[发明专利]一种用于高浓度过氧化氢变推力固液火箭发动机的流量定位可调直流喷注器

说明书

技术领域

本发明涉及一种流量定位可调直流喷注器。本发明是适用于采用高浓度过氧化氢为氧化剂的变推力固液火箭发动机中的一种喷注器。

背景技术

变推力火箭发动机可以为航天器的推进与控制提供可控动力，增大航天器对飞行任务和轨道的适应性和可操作性，是航天飞行器动力系统的理想选择。随着人类探索太空活动的逐年增加，发展变推力推进技术的重要性愈发明显。根据火箭发动机的工作原理，推力与推进剂流量、喷管出口面积和喷管喉部面积等因素有关。由于条件所限，改变喷管出口面积和喷管喉部面积非常困难。所以在变推力液体火箭发动机中普遍采用改变推进剂流量的方式进行推力调节。对于变推力火箭发动机，为防止推力调节过程中喷注压降过小而引起燃烧不稳定和燃烧效率急剧降低，在调节推进剂流量的同时需要对推进剂的喷注条件(即喷注压降)进行控制。为了保证火箭发动机稳定燃烧，喷注器的喷注压降与燃烧室压强的比值要大于某个临界值，一般为10～30％。而变推力火箭发动机在推力调节过程中，氧化剂流量发生大范围变化，为了将喷注压降控制在合理范围内，需要采用独特的喷注技术。常用的喷注技术主要有高压降喷注器，多通道喷注器，可调喷注器，向推进剂中喷入气体，改变喷注器的流量系数和气相喷注等等。

变推力火箭发动机的调节系统可以分为单调系统和双调系统。单调系统仅通过喷注器同时实现推进剂流量和喷注条件的调节，系统简单。但是，随着推力的变化，单调系统的喷注压降会在较大范围内变化。在最小推力时，流量最小，发动机燃烧室压力最小，喷注压降最高，此时喷注器的开度最小。这样势必影响喷注器的雾化效果。双调系统是采用流量调节器和喷注器分别对推进剂流量和喷注条件进行控制，这种系统能保证较高的流量控制精度和较为理想的喷注条件，但是结构较为复杂，尤其对于双组元变推力液体火箭发动机而言，调节过程中氧燃比的稳定较难实现。期刊文章《双组元变推力火箭发动机喷注器改进设计》(推进技-1990-4(2))中讨论了一种单针阀喷注器和改进型双针阀喷注器，单针阀喷注器在低工况下混合比会产生较大偏差同时存在关机不可靠的问题。改进型双针阀喷注器虽然在一定程度上改善了混合比波动较大和关机不可靠的问题，但是结构较为复杂，系统可靠性降低。

固液混合发动机是采用液体氧化剂和固体燃料的火箭发动机，主要由液体氧化剂供给系统和发动机主体系统组成。航天动力系统采用无毒无污染、可贮存推进剂是未来发展的趋势，近年来，研究的重点集中在绿色推进剂方面。推进剂级高浓度过氧化氢具有无毒、无污染、高密度、易贮存、高比热、分解产生大的体积膨胀和热量的优点，是固液火箭发动机可以采用的一种理想的绿色推进剂。

发明内容

针对上述问题，本发明借鉴双组元变推力液体火箭发动机的流量定位可调喷注器，提出了一种适用于高浓度过氧化氢变推力固液火箭发动机的流量定位可调直流喷注器，包括头盖、喷注器壳体、阀芯、上盖、入口接头与撞击螺母。

所述头盖内部具有内腔A，顶面开有推进剂入口，与入口接头相连。所述喷注器壳体内部具有内腔B，固定安装于内腔A内，并保证喷注器壳体侧壁与内腔A壁面间具有间隙。喷注器壳体外壁上设有推进剂入口，推进剂入口与内腔B连通；喷注器壳体底端开有推进剂出口；喷注器壳体顶部还安装有上盖。

所述阀芯设置于内腔B内；阀芯内部沿阀芯轴向设计有导气通道。阀芯外壁周向具有环形凸台，将阀芯分为上部分与下部分，同时通过环形凸台将内腔B分为上部分气体内腔与下部分液体内腔；且下部分液体内腔与内腔A间通过推进剂入口连通。阀芯上部分套有弹簧，弹簧由上盖施加预紧力，使阀芯底端将推进剂出口封堵。

上述流量定位可调直流喷注器，在初始状态无推进剂进入喷注器时，阀芯在弹簧的弹力的作用下与推进剂出口紧密贴合，此时喷注器处于关闭状态。在上游氧化剂输送管路中阀门开启后，管路中的高浓度过氧化氢推进剂通过入口接头流入头盖的内腔，并经推进剂入口进入液体内腔，此时在推进剂压力作用下，弹簧被压缩，阀芯上移，使阀芯与推进剂出口分离，推进剂喷出。

本发明的优点在于：

(1)本发明流量定位可调直流喷注器，通过弹簧和气液压差驱动阀芯动作，具有简单可靠、喷注压降小、尺寸小、响应快的优点；

(2)本发明流量定位可调直流喷注器，通过与可调文氏管配合，可以在流量调节比较大时保持较小的喷注压降的变化；

(3)本发明流量定位可调直流喷注器，连接接头符合航天标准Y5785-89，使其具有通用性强的优点；