[发明专利]一种具有切向孔出口处加设簧片的离心喷嘴及喷雾方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有切向孔出口处加设簧片的离心喷嘴及喷雾方法，主要应用于液体火箭发动机推力室、预燃室喷注器设计及液体雾化等领域。

背景技术

随着推进技术的发展，未来火箭和武器需要高效的推进器以达到性能需要。凝胶推进剂成为化学推进剂中的一个重要发展方向，它兼具液体和固体推进剂的诸多优点：比液体推进剂更安全，比固体推进剂更能灵活控制推力。凝胶推进剂能实现发动机“推力可调”和“钝感弹药”特性，提高了导弹射程，而价格仅比固体推进剂高30％。但是由于其自身的高粘度以及流变特性，使得它至今停留在实验研究阶段，阻碍其发展的就是凝胶推进剂的雾化技术。目前大多采用撞击式雾化方法来解决这个问题，而且雾化效果亦不十分理想。因此，针对凝胶推进剂的特点，亟需研制能够适应高粘度以及特殊流变性流体的喷嘴。

离心喷嘴具有结构简单，同等压降条件下雾化质量优于直流喷嘴等特点，因而在航空航天及民用燃烧、冷却、消防等领域得到了广泛的应用。但是，离心喷嘴在面对低压情况(航空发动机空转、慢车等状态)时雾化困难，对于高粘度流体(凝胶推进剂、重油、渣油等)雾化效果变差，以及难进一步提高雾化效果。由此看来，对离心喷嘴结构进行改进是解决上述问题的有效途径之一。研究表明，在离心喷嘴中组织流体振荡能够改善雾化细度，而且雾化均匀性明显提高。本发明旨在提供一种具有切向孔出口处加设簧片的离心喷嘴及喷雾方法，可改善传统离心喷嘴的雾化效果，提高液体火箭发动机的燃烧效率和稳定性。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有切向孔出口处加设簧片的离心喷嘴及喷雾方法，使用该喷嘴主要依靠簧片在喷嘴内部组织流体振荡，以便改善雾化细度，提高雾化均匀度。

本发明提供一种具有切向孔出口处加设簧片的离心喷嘴及喷雾方法，其技术方案是：

一种具有切向孔出口处加设簧片的离心喷嘴，其特征在于，包括依次连接的旋流室头部、旋流室壁和喷嘴底盖所形成的旋流室，所述喷嘴底盖上设置有喷口，所述旋流室壁的外周设置有集气腔，所述旋流室头部的外侧与喷嘴头盖之间形成集液腔，所述旋流室头部上设置有切向孔，所述切向孔的入口对应所述集液腔，所述切向孔的出口对应所述旋流室，在所述切向孔的出口处设置簧片，所述喷嘴头盖上设置有喷孔入口。

在所述切向孔的出口处沿所述旋流室头部的内壁设置有环槽。

所述簧片包括弹性小片，所述弹性小片覆盖切向孔出口，所述环槽与所述弹性小片之间形成切向间隙。

所述旋流室壁外围设置有壳体，所述壳体与所述旋流室壁之间为所述集气腔，所述壳体上设置有进气口。

所述喷嘴底盖上自旋流室到喷口具有收敛段。

所述喷嘴头盖、旋流室头部和壳体用螺栓连接，旋流室头部与旋流室壁之间用垫片加以密封，喷嘴底盖用螺钉与壳体连接，壳体与喷嘴底盖之间用堵头与垫片加以密封。

所述喷嘴的流量系数由以下公式获得：

其中，n为阻尼系数，r_c为喷嘴切向孔进口半径，r_p为喷嘴切向孔出口半径，r₀为空气涡半径，R为旋流半径，ω₀为簧片振动频率，簧片振动频率仅与簧片的厚度、悬臂长度以及簧片的物理性质有关，其计算公式如下：

其中其中ρ为簧片密度，Y为杨氏模量，按照离心喷嘴设计方法确定各部分结构尺寸。

簧片的固有振动频率与喷嘴内部低频扰动波的共振频率接近或者相匹配。

一种具有切向孔出口处加设簧片的离心喷雾方法，其特征在于，包括离心喷嘴中的切向孔，所述切向孔连通集液腔和旋流室，切向孔出口处位于所述旋流室一侧，切向孔进口处位于所述集液腔一侧，在所述切向孔出口处加设簧片，所述簧片在切向孔出口处形成切向间隙，簧片在液体压力的驱动下开合，同时激起喷嘴旋流室内压力变化，二者相互影响使得旋流室内压力发生脉动，同时引起喷嘴旋流室流量脉动，喷嘴内部压力脉动从而改善雾化效果。

通过选用不同厚度和/或不同固有振动频率的簧片以改善喷嘴雾化效果。