[发明专利]一种具有发汗冷却功能的针栓喷注器

说明书

本发明公开了一种具有发汗冷却功能的针栓喷注器，包括中心杆、套筒和热防护结构；中心杆中心具有内流道，头部为半球形喷射端，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，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。本发明能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，从而有效的解决了针栓底部高温烧蚀的问题。

技术领域

本发明涉及双组元液体火箭发动机，特别是一种具有发汗冷却功能的针栓喷注器。

背景技术

针栓喷注器具有燃烧效率高、燃烧稳定，可适用性强，推力变比大，结构简单，成本低等优点。对针栓发动机而言，总动量比(TMR)是最重要的设计参数，定义为径向动量和轴向动量的比值。在现在的针栓发动机，动量比的范围是0.1-1之间。在数值模拟仿真中，发现动量比为1时，掺混雾化效果最好，但同时释放的热量最多，针栓底端会受到高温烧蚀。

现有技术中，在推力室中，经喷注器喷注燃烧得到的是高温(3000K-4000K)、高压(3-20Mpa)的燃气,它们的流动速度在喷管部分200-400m/s。燃气流动的过程中，会使喷注器头部带来大量热量。在以往的设计中，主要是采用在底端覆盖一层足够后的隔热材料或烧蚀材料，形成隔热层。但由于液体火箭发动机频繁的开关机，会使表面涂层得到较大应力变化，出现裂纹和剥落现象。因此，覆盖隔热材料的方法还存在较大缺陷。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种具有发汗冷却功能的针栓喷注器，该具有发汗冷却功能的针栓喷注器通过在中心杆底部设置一个半径较大的半球形实心块，同时在实心块的中间设计多个呈同心环形排列的散热孔，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，从而有效的解决了针栓底部高温烧蚀的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种具有发汗冷却功能的针栓喷注器，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。

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。

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；ν为内流道中推进剂的设计流速。

散热环的圈数m，采用如下公式进行计算：

其中，s＝4～5d (5)。