[发明专利]一种三组元一体式喷嘴组件

说明书

一种三组元一体式喷嘴组件包括喷嘴入口段(1)、燃气通道(2)、氧孔(3)、轴向中心管(4)、喷嘴环缝(6)、氢孔(7)、支撑片(8)、喷嘴出口段(9)、肋(10)、组件外壁(11)；喷嘴入口段(1)为燃气的入口，轴向中心管(4)靠近喷嘴入口段(1)的一侧通过肋(10)固定在组件外壁(11)上，轴向中心管(4)的外壁与组件外壁(11)之间形成燃气腔(5)，氢孔(7)设置在肋(10)下游的组件外壁(11)上并与该处的燃气腔(5)连通，在孔(7)下游的燃气腔内设置支撑片(8)，用于支撑并保证轴向中心管(4)与组件外壁(11)的同轴度；轴向中心管(4)的靠近喷嘴出口段(9)的一侧与组件外壁(11)之间形成喷嘴环缝(6)，喷嘴环缝(6)下游为喷嘴出口段(9)；氧孔(3)为径向孔穿过肋(10)与轴向中心管(4)连通。

技术领域

本发明涉及一种三组元一体式喷嘴组件，可用于航空航天、热能工程、燃烧技术领域。

背景技术

高压补燃循环氢氧发动机具有大推力、高比冲等系列优点，是未来载人登月和深空探测重型运载火箭上面级的首选动力。美国、前苏联(俄罗斯)、日本等航天大国先后研制了SSME、RD-0120、LE-7系列百吨级大推力补燃氢氧发动机，发动机推力均在100～300吨之间，用于运载器的芯级动力系统，有利地提升了火箭运载能力。

从系统匹配、总装布局、组件要求等多方面考虑，高压补燃循环氢氧发动机推力室采用四底三腔喷注器结构，推进剂主要包括富氢燃气、液氧和气氢三部分。喷嘴组件是喷注器的重要组成部分。为了保证推进剂有效喷入燃烧室，并充分雾化、均匀混合，以实现推进剂的高效稳定燃烧，需要合理设计喷嘴组件结构。

现有补燃循环用喷嘴组件结构普遍存在氧喷嘴长度较长、结构复杂、加工制造难度大，在高温富氢燃气冲击下较长的氧喷嘴易产生高周疲劳、出现裂纹，氧与氢或燃气串腔、进而引起爆燃和烧蚀故障等一系列问题。

发明内容

本发明的技术解决问题是：本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种低流阻损失、高稳定性、便于装配筛选的喷嘴组件结构。

本发明的技术解决方案是：一种三组元一体式喷嘴组件，包括喷嘴入口段、燃气通道、氧孔、轴向中心管、喷嘴环缝、氢孔、支撑片、喷嘴出口段、肋、组件外壁；

喷嘴入口段为燃气的入口，轴向中心管靠近喷嘴入口段的一侧通过肋固定在组件外壁上，轴向中心管的外壁与组件外壁之间形成燃气腔，氢孔设置在肋下游的组件外壁上并与该处的燃气腔连通，在孔下游的燃气腔内设置支撑片，用于支撑并保证轴向中心管与组件外壁的同轴度；轴向中心管的靠近喷嘴出口段的一侧与组件外壁之间形成喷嘴环缝，喷嘴环缝下游为喷嘴出口段；氧孔为径向孔穿过肋与轴向中心管连通。

进一步的，氧孔和轴向中心管构成氧喷嘴，氧孔对输入的氧进行节流，氧孔的数量为偶数个且沿轴向中心管轴向对称分布。

进一步的，氢孔对通入的氢进行节流，氢孔采用圆周均布的方式一圈或者多圈设置在组件外壁上。

进一步的，支撑片位于燃气腔内且与燃气流动方向非平行的两端面与轴向中心管轴线间的锐角小于等于45°。

进一步的，肋的数量为2个且间隔180°布置，肋位于燃气腔内且与燃气流动方向非平行的两端面与轴向中心管轴线间的锐角小于等于45°。

进一步的，轴向中心管在支撑片下游部分管径大于中心管其他部分管径。

进一步的，所有氧孔的截面面积之和小于轴向中心管中最小的管径。

进一步的，燃气腔中最小的截面面积至少为喷嘴环缝截面面积的1.8倍。

进一步的，喷嘴出口段的长度为轴向中心管出口处管径的0.5～1.5倍。

进一步的，所有氢孔的截面面积小于喷嘴环缝截面面积。