[发明专利]一种具有发汗冷却功能的针栓喷注器

权利要求书

1.一种具有发汗冷却功能的针栓喷注器，其特征在于：包括中心杆、套筒和热防护结构；

中心杆中心具有内流道，中心杆头部为半球形喷射端，位于半球形喷射端顶部的中心杆侧壁沿周向均匀布设有若干个内流道喷孔；

套筒同轴套设在中心杆外周，并与中心杆之间形成外流道，套筒头部内侧壁设置一圈收口圆环，收口圆环与中心杆之间形成外流道喷出口；

热防护结构包括实心块和设置在实心块中的若干圈散热环；实心块呈半球形，内置在半球形喷射端中，若干圈散热环从实心块的中心向外侧径向等间距布设；每个散热环均包括沿周向均匀布设的若干个轴向贯通的散热孔，每个散热孔均与内流道相连通；

通过对每个散热孔直径的选择，从而使得针栓喷注器头部能自动发汗冷却，且不损伤内流道的流量，每个散热孔的直径d均采用如下公式进行计算：

d＝D/80 (1)

式(1)中，D为内流道内径；

散热环的圈数m，采用如下公式进行计算：

其中，s＝4～5d (5)

若干圈散热环从实心块的中心向外侧分别编号为1、2、3、……、m；则第1圈散热环具有一个散热孔，第2圈至第m圈散热环中散热孔的密度，则由密至疏；

假设m圈散热环中散热孔的总数量为n，则n需满足如下计算公式：

式中，L_i为第i圈散热孔的轴向长度，L为散热孔的平均轴向长度为；

前三圈散热环为燃烧室中心回流区所接触的地方，温度比其他圈的温度更高，因此在单位面积上分布更加紧密；不影响内流道的流量，同时，推进剂受热蒸发带走针栓底部的热量，保护针栓底部的几何尺寸不发生改变，确保雾化的稳定性；

假设实心块的半径为R，散热孔的平均轴向长度为L，则R采用如下公式进行计算：

R＝1.2～1.4L (2)

式中，d为每个散热孔的直径；ΔP为针栓喷注器的喷注压降，指的是针栓喷注器内流道与燃烧室压强差；ρ为内流道中推进剂的密度；λ为沿程阻力系数，通过实验测量；v为内流道中推进剂的设计流速；

实心块、半球形喷射端和中心杆一体设置，均采用铜钨合金材料制成。

2.根据权利要求1所述的具有发汗冷却功能的针栓喷注器，其特征在于：D＝8mm，m＝9，第2圈到第9圈散热环中散热孔的数量依次为14、30、40、50、60、70、80、90；L＝3mm；R＝4mm。

3.根据权利要求1所述的具有发汗冷却功能的针栓喷注器，其特征在于：中心杆的外侧壁通过支撑结构与套筒内侧壁连接；支撑结构包括沿中心杆周向均匀设置的若干块弧形块，每块弧形块均嵌套在套筒的内侧壁中；相邻两个弧形块之间形成外流体过孔，外流体过孔构成外流道的一部分。

4.根据权利要求1所述的具有发汗冷却功能的针栓喷注器，其特征在于：内流道喷孔的数量为45个，每个内流道喷孔的直径均为0.5mm。