，且所述的通孔B与燃料接管嘴之间还连接有燃料接管嘴密封垫片，通孔C与氧气接管嘴之间还连接有氧气接管嘴密封垫片。

所述的分流板A的中心具有阶梯通孔D，阶梯通孔D上部的孔径与通孔A的孔径相同，且阶梯通孔D与通孔A同轴；阶梯通孔D的两侧对称分布有盲孔I和通孔E(冷却剂分流孔与氧化剂分流孔属于通孔E)。盲孔I的开孔方向为朝向顶层板方向，组装层板式喷注器的层板结构时，盲孔I与通孔B相对，且盲孔I与通孔B同轴，在盲孔I的内侧相邻位置设置有通孔F，盲孔I与通孔F通过在分流板A平面方向的凹槽通道相连通。所述的通孔E与顶层板上的通孔C位置相对，通孔E为双层孔结构，顶层为连通孔，底层为冷却剂分流孔和氧化剂分流孔通过顶层的连通孔可将气流经底层的冷却剂分流孔和氧化剂分流孔进行分流，组装层板式喷注器的层板结构时，通孔E的连通孔与顶层板相对，冷却剂分流孔和氧化剂分流孔与分流板B相对。